冷敏感TRP通道及其表达与调控

冷敏感TRP通道及其表达与调控
李丹阳;赵亚娟;白占涛
【摘要】温度敏感的瞬时感受器电位TRP(thermo TRPs)通道是瞬时感受器离子通道家族中的成员.其作为一种温度感受器,广泛分布于各种组织细胞中,并参与机体温度的感觉和调节等重要生命活动.本文主要聚焦于冷敏感TRP通道的表达分布、结构与功能、分子调控机制以及与痛觉产生的关系,为深入理解冷敏TRP通道的门控机制及其相关临床镇痛药物的开发提供依据.
【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(037)003
【总页数】5页(P92-96)
【关键词】温度感受器;冷激活;TRPM8;TRPA1
【作者】李丹阳;赵亚娟;白占涛
【作者单位】延安大学生命科学学院;多肽资源药物研究中心;延安大学生命科学学院;多肽资源药物研究中心;延安大学生命科学学院;多肽资源药物研究中心;陕西省区域生物资源保育与利用工程技术研究中心,陕西延安716000
【正文语种】中文
【中图分类】Q26
温度感受器感受冻、冷、温、热以致到烧灼热不同程度的温度，进而及时察觉有害温度，采取一定的措施来躲避危险性伤害以及进行相应的调节，维持机体内环境的
稳定。

温度感受器主要包括热和冷感受器，感受机体内外环境温度的冷热刺激，进而产生冷热感觉传递给体温调节中枢来进行体温的调节。

大自然存在着客观的冷和热，生物的表皮就是为了适应冷和热而最早进化形成的感觉器官。

在长期进化过程中，由变温到恒温，动物可以开始保持体温相对恒定，甚至可以根据环境温度变化来调节体温。

在一定温度范围内，冷热感觉有一定程度的适应能力，一旦机体温度超过了适应温度上下限，其各项生理活动就会降低，生长发育就会变得迟缓。

冷热感觉如果出现障碍，处于伤害性冷热环境中却无法感到烫和冻，就会被烫伤或冻伤。

长期以来，对温度感觉机理的研究一直停留于宏观描述阶段，直到温度敏感离子通道被证实为主要的细胞温度感受器，在分子水平上研究温度感觉的分子机制才有了一定的实验基础。

其中，温度敏感的TRP通道可以通过探测温度的改变来察觉到
一些伤害性刺激，进而维持机体的核心温度。

1 TRP通道的结构与功能
第一个被发现的TRP通道是在果蝇视网膜上对持续光的一种异常瞬时感受器电位[1]。

瞬时感受器电位(transient receptor potential，TRP)是广泛存在于细胞膜或胞内器膜上的一类非选择性阳离子通道。

TRP通道主要以同源或异源四聚体形式
来行使功能。

TRP通道基本上具有6次跨膜结构域(TM)，其中第5次与第6次跨膜螺旋(S5-S6)之间形成孔道环，并且N-端和C-端都位于细胞内。

N-端的锚蛋白
重复序列(AR)可能与温度感受有关[2]。

位于S6后的TRP结构域(TRP domain)功能目前尚不清楚，但Rohács等[3]研究表示，其可能参与了TRP通道功能的调节。

作为一种多功能细胞感受器，TRP通道主要存在于感觉神经元上，参与痛觉、温觉、机械感觉等众多生理过程。

在炎症和神经受损期间，TRP通道对温度变化、
机械刺激等更加敏感，因此被认为是治疗人类炎症性和神经性疼痛的新型药物靶点[4]。

温度敏感的TRP通道对温度变化极为敏感，因此其可以作为温度感受器来感受温度的变化。

温度敏感的TRP通道主要分为冷敏和热敏两种，其中冷敏通道主
要有TRPM8、TRPC5以及TRPA1，但TRPA1在不同物种中可以被冷刺激或热
刺激激活，所以其单一作为冷敏通道仍饱受争议，如在人体中，TRPA1离子通道
对低温敏感，而在昆虫和蛇类中，TRPA1被热刺激激活。

2 冷敏感TRP通道的表达分布、结构与功能
2.1 TRPM8的表达分布、结构与功能
Tsavaler等于2001年通过cDNA克隆首次发现了第一个冷敏通道蛋白，即TRPM8。

TRPM8主要分布在脊神经节和三叉神经元中枢的一些小直径神经元中，而这两个部位也被认为是主要产生冷感觉的部位。

某些哺乳动物中，TRPM8选择性的在Aδ型和C型感觉传入纤维中表达。

部分爬行动物中，比如鳄鱼的肝、肌
肉中也有TRPM8的表达[5]。

同时，男性泌尿生殖道、肝脏以及动脉平滑肌细胞
等中也存在着部分TRPM8 [6]。

人类TRPM8基因位于2号染色体2q37.1，转录成mRNA后，编码成含有1104个氨基酸残基的分子量约为130 kD的蛋白质，即为TRPM8[7]。

有研究发现，TRPM8的S2区域以及C-端的TRP 区域可能参与了薄荷醇的感受及信号转导[8]。

TRPM8通道作为机体感觉系统的冷觉感受器，可以被冷刺激(8 ℃～28 ℃)以及一些冷却剂如薄荷醇、冰片等激活。

凉爽皮肤可以有效抑痒，因此TRPM8可能作为抗瘙痒的重要靶体，同时TRPM8也可能与骨关节炎的形成有关[9]。

适度的冷刺
激通过激活TRPM8增加冷感觉而减轻痛感，但同时，过度的冷刺激可引起TRPM8的表达上调，从而引起炎症因子的释放，增加痛感。

TRPM8的拮抗剂与
激动剂均有治疗疼痛的作用，因此TRPM8参与了止痛还是致痛，目前仍不清楚，但可以确定的是，TRPM8可以作为疼痛治疗的分子靶点，但具体研究仍处于初级阶段。

2.2 TRPA1的表达分布、结构与功能
Story等[10]于2003年首次在小鼠背根神经节上发现一种叫ANKTMI的蛋白，后
被命名为TRPA1。

哺乳动物中，TRPA1主要在外周神经系统，特别是背根神经节、三叉神经节中表达，部分TRPA1与TRPV1共表达，提示它们可以共同作用介导
伤害性冷刺激。

除了神经细胞，TRPA1也可以在一些非神经细胞如角质形成细胞
中表达。

最初人们认为，TRPA1通道为伤害性冷刺激激活通道，但在目前其作为冷敏通道
不断受到质疑。

有很多研究证明，TRPA1可在有害低温(<17 ℃)下被激活，但同
时也有研究认为，TRPA1无法被低温激活[2]。

TRPA1在无脊椎动物如蛇中具有
热敏性，以此来进行红外探测和躲避热伤害[11]。

啮齿类动物小鼠和大鼠的
TRPA1可以被冷刺激激活，但是灵长类动物人和猕猴的TRPA1无法被冷刺激激
活[2,11]。

近年来，对于人类TRPA1作为冷敏感通道存在着很多的矛盾观点，尽
管TRPA1作为冷敏通道在人工脂质体中被成功演示，有些报道记录，在冷刺激下，人工脂质体有强烈的反应，但也有的报道记录却无反应。

TRPA1通道也与疼痛感受有关。

TRPA1可以被芥末油和肉桂醛等刺激性化学物质激活，而这些物质都可以引起痛苦的灼烧和刺痛感。

Kwan等人研究证明，TRPA1在芥子油引起的疼痛感觉以及缓激肽引发的炎症疼痛感觉中具有重要的调节作用[12]。

TRPA1也与持续性疼痛、呼吸病以及慢性瘙痒有关。

因此，TRPA1拮抗剂用作镇痛剂具有很好的研究与应用前景。

每个TRPA1通道由四个TRPA1亚基(单个亚基见图1所示[13])形成四聚体来行使功能。

Paulsen等[13]发现，通道中心之外的N端和C端包含了80%的TRPA1
结构，C端的卷曲螺旋形成了可能与TRPA1亚基聚合有关的膜内茎。

TRPA1亚基外孔区域的两个孔螺旋之间的空隙足够部分水合钙离子通过，第二个螺旋孔区可能作为一个阴离子通道存在，以此来排斥或吸引位于通道口的阴阳离子。

位于锚蛋白序列之上的TRP区域垂直于孔螺旋且平行于细胞膜，用来调节下游通道孔的大小。

TRPA1的C-端较短，其中的几个位点可能有促进通道激活的作用[14,15]，N-端
锚蛋白重复区域由多个氨基酸组成并形成α螺旋。

大量的研究表明，锚蛋白重复
序列可能是感受和传递温度刺激的重要组成部分，并且锚蛋白和跨膜区之间的连接区域包含的几个赖氨酸残基和半胱氨酸残基可能是亲电子混合物的敏感部位[16-18]。

图1 单个TRPA1亚基条带图
3 冷敏感TRP通道的作用及机制
3.1 冷敏感TRP通道在感觉发育过程中的作用
对于不同发育阶段，冷敏感TRP通道的作用机制目前仍不清楚。

有研究表明，低
温刺激不同发育阶段线虫的TRPA1后结果相反，刺激成年线虫TRPA1 可以促进
长寿，刺激幼虫TRPA1则抑制长寿[19]。

Anika Afroz等[20]研究发现，当家蚕
的TRPA1激活温度高于21 ℃时，能够控制后代的滞育行为。

3.2 冷敏TRP通道参与机体冷觉调控机制
在维持自身热稳态中，机体对环境温度感受至关重要，及时察觉到有害温度，避免长时间与伤害性温度接触，减少对机体造成的损伤。

冷敏TRP通道作为一种冷刺
激受体，有助于感受和传导冷信号，维持机体的核心体温。

TRPM8主要感受非损伤性冷刺激(22 ℃～27 ℃)，而TRPA1主要感受损伤性冷刺激(<17 ℃)，因此两者在温度感受方面具有一定的互补性。

目前研究表明，Ca2+
内流引起的去极化是激活TRPM8和TRPA1通道的主要方式。

长时间冷处理可使TRPM8的冷敏感性下降，这可能是因为Ca2+过度内流造成的。

促进Ca2+流动的PKC激活剂可使TRPM8脱敏，而PKC抑制剂则消除了脱敏现象，说明适度Ca2+内流可以激活TRPM8，而过度Ca2+内流则可以降低TRPM8活性[21]。

这也解释了为什么适度的冷刺激可以止痛，而持续的冷刺激却可以致痛。

不同温度引起的激活电压不同，特别是低温需要的电压较低，神经元去极化时TRPM8通道被激活，薄荷醇可降低TRPM8激活电压使机体的冷敏感性增加[22]。

Jordt等人研究发现，表达TRPA1的HEK293细胞无法被冷刺激激活。

由此他们认为，TRPA1并非冷激活通道，而是因为冷的温度引起了Ca2+内流，进而间接
激活该通道[23]。

Bandell等人研究发现，磷脂酶C是TRPA1激活的重要信号物质。

肉桂醛作为TRPA1的特异性激活剂可以致冷敏神经元兴奋，使实验鼠产生疼痛行为，提示肉桂醛通过激活TRPA1而产生痛感，这可能也是冷刺激的同时也伴随疼痛的原因[24]。

在炎症及神经受损的情况下，TRPA1通过激活MAPK信号通路产生冷痛觉过敏[25]。

另外，Xiao等的研究结果发现，低温激活线虫肠道TRPA1 通道后引起胞外Ca2+内流，可激活PKC-2-SGK-1激酶通路，进而增强
核内DAF-16的转录活性，增强多种保护性基因的表达来延长线虫的寿命[19]。

3.3 冷敏TRP通道与神经性疾病的关系
神经性疾病，发生于中枢、周围神经系统等系统，主要表现为感觉、运动、意识、植物神经功能障碍。

由于神经性疾病发生机制目前尚不清楚，因此也没有有效的治疗方法。

多种研究表明，神经损伤后TRPA1的敏感性升高，呈现多种刺激超敏状态。

Obata等[26]在腰脊神经结扎的动物模型中，检测到TRPA1在L3的表达下调，并在L4表达上升，表明TRPA1可能存在代偿机制。

感觉神经元上的TRPA1被认为是化疗引起的CTPN产生的主要因素。

长期暴露在铂类化疗药物中的小鼠，其背根神经节上的TRPA1表达上调[27]。

TRPM8的阻断剂可以减弱炎性痛和坐
骨神经慢性压迫神经病理性疼痛的冷过敏[28，29]。

综上提示， TRPA1和
TRPM8可作为药物靶点来治疗神经性疾病，其抑制剂可能具有镇痛的效用。

4 展望
温度敏感的TRP通道一直是科学界的研究热点。

其作用机制以及与冷觉、痛觉产
生的关系尚不清楚。

在不同发育阶段，TRP通道的表达是否影响着机体的发育及
其详细作用机制，更是知之甚少，鲜有研究。

在炎症介质和神经损伤的增敏中，更是有众多不解之谜等待研究者们去挖掘和探索，包括如TRP通道之间以及TRP通
道与受体之间感受痛觉功能的互作机制，低温激发冷敏TRP通道，是否能达到部分止痛作用，TRP通道的相关拮抗剂的镇痛作用在临床上的验证，以及镇痛药物的开发与利用等等，都具有很大的潜在研究价值。

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