香草素受體4型瞬時感受器電位通道及其抑制劑與相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

田曉明，潘 倩，尹毅青

（中日友好醫(yī)院麻醉科，北京 100029）

瞬時感受器電位（transient receptor potential，TRP）通道是一類陽離子通道蛋白超家族，其在細(xì)胞膜上的功能十分重要。TRP通道最早發(fā)現(xiàn)于果蠅的視覺系統(tǒng)，迄今為止，在哺乳動物發(fā)現(xiàn)的28個亞型被劃分到7個亞家族：TRPA，TRPC，TRPM，TRPML，TRPN，TRPP和TRPV［1］。香草素受體4型TRP（TRP vanilloid 4，TRPV4）通道屬TRPV通道亞家族，廣泛分布于心、肺、腦、腎和肝等重要器官，并與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）、慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）、肺動脈高壓（pulmonary hypertension，PAH）、特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）和哮喘等多種疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，在疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。本文對TRPV4通道及其抑制劑與上述呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 TRPV4通道的結(jié)構(gòu)及其生理功能

TRPV4通道為四聚體結(jié)構(gòu)，由871個氨基酸組成；每個單位有6個跨膜結(jié)構(gòu)域，S5和S6之間形成的P環(huán)是陽離子通過的關(guān)鍵區(qū)域［1］。N端有TRPV4通道磷酸肌醇結(jié)合位點，該結(jié)合位點可通過感知各種物理及化學(xué)刺激（如花生四烯酸代謝產(chǎn)物及環(huán)氧二十碳三烯酸）激活TRPV4通道［2］。在該末端存在另一富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域，可能參與了TRPV4通道的物理激活，其激活后主要轉(zhuǎn)運(yùn)二價陽離子，尤其是鈣離子，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，進(jìn)而參與體內(nèi)多種病理生理過程，如滲透壓調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)、神經(jīng)興奮性調(diào)節(jié)、機(jī)械力傳導(dǎo)及骨和軟骨生長發(fā)育等。C端存在一個鈣調(diào)蛋白結(jié)構(gòu)域，為蛋白質(zhì)相互作用的位點。TRPV4通道在肺組織的各種類型細(xì)胞均有表達(dá)，包括肺血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞和氣管和支氣管細(xì)胞等［3］。

2 TRPV4通道抑制劑

釕紅（ruthenium）通常在實驗中用作TRPV4通道阻斷劑，可逆地抑制外向TRPV4電流。與釓和鑭一樣，釕紅通常阻斷色氨酸通道。小檗堿同樣可以阻斷TRPV4通道［4］。GSK2193874作為口服有效的TRPV4通道的拮抗劑，可通過重組TRPV4離子通道來阻斷鈣離子內(nèi)流［3］。丁胺苯可以在微摩爾濃度下阻斷TRPV4通道，并且通TRPV4通道減少小鼠的急性疼痛［3］。解析蛋白D1（resolvin D1）是一種內(nèi)源性抗炎脂質(zhì)分子，在納摩爾和微摩爾濃度下，抑制TRPV4通道的激活以對抗炎性疼痛［3］。上述藥物對TRPV4通道均不具有選擇性，在阻斷TRPV4通道受體的同時可影響TRP家族其他受體，因此應(yīng)用于臨床會出現(xiàn)許多不良反應(yīng)。HC-067047是一種選擇性TRPV4通道拮抗劑，它可以改善野生型膀胱炎模型小鼠的有效膀胱容量并減少排尿頻率，對TRPV4基因敲除鼠的膀胱功能無影響［3］。但是，即使是選擇性TRPV4通道拮抗劑在臨床試驗也出現(xiàn)非靶器官損傷的問題，因為TRPV4通道廣泛分布于各種器官。所以，開發(fā)用于臨床的TRPV4通道拮抗劑的困難在于高度選擇性，同時還應(yīng)保留非病理生理學(xué)所需的TRPV4通道的功能。目前TRPV4抑制劑尚僅限于臨床相關(guān)基礎(chǔ)研究。

3 TRPV4通道及其抑制劑與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系

3.1 急性肺損傷

雖然ALI這一名詞已不再應(yīng)用于臨床疾病的命名，但是它仍是實驗動物相應(yīng)疾病的恰當(dāng)描述詞，其發(fā)展至嚴(yán)重階段稱為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。ARDS病死率較高且目前仍缺乏有效的治療藥物。BALAKRISHNA等［5］報道，TRPV4通道參與吸入酸性物質(zhì)誘導(dǎo)的ALI，特異性TRPV4通道抑制劑GSK2220691可以緩解TRPV4通道激動劑GSK1-016790預(yù)處理后所帶來的肺水腫加重和血壓下降，該抑制劑還改善了酸性物質(zhì)吸入后肺的氧合指數(shù)和肺損傷組織學(xué)評分，同時減輕了肺的炎癥反應(yīng)，使支氣管肺泡灌洗液中中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的數(shù)量減少。更為重要的是，這些改變都是在酸性物質(zhì)誘導(dǎo)后給予TRPV4通道抑制劑時表現(xiàn)出來的。TRPV4通道基因敲除小鼠吸入酸性物質(zhì)也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。有研究表明，除上述肺泡上皮細(xì)胞和肺血管內(nèi)皮細(xì)胞外，TRPV4通道還表達(dá)于與ALI/ARDS相關(guān)的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，但該實驗并未說明ALI/ARDS過程中TRPV4通道是來自肺內(nèi)還是肺外［6-7］。另外，在肺實質(zhì)細(xì)胞和循環(huán)血細(xì)胞上TRPV4通道的功能表達(dá)均可導(dǎo)致肺血管屏障功能障礙，而且肺實質(zhì)或循環(huán)血細(xì)胞中TRPV4通道的缺乏顯著降低了髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）活性，說明內(nèi)皮和中性粒細(xì)胞上TRPV4通道在酸性物質(zhì)誘導(dǎo)的ALI引起的中性粒細(xì)胞聚集中發(fā)揮關(guān)鍵作用［8］。另外，MICHALICK 等［9］發(fā)現(xiàn)，TRPV4通道抑制劑可以減輕高潮氣量機(jī)械通氣引起的小鼠肺損傷。在同樣的高潮氣量通氣情況下，相對于對照組，TRPV4通道抑制劑組肺水腫程度和血管通透性均降低，炎癥細(xì)胞的聚集和炎癥因子的釋放均不同程度地減少。另外，他們將野生型小鼠的巨噬細(xì)胞注入TRPV4通道敲除小鼠離體肺中，發(fā)現(xiàn)高潮氣量通氣引起的肺損傷增加，也驗證了上述肺外免疫細(xì)胞TRPV4通道的缺失也同樣參與了ALI的發(fā)生。

3.2 慢性阻塞性肺疾病

COPD是一種常見的呼吸系統(tǒng)疾病，主要表現(xiàn)為慢性支氣管炎和肺氣腫，進(jìn)一步可發(fā)展為肺心病和呼吸衰竭。近年在全球范圍內(nèi)患病率不斷上升，且無有效的藥物治療。吸煙是其病程發(fā)展過程中的重要危險因素。有文獻(xiàn)報道，吸煙者和COPD患者對細(xì)胞外ATP表現(xiàn)出高度敏感性。COPD患者肺內(nèi)ATP水平升高，且霧化吸入ATP可引起COPD患者咳嗽和呼吸困難等癥狀，而在健康受試者則無此反應(yīng)［10］。BAXTER等［11］構(gòu)建犬模型驗證ATP的來源，發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞和P2X7受體與ATP的升高無關(guān)，可能與支氣管上皮細(xì)胞有關(guān)。他們還發(fā)現(xiàn)，COPD患者肺內(nèi)TRPV4通道表達(dá)升高，且TRPV4通道抑制劑可以抑制吸煙引起的人支氣管上皮細(xì)胞釋放ATP。在TRPV4通道基因敲除小鼠中也觀察到類似結(jié)果。進(jìn)一步實驗發(fā)現(xiàn)，感覺神經(jīng)上TRPV4通道的激活導(dǎo)致了炎癥反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)了ATP的釋放。雖然吸煙是重要的危險因素，但只有部分吸煙者會發(fā)展成為COPD，這表明還存在其他危險因素。有文獻(xiàn)通過對來自ICGN（國際COPD遺傳網(wǎng)絡(luò)）的606個家庭的1891名受試者以及來自挪威的953例COPD患者和956例對照的人群調(diào)查，發(fā)現(xiàn)TRPV4通道基因變異影響COPD的發(fā)?。?2］。另外有研究表明，TRPV4通道在調(diào)節(jié)氣道上皮屏障功能、上皮和內(nèi)皮通透性、平滑肌收縮和黏膜纖毛運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮著重要作用，這些均與COPD發(fā)病相關(guān)［13-14］。

3.3 肺動脈高壓

肺動脈平滑肌細(xì)胞通過收縮和舒張維持肺動脈壓，PAH是肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移所引起的肺動脈壓逐漸升高，最終可導(dǎo)致右心衰，預(yù)后極差。TRPV4通道與肺動脈血管存在密切的關(guān)系。研究表明，TRPV4通道參與了低氧性肺血管收縮（hypoxic pulmonary vasoconstriction，HPV）［15］，這是對低氧的急性反應(yīng)。MARTIN等［16］發(fā)現(xiàn)，TRPV4通道激活可以影響肺動脈平滑肌細(xì)胞的遷移和細(xì)胞骨架的重組，表明TRPV4通道可能與PAH的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。PAH是一種復(fù)雜的病理變化，其病因也是多種多樣，低氧可能是PAH的發(fā)病機(jī)制之一［17］，低氧動物模型也廣泛應(yīng)用于PAH的研究。慢性低氧模型大鼠在低氧暴露1 d，TRPV4通道表達(dá)即開始增加；進(jìn)一步研究表明，TRPV4通道影響了肺動脈平滑肌細(xì)胞膜上的鈣離子通道，使胞內(nèi)的鈣離子濃度升高。在慢性低氧模型中，大鼠在10%氧濃度下飼養(yǎng)4周，TRPV4通道基因敲除大鼠右心室肥厚程度、血管重構(gòu)和肺動脈壓的升高均受到抑制，提示TRPV4通道在低氧誘導(dǎo)的PAH發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用［18］，但其反應(yīng)通路并未明確。TRPV4通道特異性抑制劑HC-067047同樣可以抑制5-羥色胺引起的肺動脈血管收縮，對內(nèi)皮素引起的血管收縮卻無反應(yīng)，5-羥色胺引起的鈣離子內(nèi)流也同樣受到了抑制。在低氧誘導(dǎo)的PAH模型中，5-羥色胺引起的血管收縮效應(yīng)增強(qiáng)，TRPV4通道基因敲除減弱了這種反應(yīng)，提示5-羥色胺可能通過TRPV4通道參與了PAH的發(fā)病機(jī)制［19］。

3.4 特發(fā)性肺纖維化

IPF可導(dǎo)致患者肺功能障礙，甚至發(fā)展為呼吸衰竭，亟需研發(fā)延緩特發(fā)性肺纖維化疾病進(jìn)展的治療藥物。RAHAMAN等［20］報道，TRPV4通道參與了IPF的發(fā)病。他們用平陽干霉素（博來霉素）誘導(dǎo)小鼠肺纖維化，發(fā)現(xiàn)TRPV4通道基因敲除小鼠對平陽霉素的反應(yīng)遠(yuǎn)小于野生型小鼠，膠原累積減少75%，肌成纖維細(xì)胞的累積也相應(yīng)減少。同時，他們還發(fā)現(xiàn)，在IPF患者中，TRPV4通道介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流是健康人的2倍，這說明在IPF患者中TRPV4通道活性上調(diào)，而這種鈣離子內(nèi)流被證明促進(jìn)了病變區(qū)域的肌成纖維細(xì)胞分化。而對于肺纖維化，SCHERAGA等［21］認(rèn)為，TRPV4通道在其進(jìn)展過程中有保護(hù)作用，巨噬細(xì)胞的TRPV4通道在IPF患者體內(nèi)被激活，使得巨噬細(xì)胞表型發(fā)生變化，吞噬作用增強(qiáng)，從而延緩了IPF進(jìn)展。

3.5 哮喘

哮喘是由多種細(xì)胞和細(xì)胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病。糖皮質(zhì)激素是最有效的控制哮喘氣道炎癥的藥物，但長期高劑量使用也會出現(xiàn)諸如骨質(zhì)疏松和腎上腺皮質(zhì)軸抑制等不良反應(yīng)［22］。據(jù)報道，TRPV4通道介導(dǎo)了氣道壁增厚、杯狀細(xì)胞聚集、膠原蛋白表達(dá)和纖維氣道重塑。同時，TRPV4通道參與了哮喘模型小鼠轉(zhuǎn)化生長因子β1的增加，而且其在體外通過調(diào)節(jié)大鼠肉瘤蛋白超家族成員A（RhoA）促進(jìn)了轉(zhuǎn)化生長因子β1依賴的肌成纖維細(xì)胞的分化［23］。另外，低滲環(huán)境下，會引起平滑肌和氣管環(huán)平滑肌收縮，一些哮喘患者對這種低滲刺激過敏。NAUMOV等［24］發(fā)現(xiàn)，TRPV4通道部分基因的單核苷酸多態(tài)性與低滲鹽處理后的肺功能降低有關(guān)。上述結(jié)果表明，TRPV4通道可能是哮喘的潛在治療靶點。最近有研究表明，TRPV4通道對于過敏性哮喘的發(fā)病并非是必須的［25］。他們通過使用雞卵清蛋白致敏野生型和TRPV4通道基因敲除小鼠建立過敏性哮喘模型，發(fā)現(xiàn)2組在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中并無顯著性差異，2組小鼠的氣道高反應(yīng)性相似。

4 結(jié)語

近年來，TRPV4通道在呼吸系統(tǒng)疾病中的作用及機(jī)制已受到國內(nèi)外研究者越來越多的重視。大量研究表明，TRPV4通道可作為呼吸系統(tǒng)疾病的潛在治療靶點。除上述疾病外，TRPV4通道還參與了腦和心肌的缺血再灌注損傷［26-27］，但其與肺缺血再灌注損傷的關(guān)系并不明確，推測TRPV4通道很可能也參與了肺缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制。目前市場上關(guān)于TRPV4通道激動劑和抑制劑的研發(fā)尚處于初始階段，抑制劑HC-067047，RN-1734，RN-1665和RN-9893及激動劑GSK1016790A等雖也進(jìn)行臨床相關(guān)研究，但其中大多數(shù)不能滿足口服需要，且存在藥效和選擇性不佳等問題。因此，進(jìn)一步深入了解TRPV4通道參與相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病的重要機(jī)制，有利于開發(fā)選擇性更高、效果更強(qiáng)的TRPV4通道抑制劑，對于呼吸系統(tǒng)相關(guān)臨床疾病的預(yù)防和治療具有重要意義。