鈣激活氯離子通道TMEM16A在部分組織中的研究進(jìn)展

趙祺

細(xì)胞中氯離子的跨膜運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)與大量的生理過(guò)程相關(guān)。這其中包括幾乎所有上皮細(xì)胞的分泌功能，感覺(jué)沖動(dòng)的傳遞，以及各種解剖部位的平滑肌收縮[1]。

以前的研究，在不同上皮組織上已經(jīng)確定，氯離子的分泌主要有兩種不同的方式：包括cAMP刺激的和鈣離子激活的。早期利用囊性纖維化（CF）患者呼吸上皮的研究證實(shí)了cAMP刺激的Cl-分泌。然而，這些組織也同樣表現(xiàn)出表現(xiàn)出明顯的Ca2+激活的氯離子介導(dǎo)的電流，特別是給藥刺激Ca2+通道后，如離子霉素或A1387。此外，從CF患者胰腺腫瘤中分離出的細(xì)顯示出類(lèi)似的Cl-分泌情況。這就可能會(huì)導(dǎo)致，觀察到的Ca2+激活的氯離子電流在沒(méi)有cAMP刺激的Cl-電流的情況下，起到了補(bǔ)償?shù)淖饔谩?91年，Kartner等人證明了CF基因可以在本身無(wú)Cl-分泌的無(wú)脊椎動(dòng)物（Sf9細(xì)胞）導(dǎo)致cAMP刺激的Cl-電流的出現(xiàn)[1]。然而，在CF患者上皮組織中觀察到Ca2+激活的氯離子的電流仍不清楚。

隨著囊性纖維化跨膜調(diào)節(jié)劑（CFTR）的重大發(fā)現(xiàn)，許多科學(xué)家也對(duì)Ca2+激活的氯離子通道（CaCC）的身份進(jìn)行鑒定。在追求CaCC的分子同一性時(shí)，一種蛋白質(zhì)現(xiàn)在被稱(chēng)為CLCA1受到了早期的關(guān)注。最初這種推測(cè)的CaCC是從牛氣管中克隆和分離出來(lái)（bCLCA1）。這種115-kD的abCLCA1蛋白，翻譯后修飾為38-kDa蛋白，是一種能夠產(chǎn)生宏觀電流的通道。然而，這個(gè)通道對(duì)1M二硫蘇糖醇（DTT;還原劑）具有敏感性，這是以前沒(méi)有報(bào)道的天然CaCC的抑制劑。但是當(dāng)bCLCA1重組為COS-7Cetls時(shí)，電流對(duì)100pM尼氟酸（CaCC抑制劑）不敏感，而CaCC則完全敏感。還有幾個(gè)小組發(fā)表了以CLCA3為重點(diǎn)的研究，證明該蛋白是從細(xì)胞分泌的，并作為細(xì)胞外蛋白酶發(fā)揮作用。本文與觀察到的來(lái)自天然通道的功能差異基本證實(shí)了CLCA家族不是CaCC，蛋白質(zhì)組更有可能是細(xì)胞外蛋白酶[2]。

最近，一種新的CaCC的身份被確定，就是TMEM16A。在1008年，TMEM16A首次被三個(gè)不同的小組描述為CaCC。正如前面所討論的，早期的被認(rèn)為是CaCCs的離子通道沒(méi)有表現(xiàn)出類(lèi)似于本地識(shí)別的通道的電生理特性。然而，TMEM16A是第一個(gè)顯示Ca2+激活的氯離子通道，與在許多組織[3]中發(fā)現(xiàn)的天然通道相匹配的激活。Yang等人在亞微摩爾和低微摩爾Ca2+的濃度下，TMEM16A表現(xiàn)出輕微的電壓依賴(lài)性，這與天然蛋白質(zhì)相似[1]。這一效應(yīng)在更大的去極化電位下被更大程度地激活。此外，該組利用對(duì)小鼠進(jìn)行靜脈注射的小干擾RNA（SiRNA）的方法，闡明該通道在唾液分泌中可能發(fā)揮的作用。皮羅卡品（毒蕈堿激動(dòng)劑）刺激唾液分泌受到明顯抑制，頜下腺TMEM16A免疫染色相應(yīng)減少。本文也闡述了這種特定的CaCC不僅普遍存在，而且也確定是CaCC的可能性[3]。

在上述這些初步發(fā)現(xiàn)之后，大量的研究集中在TMEM16A的物理特征上。有研究將TMEM16A融合到GFP中證明，TMEM16A在質(zhì)膜中作為二聚體存在[4]。

在確定TMEM16A為CaCC之前，有研究表明，該基因的破壞會(huì)導(dǎo)致氣管軟化，在新生小鼠生命的頭幾天內(nèi)是致命的[4]。在發(fā)現(xiàn)TMEM16A作為CaCC之后，Ousingsawat等人。從全身TMEM16A基因敲除小鼠的新生鼠中分離氣管，用Ussingchamber研究了其電流[5]。對(duì)藥物激動(dòng)劑，如ATP和CCH的反應(yīng)，這些藥物會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放但是在敲除小鼠中顯著衰減，表明TMEM16A在Ca2+激活的氯離子電流中起主要作用。在最初的研究幾年后，該組成功地利用FOXJ1啟動(dòng)子構(gòu)建了在纖毛呼吸上皮中敲除TMEM16A的模型。再次，利用Ussingchamber進(jìn)行研究，同樣電流顯著衰減。而傳統(tǒng)的全細(xì)胞膜片鉗也顯示出類(lèi)似的反應(yīng)[5]。

有些文章也證明了，TMEM16A存在于人支氣管上皮細(xì)胞中。許多研究也利用不同的呼吸道細(xì)胞系，也確定了TMEM16A的存在。而且原代呼吸道上皮細(xì)胞的培養(yǎng)，以及永生化細(xì)胞系，證明了TMEM16A在呼吸病理中的意義。細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-4（IL-4）已被確定可以在呼吸道中上調(diào)TMEM16A蛋白的表達(dá)。IL-4也是呼吸性甲狀腺腫的主要參與者，如慢性頑固性肺?。–OPD）和哮喘[4]。從哮喘患者中分離出的呼吸道上皮的免疫熒光清楚地表明TMEM16A表達(dá)增加[5]。此外，在原代培養(yǎng)的人支氣管上皮中，TMEM16A似乎調(diào)節(jié)粘蛋白的分泌，而粘蛋白是炎癥性氣道疾病[3]的主要特征之一。總之，TMEM16A可能會(huì)是針對(duì)氣道炎癥疾病的靶向治療的基石。

另一方面，TMEM16A為囊性纖維化的治療提供了新的治療靶點(diǎn)。以前發(fā)表的使用cftr-/-小鼠只表現(xiàn)出了輕微的病癥，這與人類(lèi)觀察到的疾病相反。與人體病理比較，小鼠病理程度最低的器官中含有大量的Ca2+激活的氯離子的分泌。而這種分泌阻止了嚴(yán)重的病理在肺內(nèi)發(fā)展[1]?？紤]到這一點(diǎn)，許多研究集中在增加TMEM16A在人體組織中的功能或表達(dá)，以幫助減輕CF的癥狀或潛在地逆轉(zhuǎn)CF的一些相關(guān)病理[4]。

類(lèi)似于TMEM16A最開(kāi)始報(bào)導(dǎo)在呼吸道上皮中介導(dǎo)Ca2+激活的氯離子的分泌，新生小鼠的結(jié)腸上皮也是研究的方向。而且也在幾種人結(jié)腸上皮細(xì)胞系中觀察到TMEM16A。HT-29和T84細(xì)胞株均表現(xiàn)出TMEM16A的表達(dá)，特別是免疫印跡的結(jié)果[3]。一些研究也表明，該通道可能在結(jié)腸癌的演變中發(fā)揮潛在作用。已觀察到TMEM16A參與細(xì)胞凋亡而且通道的上調(diào)可以增加腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲[4]。也有一些研究表明TMEM16A可能參與炎癥性腸病等疾病發(fā)展的機(jī)制。

與TMEM16A相關(guān)的治療在結(jié)腸上皮中還沒(méi)有臨床應(yīng)用，而且關(guān)于CaCC如何參與這些非常復(fù)雜的疾病等許多問(wèn)題仍未解決。但小分子抑制劑有可能在結(jié)腸癌治療中作為輔助治療起到作用。

雖然本文的大部分內(nèi)容主要集中在呼吸道和結(jié)腸上皮，但值得注意的是，TMEM16A在其他幾個(gè)上皮組織中被描述為CaCC[5]。已觀察到胰腺導(dǎo)管細(xì)胞系中表達(dá)TMEM16A。此外，來(lái)自小鼠、大鼠和人類(lèi)起源的膽道上皮在功能上被證明表達(dá)TMEM16A[4]。因此許多其他上皮組織可能表達(dá)TMEM16A，并可能是未來(lái)的研究努力。

鈣激活氯離子通道TMEM16A，是一種天然蛋白質(zhì)，廣泛地表達(dá)于多種上皮組織。雖然該通道大部分的結(jié)構(gòu)和功能已被闡明，但關(guān)于潛在的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用仍有許多未知。這些相互作用可以揭示該通道在癌癥和炎癥性氣道疾病等復(fù)雜疾病中可能發(fā)揮的功能。繼續(xù)研究提高TMEM16A在CF患者質(zhì)膜中蛋白表達(dá)的治療方法仍在深入研究中，希望有一天能成為改善CF癥狀和相關(guān)病理的重要組成部分。希望隨著持續(xù)的研究，靶向治療可以及時(shí)轉(zhuǎn)化為臨床使用，以造福廣大患者。

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