諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的明星分子TRPV1 受體參與慢性疼痛*

劉風(fēng)雨 萬 有△

（1 北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所；2 北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系；3 神經(jīng)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)神經(jīng)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191）

北京時(shí)間2021 年10 月4 日，2021 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)共同授予了大衛(wèi)·朱利葉斯 (David Julius) 和阿登·帕塔普蒂安 (Ardem Patapoutian)，以表彰他們分別發(fā)現(xiàn)了“溫度和觸覺感受器”。大衛(wèi)·朱利葉斯利用辣椒素（一種來自辣椒的刺激性化合物，可引起灼熱感），發(fā)現(xiàn)了皮膚神經(jīng)末梢中對(duì)熱有反應(yīng)的“感受器”—瞬時(shí)感受器電位受體家族-香草酸受體亞型1（transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1, 也稱為辣椒素受體）。阿登·帕塔普蒂安則使用對(duì)壓力敏感的細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)了一類對(duì)機(jī)械刺激做出反應(yīng)的新型“感受器”—PIEZO 通道。人類甚至包括動(dòng)物能感知熱、冷和碰觸的能力，對(duì)生存至關(guān)重要，是人們與周圍世界互動(dòng)的基礎(chǔ)。神經(jīng)感覺纖維和周圍環(huán)境之間存在復(fù)雜的相互作用，很顯然這兩名獲獎(jiǎng)?wù)哒业降臏囟扔X和觸覺感受器是機(jī)體與環(huán)境相互作用時(shí)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

作為疼痛領(lǐng)域的研究者，我們?cè)?999 年就關(guān)注到大衛(wèi)·朱利葉斯等1997 年克隆的TRPV1 受體[1]。TRPV1受體是一個(gè)配體門控的非選擇性陽離子通道，當(dāng)其與配體結(jié)合后導(dǎo)致陽離子（尤其是鈉離子和鈣離子）從胞外進(jìn)入胞內(nèi)，引發(fā)了一系列生物學(xué)效應(yīng)。TRPV1 受體可被多種傷害性刺激激活，例如芳香草醛化合物（以辣椒素為代表）、熱刺激( > 43℃)和氫離子 (proton)。早期研究表明，TRPV1 參與了急性炎癥痛的形成[1～5]。急性疼痛屬于生理性疼痛，對(duì)生物體起到警示和保護(hù)作用。與急性疼痛不同，慢性疼痛屬于病理性疼痛。即使原發(fā)病灶治愈了，慢性疼痛依然存在，對(duì)個(gè)體是一種折磨。

TRPV1 參與慢性疼痛嗎？針對(duì)這個(gè)有趣的科學(xué)問題，TRPV1 克隆成功以來，本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了系列研究，本文將進(jìn)行簡(jiǎn)要回顧和評(píng)述。

一、TRPV1 受體參與慢性炎癥痛

TRPV1 是外周重要的溫度感受器，廣泛分布于傷害性感受器上，在急性炎癥痛中的作用受到高度的關(guān)注，而在慢性炎性痛中的作用不甚明了。本課題組首次報(bào)道TRPV1 參與慢性炎性痛[6～10]。

1. TRPV1 受體參與慢性炎癥痛大鼠的外周敏化

采用大鼠足底注射完全弗氏佐劑 (complete Freund's adjuvant, CFA)，建立慢性炎癥痛模型。慢性炎性痛能夠持續(xù)28 天，在7～14 天時(shí)較為明顯。正常大鼠中TRPV1 特異表達(dá)于背根神經(jīng)節(jié) (dorsal root ganglion, DRG) 的中、小直徑神經(jīng)元和脊髓背角I、II 層的纖維上。在炎癥痛大鼠的前3 周（21 天），造模側(cè)DRG 和脊髓背角淺層TRPV1 的表達(dá)水平均顯著性增加，其中在7～14 天左右達(dá)高峰，但是第28 天時(shí)趨于恢復(fù)到正常[6]。外周皮下或脊髓鞘內(nèi)給予TRPV1 特異性拮抗劑，可以阻斷CFA 模型的熱痛敏和機(jī)械痛敏。更有意思的是，正常和急性疼痛時(shí)只表達(dá)在與痛覺相關(guān)的小直徑DRG 神經(jīng)元上的TRPV1，在慢性疼痛時(shí)也表達(dá)在大、中直徑神經(jīng)元上，即出現(xiàn)了TRPV1 表達(dá)的“移型”，進(jìn)而從外周敏化的角度，合理解釋慢性炎性痛大鼠發(fā)生的熱痛敏和機(jī)械痛敏[6～8]。

TRPV1 受體活性的調(diào)節(jié)，一直備受關(guān)注。TRPV1 受體主要受到蛋白磷酸化和去磷酸化修飾的動(dòng)態(tài)調(diào)控，如在絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶作用下發(fā)生磷酸化 (phosphorylation)，而在絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶作用下發(fā)生去磷酸化 (de-phosphorylation)。研究還發(fā)現(xiàn)，TRPV1 通道活性還受到酪氨酸磷酸化的調(diào)節(jié)，如在Src 作用下發(fā)生酪氨酸磷酸化。從酪氨酸去磷酸化的角度，本實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)TRPV1 受到一種酪氨酸磷酸酶Shp-1（全稱：含Src 同源結(jié)構(gòu)域2 的酪氨酸磷酸酶-1, Src homology 2 domain-containing tyrosine phosphatase 1）的調(diào)節(jié)。研究結(jié)果表明：①Shp-1 通過抑制TRPV1 受體活性維持大鼠熱誘發(fā)疼痛的正常痛閾。一旦Shp-1 的抑制作用被消除，大鼠將出現(xiàn)熱痛敏；②在CFA 炎癥痛大鼠的DRG 中，酪氨酸磷酸化的TRPV1 以及TRPV1總蛋白質(zhì)表達(dá)量增加。Shp-1 蛋白質(zhì)表達(dá)量也代償性地增加，Shp-1 通過抑制TRPV1 的活性限制CFA炎癥痛的發(fā)展，對(duì)機(jī)體起到保護(hù)作用[9]。

2. TRPV1 受體參與慢性炎癥痛大鼠脊髓的中樞敏化

前面說到，DRG 神經(jīng)元外周端（外周痛覺纖維）的TRPV1 受體，可以感受到溫度和痛覺刺激，這似乎還較容易理解。那么，位于DRG 神經(jīng)元的中樞端（脊髓背角淺層）的TRPV1 受體，在疼痛和傷害性信息的傳遞中是否發(fā)揮了作用？這也是一個(gè)有趣的問題，因?yàn)榧顾璞辰鞘侵袠猩窠?jīng)系統(tǒng)，這里是“恒溫”的，從常識(shí)上說，這里的TRPV1 似乎不應(yīng)該起什么作用。但我們的研究結(jié)果表明，慢性炎癥痛的早期，大鼠脊髓中即出現(xiàn)突觸傳遞的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng) (long-term potentiation, LTP) 現(xiàn)象。引起LTP的C 纖維放電為低頻無規(guī)律放電。脊髓背角突觸前TRPV1 受體，通過增加突觸前遞質(zhì)釋放，誘發(fā)脊髓背角LTP 的形成，從而參與慢性炎癥痛脊髓背角的中樞敏化[10]。

以上結(jié)果表明，TRPV1 通過以下機(jī)制參與慢性炎性痛：DRG 外周端的TRPV1 受體，做為溫度和痛覺感受器，當(dāng)受到外周炎癥刺激后，TRPV1 受體表達(dá)出現(xiàn)從小直徑到大中直徑細(xì)胞的“移型”，參與外周的熱痛敏與機(jī)械痛敏；DRG 中樞端的TRPV1 受體位于脊髓背角，增加突觸前遞質(zhì)釋放，誘導(dǎo)LTP 形成，參與脊髓背角的中樞敏化。

二、TRPV1 受體參與慢性癌性疼痛

隨著癌癥診療技術(shù)的進(jìn)步，癌癥病人生存時(shí)間的延長(zhǎng)，慢性癌性疼痛成為影響癌癥病人生活質(zhì)量的一個(gè)嚴(yán)重問題。大約30%～50%的癌癥病人和75%～95%的晚期癌和轉(zhuǎn)移癌病人都有疼痛的發(fā)生。因此，對(duì)慢性癌性疼痛發(fā)生機(jī)制的研究受到全世界的關(guān)注。研究表明，慢性癌性疼痛既有慢性炎癥痛和神經(jīng)病理性疼痛的參與，也有獨(dú)特的神經(jīng)化學(xué)調(diào)節(jié)的機(jī)制，具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)[11]。在發(fā)現(xiàn)TRPV1 受體參與慢性炎癥痛的基礎(chǔ)上，本課題組深入探討了TRPV1 受體在慢性癌性疼痛的作用及其調(diào)控機(jī)制，并首次報(bào)道TRPV1 受體參與內(nèi)源性甲醛導(dǎo)致的慢性癌性疼痛，腫瘤微環(huán)境中的IGF-1 參與上調(diào)TRPV1 受體[12～17]。

1. TRPV1 受體參與慢性癌性疼痛

采用大鼠脛骨注射MRMT-1 乳腺癌細(xì)胞系的方法，建立大鼠慢性癌性疼痛模型。造模后7 天骨質(zhì)微弱破壞，14 天出現(xiàn)骨質(zhì)明顯破壞，28 天脛骨完全破壞。在造模后10 天左右，模型動(dòng)物出現(xiàn)明顯熱痛敏以及機(jī)械痛敏，并一直維持至28 天。在慢性癌性疼痛造模后7～28 天，DRG 中TRPV1 表達(dá)水平明顯增加，并且增加TRPV1 主要表達(dá)在面積為300～400 μm2的小直徑DRG 神經(jīng)元上。從造模后第9 天開始注射TRPV1 拮抗劑，可以明顯緩解熱痛敏以及機(jī)械痛敏[12～14]。

2. TRPV1 受體被腫瘤組織產(chǎn)生的內(nèi)源性甲醛激活導(dǎo)致慢性癌性疼痛

腫瘤細(xì)胞本身分泌與腫瘤生長(zhǎng)、免疫及炎癥相關(guān)的因子（如腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素-1、內(nèi)皮素等）。除了這些已知的因子，我們發(fā)現(xiàn)代謝與生長(zhǎng)非常旺盛的腫瘤細(xì)胞（如乳腺癌細(xì)胞），通過絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶 (serine hydroxymethyltransferase,SHMT) 1 和2 以及賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶(lysine-specific histone demethylase, LSD) 1 的催化產(chǎn)生大量的代謝“廢物”—內(nèi)源性甲醛（區(qū)別于環(huán)境中的外源性甲醛）[15]。在大鼠脛骨轉(zhuǎn)移性慢性癌性疼痛模型，其骨髓、血漿和脊髓等部位，內(nèi)源性甲醛含量明顯升高。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，這些升高的內(nèi)源性甲醛會(huì)導(dǎo)致骨癌痛；而且，是通過激活TRPV1 起作用。離體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甲醛不僅能夠劑量依賴性增加DRG神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平，還可以增加內(nèi)向電流的幅度。進(jìn)一步模擬癌癥局部的酸化環(huán)境 (pH = 6.0)，將明顯增強(qiáng)甲醛誘發(fā)的內(nèi)向電流。而甲醛的以上作用，均可被TRPV1 拮抗劑阻斷。另外，甲醛通過ERK、P38、JNK 和PI3K 信號(hào)通路上調(diào)DRG 中TRPV1 的表達(dá)[14,16]。

在體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，足底注射極低濃度的甲醛（模擬體內(nèi)產(chǎn)生的病理濃度內(nèi)源性甲醛），能夠引起大鼠疼痛反應(yīng)。給予甲醛清除劑谷胱甘肽 (glutathione,GSH) 后，能緩解甲醛引起的疼痛。在慢性癌性疼痛模型中，給予TRPV1受體拮抗劑或者甲醛清除劑，均可緩解熱痛敏和機(jī)械痛敏[14]。

3.癌癥轉(zhuǎn)移組織中神經(jīng)纖維上的TRPV1，其蛋白表達(dá)受到I 型胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-like growth factor-I, IGF-I) 的上調(diào)，從而加劇骨癌痛

慢性癌性疼痛模型中，DRG 神經(jīng)元中TRPV1的表達(dá)出現(xiàn)明顯上調(diào)。我們進(jìn)一步探究了是什么原因上調(diào)了TRPV1 受體。在骨癌痛模型中，從接種癌細(xì)胞的脛骨骨髓腔的局部微環(huán)境來看，除了觀察到骨質(zhì)破壞，還可以觀察到明顯的骨再生現(xiàn)象，表明成骨細(xì)胞是激活的。研究發(fā)現(xiàn)，激活的成骨細(xì)胞能釋放IGF-I。隨著慢性癌性疼痛造模后時(shí)間的延長(zhǎng)，IGF-I 的含量逐漸增加。IGF-I 具有促進(jìn)神經(jīng)再生的作用。慢性癌性疼痛時(shí)，局部升高的IGF-I，是否上調(diào)TRPV1 的表達(dá)？

離體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在原代培養(yǎng)DRG 神經(jīng)元上，IGF-I 不僅劑量依賴性的上調(diào)TRPV1 蛋白質(zhì)表達(dá)，還可以增加辣椒素電流。這說明IGF-I 不僅上調(diào)TRPV1 蛋白表達(dá)量，還可以增強(qiáng)其功能。在體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抑制IGF-1 可以緩解熱痛敏和機(jī)械痛敏[13]。

以上結(jié)果表明，轉(zhuǎn)移到骨髓腔內(nèi)的癌細(xì)胞產(chǎn)生病理濃度的甲醛，通過激活神經(jīng)纖維末梢上的TRPV1 受體，引起感覺神經(jīng)纖維的興奮性增高而導(dǎo)致骨癌痛。這些甲醛的產(chǎn)生來自于癌細(xì)胞系高表達(dá)的甲醛合成酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶 (SHMT1和SHMT2) 和賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶(LSD1)。另一方面，癌細(xì)胞骨轉(zhuǎn)移之后，在局部導(dǎo)致破骨作用的同時(shí)激活了成骨細(xì)胞，后者釋放出來的IGF-I，通過細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)通路上調(diào)TRPV1的表達(dá)，從而加劇慢性癌性疼痛[17]。

三、總結(jié)

自1997 年TRPV1 受體被克隆以來，本課題組致力于TRPV1 受體參與慢性疼痛的機(jī)制研究,學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)主要如下：①率先提出了TRPV1 受體在慢性炎性痛中的作用；②率先提出了TRPV1 受體參與內(nèi)源性甲醛導(dǎo)致慢性癌性疼痛及其調(diào)控的分子機(jī)制。2021 年，TRPV1 受體作為諾貝爾獎(jiǎng)明星分子，將再次成為科學(xué)家的研究焦點(diǎn)。期待以此為靶點(diǎn)，開發(fā)出高效低毒的藥物，用以治療慢性疼痛等疾病，從而詮釋諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)?wù)律系囊痪湓挕靶碌陌l(fā)現(xiàn)使生命更美好”。