瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1受體介導(dǎo)疼痛的機(jī)制和治療應(yīng)用研究進(jìn)展

程旭韜(綜述)， 華 震(審校)

瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1(transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)，又名香草酸受體或辣椒素受體，由大衛(wèi)·朱利葉斯等人于1997年從背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中首次成功克隆，并作為哺乳動(dòng)物的溫度感受器和關(guān)鍵傷害性感受器，這立即引起了人們的極大關(guān)注[1]。TRPV1參與了許多重要的病理生理過(guò)程，如體溫調(diào)節(jié)、脂肪生成、胃食管反流、過(guò)敏性接觸性皮炎、哮喘、炎癥、腫瘤等[1]。TRPV1可被辣椒素的活性成分激活，引起灼痛感，伴有局部血管擴(kuò)張和炎癥。TRPV1受體通道激活時(shí)打開(kāi)非選擇性陽(yáng)離子通道，允許Ca2+和Na+進(jìn)入，由此產(chǎn)生的去極化被電壓門(mén)控鈉通道感知和放大，從而啟動(dòng)動(dòng)作電位，將疼痛信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到脊髓的背角，最終傳遞到大腦[2]。慢性疼痛的患病率較高，部分患者生活自理受到嚴(yán)重影響[3]。疼痛問(wèn)題加重了公共衛(wèi)生醫(yī)療負(fù)擔(dān)，影響患者生活質(zhì)量。TRPV1通道的激活與抑制、致敏與脫敏以及其介導(dǎo)的下游元件細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)與炎癥疼痛、神經(jīng)病理性疼痛等密切相關(guān)，具有替代阿片類(lèi)藥物鎮(zhèn)痛的潛在作用，被認(rèn)為是治療疼痛的新思路。

1 TRPV1受體的分子結(jié)構(gòu)和生理功能

TRPV1受體是由同源四聚體構(gòu)成的配體門(mén)控的非選擇性陽(yáng)離子通道，每個(gè)亞基主要由6個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)、細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的C端和N端固有無(wú)序區(qū)組成。其中第5、第6跨膜結(jié)構(gòu)之間形成成孔環(huán)，4個(gè)相同的亞基的成孔環(huán)最終形成一個(gè)對(duì)陽(yáng)離子和水分子具有滲透性的通道。N端和C端固有無(wú)序區(qū)在TRPV1通道的功能調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[4]。N端包含6個(gè)錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域(ankyrin repeat domain,ARD)，其上有鈣調(diào)蛋白(calmodulin,CaM)和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的共同結(jié)合位點(diǎn)，ATP與TRPV1的ARD部位結(jié)合后，通道被敏化，啟動(dòng)Ca2+內(nèi)流，激活CaM，CaM接著取代共同結(jié)合位點(diǎn)上的ATP，使通道重新進(jìn)入失活狀態(tài)[5-6]。Ca2+內(nèi)流還可通過(guò)磷脂酶C通路使TRPV1脫敏[7-8]。這是一種自我保護(hù)機(jī)制，防止鈣內(nèi)流過(guò)載而啟動(dòng)一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。C端的34肽重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域上存在磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP2)結(jié)合位點(diǎn)，與PIP2結(jié)合引起C端的34肽重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域和TM6形成的結(jié)構(gòu)構(gòu)象重排，從而上調(diào)TRPV1受體的活性[7]。TRPV1受體可被溫度(t>43 ℃)、細(xì)胞外pH(pH<6.0)以及大量的內(nèi)源性和外源性配體激活。有研究總結(jié)了過(guò)去十年中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)、外源性TRPV1激動(dòng)劑，其中內(nèi)源性激動(dòng)劑有多不飽和脂肪酸衍生物羥基二十碳五烯酸、環(huán)氧二十碳三烯酸、內(nèi)源性大麻素、阿南酰胺、催產(chǎn)素等；外源性激動(dòng)劑有辣椒素、胡椒堿、樹(shù)脂毒素、吳茱萸堿等[9]。細(xì)胞環(huán)境中的多種效應(yīng)因子可影響TRPV1通道的活性。如激酶磷酸化、磷酸酶去磷酸化、脂質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)、趨化因子、細(xì)胞因子等可使TRPV1受體處于敏化或去敏化狀態(tài)，影響配體與通道結(jié)合的親和力和選擇性[10]。TRPV1最初被發(fā)現(xiàn)在背根神經(jīng)節(jié)、三叉神經(jīng)節(jié)和迷走神經(jīng)節(jié)的中小型神經(jīng)元中顯著表達(dá)，后來(lái)被證實(shí)其不僅表達(dá)于初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)末梢、腦等神經(jīng)組織，而且存在于其他非神經(jīng)組織(如CD4+T細(xì)胞、腦血管內(nèi)皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞)，在免疫調(diào)節(jié)、血管舒張、癌細(xì)胞生長(zhǎng)方面具有一定作用[11-12]。

2 TRPV1受體敏感性與疼痛信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

傷害性感受器受到傷害性刺激時(shí)敏感性增加的過(guò)程被稱(chēng)為敏化或痛覺(jué)過(guò)敏，傷害性感受器的敏化是引起各種形式疼痛的核心病理過(guò)程。TRPV1受體敏感性由多種介質(zhì)介導(dǎo)，如緩激肽、ATP、降鈣素基因相關(guān)肽、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、脂氧合酶代謝物、前列腺素、胰島素、PIP2等，通過(guò)調(diào)節(jié)TRPV1通道功能和膜表達(dá)而參與外周感覺(jué)[13-14]。例如，ATP可直接結(jié)合TRPV1受體使其致敏，也可以促進(jìn)磷脂酶C分解PIP2間接使其致敏[15]；當(dāng)緩激肽結(jié)合其受體(BK2)時(shí)，可通過(guò)磷脂酸C通路使TRPV1受體致敏，而這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的脂氧合酶代謝物(如12-脂氧合酶)也是TRPV1受體的直接激動(dòng)劑；神經(jīng)生長(zhǎng)因子結(jié)合酪氨酸激酶后激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)，啟動(dòng)下游元件，將TRPV1受體N端上的酪氨酸Y200磷酸化，導(dǎo)致TRPV1受體更容易插入細(xì)胞膜，增加膜表面受體數(shù)量[16]；同時(shí)，酪氨酸激酶受體還激活蛋白激酶Cε(PKCε)，后者將TRPV1受體上的Ser502和Ser800位點(diǎn)磷酸化，導(dǎo)致TRPV1增敏[16-17]。研究表明，TRPV1受體含有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，可被蛋白激酶A、蛋白激酶C和非受體酪氨酸激酶等磷酸化而致敏[18]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)病理性疼痛模型中，大量PKCε從傳入神經(jīng)末梢轉(zhuǎn)運(yùn)到傷害性感受器的質(zhì)膜，可能通過(guò)致敏TRPV1受體而增強(qiáng)疼痛的轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此，蛋白激酶C-TRPV1環(huán)節(jié)可能對(duì)神經(jīng)病理性疼痛有重要的治療作用[17]。此外，內(nèi)源性γ-氨基丁酸(GABA)結(jié)合GABAB1受體能夠抑制蛋白激酶C介導(dǎo)下的TRPV1敏化。由此推測(cè)，通過(guò)促進(jìn)外周GABA的釋放可能是治療疼痛的潛在途徑[19]。

3 TRPV1介導(dǎo)炎性疼痛的機(jī)制

TRPV1激活后分泌促炎性神經(jīng)肽，如P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽，通過(guò)調(diào)節(jié)白細(xì)胞遷移和血漿外滲而促進(jìn)炎癥反應(yīng)[20]；TRPV1還參與內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能的損害：其介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流激活肌球蛋白輕鏈激酶信號(hào)通路，從而重排細(xì)胞骨架，增加內(nèi)皮通透性，促進(jìn)炎癥細(xì)胞的激活和組織水腫[21]。這些促炎性神經(jīng)肽本身是TRPV1受體的致敏劑。同時(shí)，受損組織和免疫細(xì)胞釋放細(xì)胞因子和其他促炎癥因子(如緩激肽、ATP和生長(zhǎng)因子)，它們可直接導(dǎo)致TRPV1致敏、過(guò)度激活，形成惡性循環(huán)。脊髓TRPV1能夠激活脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞，其機(jī)制尚不明確。脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞激活是各種疼痛狀態(tài)的典型標(biāo)志，如炎癥性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛等[22-23]。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)招募促炎細(xì)胞因子等神經(jīng)膠質(zhì)遞質(zhì)(如白介素-1β、白介素-6和腫瘤壞死因子-α)來(lái)刺激脊髓背角神經(jīng)元，增強(qiáng)疼痛信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)[24]。如前列腺素E2通過(guò)結(jié)合其EP4受體可以激活背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元中的TRPV1通道，引起小鼠的脊髓超敏反應(yīng)[25]。炎癥或器官損傷可引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，多不飽和脂肪酸被過(guò)氧化反應(yīng)后生成醛，如4-羥基壬烯醛，它可與多種蛋白質(zhì)結(jié)合形成蛋白加合物，激活TRPV1受體，導(dǎo)致促炎介質(zhì)的釋放，從而推動(dòng)細(xì)胞損傷引起的病理生理過(guò)程，包括炎性疼痛和器官再灌注損傷[26]。為了拮抗脂質(zhì)氧化的有害代謝產(chǎn)物，人們開(kāi)發(fā)了載脂蛋白A-I模擬肽(如小肽D-4F)，它可阻斷4-羥基壬烯醛誘導(dǎo)的TRPV1通道的鈣內(nèi)流。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)D-4F全身應(yīng)用時(shí)，能抑制辣椒素、4-羥基壬烯醛誘發(fā)的嚙齒動(dòng)物過(guò)敏反應(yīng)[27]。

4 TRPV1的神經(jīng)消融作用治療疼痛

TRPV1受體是與熱、痛密切相關(guān)的傷害性感受器，在溫度>43 ℃時(shí)激活，參與體溫調(diào)節(jié)。直接阻斷TRPV1具有顯著的鎮(zhèn)痛作用，同時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的副作用，如體溫過(guò)高，導(dǎo)致TRPV1抑制劑在臨床試驗(yàn)中失敗[14]。目前研究較多的是利用TRPV1激動(dòng)劑使傷害性感受器脫敏和神經(jīng)消融來(lái)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)痛作用。辣椒素是從辣椒中提取的辛辣成分，是TRPV1特異性激動(dòng)劑，局部注射辣椒素可直接激動(dòng)TRPV1受體，引起疼痛感受。而受體激活后處于短暫的不應(yīng)期，表現(xiàn)為該部位對(duì)傷害性刺激的反應(yīng)持續(xù)減弱的脫敏狀態(tài)。辣椒素誘導(dǎo)的TRPV1受體脫敏的主要機(jī)制是CaM結(jié)合、鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶去磷酸化以及PIP2的降解[18，28]。然而，辣椒素治療疼痛的長(zhǎng)期療效是通過(guò)對(duì)傷害性感受器的消融來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其機(jī)制尚不完全清楚，可能與TRPV1激活后細(xì)胞內(nèi)Ca2+蓄積引起一系列神經(jīng)毒性作用有關(guān)[29]。據(jù)推測(cè)，辣椒素誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高，激活鈣蛋白酶導(dǎo)致細(xì)胞凋亡；此外，細(xì)胞內(nèi)Ca2+的積累還導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放和活性氧的生成，前者可能通過(guò)釋放細(xì)胞色素C激活半胱氨酸蛋白酶-3導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[30-31]。這種神經(jīng)末梢的消融是可逆的，需要數(shù)周至數(shù)月逐漸恢復(fù)，其恢復(fù)過(guò)程類(lèi)似于軸突的再生[28]；期間痛覺(jué)閾值會(huì)暫時(shí)性提高，因此能應(yīng)用于鎮(zhèn)痛的治療中。如長(zhǎng)期以來(lái)，局部低濃度(0.025%～0.1%)的辣椒素以非處方藥的形式被用來(lái)治療疼痛；合成辣椒素CNTX-4975用于治療慢性中重度骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)膝關(guān)節(jié)痛患者，能夠獲得12～24周的疼痛緩解[32]。含較高濃度(8%)的辣椒素真皮貼片被批準(zhǔn)用于帶狀皰疹后神經(jīng)痛和足部糖尿病周?chē)窠?jīng)病變，在減輕神經(jīng)病理性疼痛強(qiáng)度方面與其他中樞活性藥物(如普瑞加巴林)一樣有效[33]。一項(xiàng)薈萃分析發(fā)現(xiàn)，低濃度(<1%)辣椒素乳膏對(duì)神經(jīng)病理性疼痛無(wú)效；高濃度的辣椒素乳膏對(duì)腹股溝疝修補(bǔ)術(shù)后的持續(xù)性疼痛也無(wú)效[34]。盡管辣椒素的神經(jīng)消融作用在理論上能夠緩解、治療疼痛，但其應(yīng)用領(lǐng)域、有效性和安全性仍需進(jìn)一步研究。有學(xué)者設(shè)計(jì)出一種肽類(lèi)正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑，能結(jié)合到TRPV1通道的ARD結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)受體對(duì)激動(dòng)劑的敏感性，導(dǎo)致更多的Ca2+內(nèi)流，從而構(gòu)成了局部鈣超載和鎮(zhèn)痛的基礎(chǔ)[35]。該調(diào)節(jié)劑本身沒(méi)有激動(dòng)劑的活性，因而能在自然條件下出現(xiàn)疼痛時(shí)選擇性地靶向消融傷害感受器，這可能是其未來(lái)在鎮(zhèn)痛領(lǐng)域中應(yīng)用的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)。總之，目前辣椒素治療疼痛的研究比較有限，還需要更多的證據(jù)。辣椒素臨床應(yīng)用的主要問(wèn)題是注射后的急性疼痛，但可通過(guò)預(yù)先給予局麻藥如利多卡因、局部冷處理來(lái)減輕。值得注意的是，局部應(yīng)用辣椒素的濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致表達(dá)TRPV1受體的背根神經(jīng)節(jié)發(fā)生神經(jīng)元遲發(fā)性、永久性損傷。

5 結(jié)語(yǔ)

盡管目前臨床鎮(zhèn)痛治療已有了較大的進(jìn)展，但對(duì)中度甚至重度的頑固性疼痛患者，如何有效地管理疼痛仍是臨床醫(yī)師和科研人員面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。TRPV1是一個(gè)鎮(zhèn)痛藥物開(kāi)發(fā)靶點(diǎn)。在臨床試驗(yàn)中，TRPV1通道的藥理學(xué)抑制作用有效地緩解了幾種類(lèi)型的疼痛，但系統(tǒng)地施用TRPV1抑制劑會(huì)導(dǎo)致高熱等副作用。于是研究轉(zhuǎn)到增強(qiáng)TRPV1活性使表達(dá)TRPV1的痛覺(jué)神經(jīng)末梢失活和消融,從而實(shí)現(xiàn)持久性、可逆性鎮(zhèn)痛的新模式。如局部注射低濃度的辣椒素對(duì)多種形式的疼痛起到一定的作用，但應(yīng)注意到應(yīng)用高濃度的辣椒素或樹(shù)脂毒素會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元永久性損傷的問(wèn)題。此外，辣椒素激活TRPV1受體時(shí)會(huì)產(chǎn)生灼痛感，可能限制了患者的依從性。TRPV1受體的正變構(gòu)激活劑、脫敏劑有望成為鎮(zhèn)痛的新途徑，但目前還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，還需要更多的研究來(lái)發(fā)掘TRPV1通路治療疼痛的巨大潛力。