瞬時受體電位通道與Sigma-1 受體相互作用及其調(diào)控疼痛的研究進(jìn)展

王婭，李瑞鑫，葛朝明

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，甘肅 蘭州 730030

瞬時受體電位（TRP）通道最早是從果蠅的視覺系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)、確定其功能特征并克隆的非選擇性陽離子通道[1]，可響應(yīng)溫度、pH 值改變、滲透壓變化、炎性介質(zhì)等多種刺激，參與體內(nèi)多種生理病理過程，如氧化應(yīng)激、細(xì)胞增殖分化和凋亡、離子穩(wěn)態(tài)的維持、溫度傳感、炎癥等。Sigma-1 受體（Sig-1R）是一種主要定位于線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的多功能分子伴侶蛋白，可轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)膜，作用于離子通道、受體、激酶，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，在神經(jīng)保護(hù)、神經(jīng)發(fā)生、疼痛、成癮中發(fā)揮重要作用[2-4]。TRP 通道、Sig-1R 均廣泛存在于哺乳動物體內(nèi)各組織和細(xì)胞類型中，二者存在直接或間接相互作用，共同參與鈣穩(wěn)態(tài)、痛覺敏化、細(xì)胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等生理病理過程的調(diào)節(jié)[5-8]。

2020 年國際疼痛學(xué)會將疼痛定義為與實際或潛在組織損傷相關(guān)或類似的不愉快的感覺和情緒情感體驗，包括傷害感受性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛和傷害可塑性疼痛3 類[9]。疼痛是促使人們尋求醫(yī)療幫助的首要因素，帶來了巨大的個人和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，其中阿片類藥物是治療疼痛的有效藥物，但具有成癮性[10-11]。疼痛的產(chǎn)生主要依靠傷害感受器質(zhì)膜上特異性感覺受體的激活，產(chǎn)生電化學(xué)信號，并傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)[12]，而避免阿片類藥物不良反應(yīng)的合理策略是針對疼痛通路的起點，即產(chǎn)生疼痛的神經(jīng)受體，如TRP 家族的某些成員TRPV1、TRPA1 和TRPM8，作為傷害性刺激的關(guān)鍵探測器和分子傳感器在疼痛的產(chǎn)生中發(fā)揮重要作用[13]。Sig-1R 與TRP 通道直接相互作用，二者結(jié)合形成Sig-1R-TRP 復(fù)合體，Sig-1R 配體對該復(fù)合體的破壞或促進(jìn)可調(diào)控細(xì)胞質(zhì)膜上TRP 通道的活性，進(jìn)而參與介導(dǎo)生物體的疼痛反應(yīng)。TRP 通道和Sigma-1 受體對辣椒素誘導(dǎo)的痛覺過敏、內(nèi)源性阿片肽鎮(zhèn)痛效應(yīng)、奧沙利鉑誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變、外周免疫驅(qū)動的痛覺過敏進(jìn)行調(diào)控。因此，本文對TRP 通道與Sigma-1 受體的相互作用及其調(diào)控疼痛情況進(jìn)行了總結(jié)。

1 TRP 通道、Sigma-1 受體特性、功能和相互作用

TRP 通道是由4 個亞基組成的同源或異源四聚體，其家族成員眾多，目前已發(fā)現(xiàn)28 種TRP 通道蛋白表達(dá)于哺乳動物體內(nèi)，根據(jù)氨基酸序列、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異可分為2 組共7 個亞家族成員，其中5個成員（TRPC、TRPV、TRPM、TRPN 和TRPA）組成第1 組，第2 組由TRPP 和TRPML 組成[14]。所有TRP 通道包含6 個跨膜α-螺旋（S1～S6），S5和S6 向內(nèi)嵌入形成1 個孔道，其C 端、N 端均位于胞內(nèi)，S6 螺旋的胞質(zhì)端形成下閘門，對陽離子的通透性由下閘門的開閉調(diào)節(jié)；S1～S4 可能響應(yīng)配體的結(jié)合打開通道；除S5～S6 區(qū)域以外的任何部位均存在亞基結(jié)合位點。TRP 通道可被細(xì)胞環(huán)境中的各種刺激激活，引起細(xì)胞內(nèi)外離子變化，從而觸發(fā)下游途徑，影響絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β、核因子-κB（NF-κB）和AMP活化蛋白激酶（AMPK）等多種信號通路[15-21]，參與神經(jīng)、呼吸、心血管、泌尿生殖、消化等多個系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。

Sig-1R 是一種由SIGMAR1 基因編碼的多功能細(xì)胞器間信號伴侶蛋白，由223 個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為2.53×104，它特異存在于線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中，普遍存在于哺乳動物體內(nèi)各組織器官，參與調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)、活性氧生成、炎癥、細(xì)胞增殖、染色質(zhì)重塑等多種細(xì)胞功能，在細(xì)胞生存中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，人類Sig-1R 是由3 個包含單個跨膜結(jié)構(gòu)的原聚體組成的三聚體受體蛋白，且受體的羧基末端含1 個β 桶狀cupin 折疊結(jié)構(gòu)[22]。Sig-1R 主要通過分子伴侶作用機(jī)制和受體樣作用機(jī)制發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[23]，在基礎(chǔ)條件下它與另一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白免疫球蛋白結(jié)合蛋白（BIP）結(jié)合以復(fù)合物的形式存在于線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中，一些配體可促使Sig-1R 從Sig-1R/BIP 復(fù)合物中解離出來，促進(jìn)其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜，與TRP 通道、G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）等蛋白質(zhì)相互作用，介導(dǎo)一系列生理或病理反應(yīng)，如PRE-084、可卡因、氟西汀等。Sig-1R與上述離子通道形成復(fù)合物，調(diào)節(jié)通道在細(xì)胞質(zhì)膜中的功能或豐度；并且Sig-1R 往往以單體或二聚體形式與離子通道相互作用發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，拮抗劑促進(jìn)其寡聚化，形成高階低聚物，激動劑則具有相反的作用。因此，一些配體如氟哌啶醇、甲基苯丙胺可通過促進(jìn)Sig-1R 與BIP 結(jié)合或Sig-1R 寡聚化兩種方式，致使Sig-1R 沉默，阻斷下游活性分子的信號傳遞。

研究表明，哺乳動物體內(nèi)TRP 通道活性調(diào)控主要有兩種機(jī)制：其一，一些天然調(diào)節(jié)因子直接與其結(jié)合，降低該離子通道的打開概率，激動劑無法與相應(yīng)位點結(jié)合，從而抑制通道的激活；其二，某些蛋白質(zhì)與通道蛋白相互作用，可改變離子通道的功能或干擾通道蛋白的運(yùn)輸，調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜上可用通道數(shù)。Sig-1R 可與TRP 通道直接結(jié)合，二者結(jié)合形成Sig-1R-TRP 復(fù)合體，二者的結(jié)合有利于增加TRP離子通道的打開概率，且Sig-1R 配體可通過作用于復(fù)合體調(diào)控TRP 通道在質(zhì)膜上的表達(dá)和功能[5-6,8]。TRP 通道家族具有位于細(xì)胞內(nèi)的可變N 端和C 端結(jié)構(gòu)域以及6 個跨膜結(jié)構(gòu)域，這些區(qū)域存在多個蛋白結(jié)合位點，其中Sig-1R 和鈣調(diào)蛋白（CaM）可直接結(jié)合到部分TRP 通道的胞質(zhì)區(qū)，包括TRPA1、TRPV1、TRPM8，且上述結(jié)合受到細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加會促進(jìn)Sig-1R 與TRP 通道的相互作用。TRP 通道的活性可能取決于其胞質(zhì)環(huán)境中CaM 和Sig-1R 的濃度，Sig-1R 與TRP 結(jié)合可增加離子通道的打開概率，CaM 與Sig-1R 競爭結(jié)合上述TRP 通道的胞質(zhì)末端而降低TRP通道的活性；其中TRPA1 和TRPV1 的兩端均存在Sig-1R 結(jié)合位點，而Sig-1R 僅與TRPM8 的N 端存在相互作用，CaM 與Sig-1R 競爭結(jié)合TRPV1 的C端和N 端，僅在TRPA1 和TRPM8 的N 端結(jié)構(gòu)域存在競爭性結(jié)合[6]。在TRP 離子通道的生物發(fā)生過程中，Sig-1R 與這些TRP 通道結(jié)合賦予其蛋白穩(wěn)定性，防止蛋白錯誤折疊，正確折疊的蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)礁郀柣w進(jìn)行高糖基化，最后被運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)膜，發(fā)揮離子通道的作用，錯誤折疊的TRP通道蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蓄積，最終由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排出，通過26S 蛋白酶體途徑降解。Sig-1R 配體與Sig-1R 的C端中心疏水區(qū)域結(jié)合，可使Sig-1R 的構(gòu)像發(fā)生變化，Sig-1R 激動劑破壞Sig-1R-BIP 復(fù)合體，并促使Sig-1R 形成易和其他蛋白質(zhì)相互作用的單聚體/二聚體構(gòu)像，而Sig-1R 拮抗劑可促進(jìn)Sig-1R 的多聚體構(gòu)象形式，Sig-1R 的多聚形式不允許其與相關(guān)蛋白質(zhì)相互作用，同時拮抗劑還促進(jìn)Sig-1R 與BIP 結(jié)合形成復(fù)合物，Sig-1R 活性受阻，導(dǎo)致TRP 通道等靶標(biāo)蛋白出現(xiàn)錯誤折疊，最終通過蛋白酶體途徑降解[8]。綜上可見Sig-1R 以鈣相關(guān)的方式與這些TRP蛋白的N 端或C 端或跨膜結(jié)構(gòu)域相互作用，且Sig-1R 配體在破壞或促進(jìn)Sig-1R 與TRP 結(jié)構(gòu)域的相互作用方面表現(xiàn)出偏向性。

2 對辣椒素誘導(dǎo)的痛覺過敏調(diào)控

辣椒素（反式-8-甲基-N-香草基-6-壬烯酰胺）是從辣椒或辣椒屬植物中提取的活性成分，是TRPV1的天然激動劑，局部注射辣椒素可激活痛覺感受器質(zhì)膜中的TRPV1 受體產(chǎn)生燒灼感，常用于炎性疼痛模型的構(gòu)建。孕酮作為一種內(nèi)源性Sig-1R 拮抗劑在神經(jīng)病理性疼痛模型中表現(xiàn)出鎮(zhèn)痛效應(yīng)，且懷孕小鼠相比于未懷孕的雌性小鼠具有更高的疼痛閾值；此外，在辣椒素誘導(dǎo)的炎性疼痛模型中，敲除SIGMAR1 基因或使用BD-1047 拮抗Sig-1R（32 mg/kg）可減輕動物的疼痛感受。有研究發(fā)現(xiàn)并證實，Sig-1R 與TRPV1 相互作用介導(dǎo)辣椒素誘導(dǎo)的痛覺過敏。

Ortiz-Renteria 等[8]研究證實，針對Sig-1R 的藥物干預(yù)可以改變細(xì)胞質(zhì)膜上TRPV1 的表達(dá)，其中孕酮、BD-1063 等Sig-1R 拮抗劑可以下調(diào)感覺神經(jīng)元質(zhì)膜中的TRPV1 通道，免疫共沉淀和FRET 實驗證實Sig-1R 與TRPV1 的跨膜結(jié)構(gòu)域相互作用，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中二者發(fā)生物理關(guān)聯(lián)，形成Sig-1R-TRPV1復(fù)合體，這種蛋白復(fù)合物對孕酮、BD1063 等Sig-1R 拮抗劑敏感，上述拮抗劑的存在可促使Sig-1R與BIP 結(jié)合形成復(fù)合物，從而破壞Sig-1R 與TRPV1的結(jié)合，TRPV1 失去蛋白穩(wěn)定性并錯誤折疊，最終通過蛋白酶體途徑降解，質(zhì)膜中TRPV1 數(shù)量也隨之下調(diào)，動物對辣椒素的疼痛閾值升高。

3 對內(nèi)源性阿片肽鎮(zhèn)痛效應(yīng)調(diào)控

既往研究證實，選擇性Sig-1R 拮抗劑S1RA 的兩大適應(yīng)證分別是治療神經(jīng)病理性疼痛和增強(qiáng)阿片類藥物在中樞的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。然而，有研究報道Sig-1R 拮抗劑增強(qiáng)了阿片類藥物在外周的鎮(zhèn)痛作用，Tejada 等[24]研究發(fā)現(xiàn)拮抗Sig-1R 能夠通過增強(qiáng)外周炎癥組織中免疫細(xì)胞衍生的內(nèi)源性阿片肽來誘導(dǎo)外周抗傷害作用，Ruiz-Cantero 等[25]研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Sig-1R 與TRPV1 相互作用介導(dǎo)內(nèi)源性阿片肽在外周的鎮(zhèn)痛效應(yīng)，表達(dá)TRPV1 受體的痛覺感受器可被前列腺素2（PGE2）和神經(jīng)生長因子（NGF）致敏，全身（皮下）給藥Sig-1R 拮抗劑S1RA（16、32、64 mg/kg）或BD-1063（8、16、32 mg/kg）和足底局部注射S1RA（150、200 μg）或BD1063（100、150 μg）均可逆轉(zhuǎn)PGE2和NGF 誘導(dǎo)的機(jī)械和熱痛覺過敏，使用靶向內(nèi)啡肽-2 的單克隆抗體可逆轉(zhuǎn)Sig-1R 拮抗劑的抗傷害感受作用。

內(nèi)啡肽-2 可特異性激動μ-阿片受體，主要由肽能（TRPV1+）傷害感受器表達(dá)，具有顯著的鎮(zhèn)痛效應(yīng)；TRPV1+傷害感受器被PGE2和NGF致敏后Ca2+內(nèi)流增強(qiáng)，促進(jìn)內(nèi)源性阿片肽內(nèi)啡肽-2 的釋放，但產(chǎn)生的內(nèi)啡肽-2 的鎮(zhèn)痛作用不足以抵消PGE2和NGF 誘導(dǎo)的痛覺過敏，Sig-1R 與CaM 競爭結(jié)合TRPV1 的C 端結(jié)構(gòu)域，二者同時存在時，Sig-1R 與TRPV1 結(jié)合，而C 端的CaM 結(jié)合位點與TRPV1脫敏密切相關(guān)；拮抗劑SIRA 或BD1063 的存在促使Sig-1R 與μ-阿片受體的C 端結(jié)合，阻礙了Sig-1R 和TRPV1 之間的相互作用，從而促進(jìn)CaM 結(jié)合至TRPV1 通道的C 端結(jié)構(gòu)域。綜上可見，在肽能C 痛覺感受器致敏過程中，Sig-1R 參與TRPV1和μ 受體之間的串?dāng)_，從而抑制內(nèi)源性阿片肽的抗傷害感受作用；Sig-1R 拮抗劑將Sig-1R 從TRPV1的C 端結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)移到μ 受體的C 端，促進(jìn)CaM 與TRPV1 的C 端結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)TRPV1 通道的脫敏，同時通過TRPV1+神經(jīng)元產(chǎn)生的內(nèi)啡肽-2 增加μ-阿片受體活性，降低疼痛部位的痛覺過敏。Sig-1R對內(nèi)源性阿片肽鎮(zhèn)痛機(jī)制的調(diào)控可能在疼痛治療中具有潛在的臨床應(yīng)用價值。

4 對奧沙利鉑誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變調(diào)控

化療引起的周圍神經(jīng)病變是抗癌藥物常見的不良反應(yīng)。奧沙利鉑是一種用于治療晚期結(jié)直腸癌的鉑類化合物，常導(dǎo)致一種以機(jī)械性和冷敏感性為特征的化療誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變。當(dāng)前針對化療引起的周圍神經(jīng)病變?nèi)狈τ行Σ?，因此常?dǎo)致抗腫瘤治療的終止。TRPA1 是一種多模態(tài)、非選擇性的陽離子滲透通道，表達(dá)于部分傷害感受器中，可被物理刺激和細(xì)胞應(yīng)激產(chǎn)物激活[26]，TRPA1 作為機(jī)械和熱刺激的分子檢測器的作用在引起神經(jīng)炎癥或神經(jīng)病變的病理條件下尤為明顯。TRPA1 已被證明與化療誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變和其他疼痛性神經(jīng)性病變的發(fā)生有關(guān)[27-28]。Sig-1R 拮抗劑E-52862 是一種具有高度選擇性的Sig-1R 拮抗劑（S1RA）[29]，在奧沙利鉑化療誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變的II期臨床試驗中顯示出有效性，S1RA（40 mg/kg）可顯著降低冷痛閾溫度和冷誘發(fā)痛強(qiáng)度[30]。

相關(guān)研究結(jié)合生物化學(xué)和生物物理（即分子間熒光共振能量轉(zhuǎn)移）及免疫共沉淀技術(shù)證明Sig-1R和TRPA1 在質(zhì)膜上足夠接近形成分子復(fù)合物，表明Sig-1R 與人TRPA1 之間存在直接相互作用[5]。鈣成像和膜片鉗電生理記錄發(fā)現(xiàn)Sig-1R 拮抗劑可以顯著抑制人類TRPA1 通道在細(xì)胞質(zhì)膜的表達(dá)和功能。動物實驗中，Sig-1R 拮抗劑使表達(dá)TRPA1 的小鼠感覺神經(jīng)元中內(nèi)向電流和動作電位的發(fā)放減少；此外，在奧沙利鉑誘導(dǎo)的神經(jīng)病變小鼠實驗?zāi)Ｐ椭?，S1RA（40 mg/kg）的系統(tǒng)治療通過涉及TRPA1的機(jī)制阻止了疼痛癥狀的發(fā)展。Sig-1R 的藥理學(xué)拮抗破壞了Sig-1R-TRPA1 復(fù)合物的形成和功能性TRPA1 向質(zhì)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)。綜上可見，Sig-1R 拮抗通過影響Sig-1R-TRPA1 復(fù)合物的形成、TRPA1 通道向質(zhì)膜運(yùn)輸、傷害感受器質(zhì)膜上TRPA1 的表達(dá)等機(jī)制抑制TRPA1 的活性，Sig-1R 拮抗劑促使伴侶蛋白與BIP 結(jié)合或促進(jìn)其多聚構(gòu)象，使其失去與TRPA1 通道相互作用的活性。Sig-1R 拮抗劑對TRPA1 通道的調(diào)節(jié)為預(yù)防和治療化療誘導(dǎo)的周圍神經(jīng)病變提供了新的策略，并為神經(jīng)病理性疼痛的治療提供了新的思路。

5 對外周免疫驅(qū)動的痛覺過敏調(diào)控

研究者們發(fā)現(xiàn)予以PGE2致敏的小鼠Sig-1R 激動劑右美沙芬（8、16 mg/kg）、PRE-084（8、16、32 mg/kg）、普利多匹定（0.125、0.25 mg/kg）可增強(qiáng)PGE2誘導(dǎo)的機(jī)械性痛覺過敏，Sig-1R 拮抗劑BD-1063（32 mg/kg）可完全逆轉(zhuǎn)3 種激動劑的效應(yīng)，在SIGMAR1 基因敲除小鼠中，Sig-1R 激動劑的作用消失，且TRP 拮抗劑釕紅和體內(nèi)樹脂毒素消融TRPV1+神經(jīng)元也能消除Sig-1R 的激動作用[31]；PGE2是在組織損傷的炎癥反應(yīng)中免疫細(xì)胞大量釋放的一種致痛化學(xué)物質(zhì)，予以小鼠足底切口后24 h，大量中性粒細(xì)胞浸潤，并釋放PGE2，因此，研究者們進(jìn)一步在小鼠足底切口痛模型中驗證Sig-1R 激動劑的促痛覺過敏作用，Sig-1R 激動劑使小鼠負(fù)重不對稱現(xiàn)象在術(shù)后24 h 復(fù)現(xiàn)，而體內(nèi)樹脂毒素消融TRPV1+神經(jīng)元以及使用抗ly6g 抗體耗竭中性粒細(xì)胞可逆轉(zhuǎn)上述現(xiàn)象，表明痛覺過敏是由于在致敏部位同時激活TRP 和Sig-1R，Sig-1R 激動通過TRPV1+傷害感受器加劇了輕度炎癥狀態(tài)和足底切口術(shù)后小鼠的痛覺過敏。綜上可見，Sig-1R 激動的促痛作用機(jī)制涉及增強(qiáng)致痛化學(xué)物質(zhì)（如PGE2）的致敏作用，這些致痛化學(xué)物質(zhì)由免疫細(xì)胞釋放，能致敏TRPV1+傷害感受器，即Sig-1R 激動可通過致敏TRPV1+痛覺感受器增強(qiáng)免疫驅(qū)動的痛覺感受，然而，研究者們認(rèn)為這可能與二者相互作用增強(qiáng)阿片類藥物外周鎮(zhèn)痛效應(yīng)的機(jī)制類似。

6 結(jié)語

Sig-1R 與TRP 通道之間的關(guān)系復(fù)雜，現(xiàn)有研究主要集中于探討二者直接相互作用與疼痛的關(guān)系，此外，少量研究報道Sig-1R 與部分TRP 家族成員存在間接相互作用，參與神經(jīng)保護(hù)、藥物成癮，如Sig-1R 參與抑制TRPC1 介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致多巴胺能細(xì)胞變性，下調(diào)Sig-1R 的表達(dá)或抑制Sig-1R的活性可通過維持Ca2+穩(wěn)態(tài)、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能顯著抑制1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）誘導(dǎo)的多巴胺能細(xì)胞死亡和凋亡，抑制Sig-1R-IP3R-TRPC通路也被證實對治療可卡因成癮有效[32-33]。然而，目前Sig-1R 與TRP 通道蛋白相互作用的研究有限，未來需進(jìn)一步在相關(guān)實驗?zāi)Ｐ椭刑剿骱万炞C，有望成為臨床相關(guān)疾病的治療新靶點。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突