经典瞬时受体电位通道与神经系统疾病

李婧静 张淑坤 吴世政

经典瞬时受体电位通道与神经系统疾病

李婧静*张淑坤△吴世政△

经典瞬时受体电位通道 癫痫 帕金森病 阿尔茨海默病

瞬时受体电位通道（transient receptor potential channel，TRP）是细胞膜上重要的主要透Ca2+的阳离子通道，最早发现于黑腹果蝇视觉传导系统。现已发现30多种哺乳动物TRP。经典瞬时受体电位通道（transient receptor potential canonical，TRPC）是与黑腹果蝇TRP同源性最高的TRP亚家族。神经元Ca2+浓度的变化在许多基本生命活动中有重要作用，且研究发现TRPC广泛表达于神经系统，已证实一些神经系统疾病的发生发展与细胞内钙稳态的失衡有关，因此，TRPC可视为许多神经系统疾病的潜在治疗目标。

1 TRP概述

研究黑腹果蝇视觉传导系统时发现视觉受损的突变型对稳定光线产生瞬时电位，不像野生型产生持续性电流，称为瞬时受体电位。但TRP基因在20年后才由Montell和Rubin发现[1]。TRP存在于酵母到人类的许多有机体中，依据其功能及氨基酸序列的同源性可分为七个亚家族：TRPC（canonical）、TRPV（vanilloid）、TRPM（melastatin）、TRPN（Nompc-like）、TRPA（ankyrin）、TRPP（polycystin）、TRPML（mucolipin），除了TRPN蛋白存在于果蝇及斑马鱼体内，其他TRP蛋白均存在于哺乳动物体内。其中，TRPC是最早被发现的TRP成员[2]。TRP蛋白含有六个跨膜区（S1-S6），在S5和S6之间有一个通道孔区[3]。

2 TRPC概述

TRPC是主要透Ca2+、非选择性阳离子通道，由含有六个跨膜区（TM1-TM6）的同源或异源TRPC蛋白组成四聚体，跨膜区将其N端和C端分隔，且两端均位于胞质侧，在TM5与TM6之间还存在孔区[4]，孔区高度保守的序列结构对通道功能的完整性至关重要。许多细胞膜受体激活后都可激活TRPC，TRPC参与了细胞内Ca2+的微调。已发现7个哺乳类动物的TRPC亚型（TRPC1-7），依据同源性分为3组：TRPC1/4/5，TRPC2（在人类是伪基因），TRPC3/6/7[5]。其中TRPC1有时可独立于TRPC4/5而被划分到第四组[6]。研究发现TRPC1可与TRPC4/5形成异聚体，TRPC3可与TRPC6/7形成异聚体[7]。其主要分布见下表。

钙池操纵性钙内流（store operated calcium entry，SOCE）是广泛存在的Ca2+内流途径。TRPC、钙释放激活钙调节蛋白（Orai）及基质相互作用蛋白分子1（STIM1）均介导了SOCE[7]。许多激素、神经递质、生长因子通过增加靶细胞内的Ca2+水平发挥作用，而细胞内Ca2+的增加可由细胞膜受体的激活引起。激素及神经递质通常作用于细胞膜G蛋白偶联受体，而生长因子多通过受体酪氨酸激酶途径。与配体结合后的受体进一步激活磷脂酶C（PLC），水解磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2），生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG），IP3与受体结合，内质网（endoplasmic reticulum，ER）钙通道开放，将Ca2+释放入细胞，钙库的排空进一步激发SOCE，细胞外Ca2+进入细胞，再通过内质网钙泵完成钙库的再填充。研究发现TRPC就是一类介导SOCE的通道[9]。TRPC是多调式的：既可被G蛋白偶联受体激活，如代谢型谷氨酸盐受体（mGluRs），也可直接被细胞内游离Ca2+激活[10]。

3 TRPC与神经系统疾病

Ca2+内流增加与细胞存活及凋亡均密切相关。Ca2+在不同细胞内的活动依赖其在细胞内的浓度及定位，Ca2+在细胞增殖中有双向调节作用，Ca2+适度增加促进细胞增殖，而Ca2+的过度增加将导致线粒体Ca2+增加，继而引发促凋亡因子释放，导致细胞凋亡。不同TRPC蛋白的表达水平影响该细胞的增殖能力[11]。TRPC1、3、6在胚胎中枢神经系统的表达高于成人，预示其与早期发育有关。此外，Ca2+通过TRPC通道内流在成纤维细胞生长因子（bFGF）诱导的大脑皮层神经干细胞（NSC）增殖中发挥着重要的作用。除了TRPC7，其余TRPC成员均在端脑表达，TRPC1-4及6均在NSC中表达，且TRPC1、3、4比6表达稍多，提示不同的TRPC在细胞分化中有不同作用。Ca2+通过TRPC1、3的内流控制着海马神经元在增殖及分化间的转换，此外，TRPC3还可以通过脑源性神经生长因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）受体的激活或促红细胞生成素诱导细胞增殖分化来调控神经元的生长[12]。所以，TRPC蛋白在神经元生长、增殖及分化方面发挥重要作用。研究表明，与学习、记忆密切相关的谷氨酸盐、兴奋性神经递质也参与了包括癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病。Narayanan等[13]还发现谷氨酸盐通过TRPC1引发大量Ca2+内流，进而导致细胞凋亡。在给予谷氨酸盐后TRPC1表达增加，而给予TRPC1抑制剂2PAB可明显减少海马神经元的凋亡。现主要探讨TRPC在癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病中的作用。

3.1 TRPC与癫痫癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，以大量的大脑皮层神经元高同步化放电为特征。近来发现钙信号是癫痫发生的一个重要因素，高度的同步化放电与多种钙信号途径有关，钙信号可通过神经元活动的直接调节或钙依赖胶质传递的间接调节而引发神经元的过度兴奋[14]。兴奋毒性也被公认为是中风、癫痫、脑外伤的病理生理基础[15]。

尽管TRPC被认为是介导SOCE的通道，但它仍可被激活的G蛋白偶联受体或细胞内游离Ca2+增高激活，所以TRPC的激活通常被认为是癫痫发作或兴奋毒性中许多信号途径的下游事件，例如，NMDA受体介导的Ca2+内流或mGluRs的激活。mGluRI的激活可使侧间隔及海马神经元产生具有平台期电位的癫痫样放电，介导该平台期电位的离子通道多认为是Ca2+依赖的非选择性阳离子（CAN）通道，研究表明由TRPC参与了mGluRI激活的CAN电流[16]。mGluRs激动剂引发CAN及TRPC4、5电流通过PLC可诱发癫痫。TRPC参与了癫痫中的持续放电及兴奋性的调节[17]。TRPC1、TRPC4是主要在侧间隔及海马CA1区表达的TRPCs，由mGluRI激活诱导的平台期电位的产生需TRPC1、TRPC4介导完成。在病理情况下，大量谷氨酸盐释放，mGluRI激活，通过一个复杂的信号网络激活TRPC1、TRPC4，发生自我再生的后去极化（即前述平台期电位），这成为癫痫样放电的基础，mGluRI介导的平台期电位产生的钙超载进一步导致兴奋毒性[8]。一些研究发现TRPC5可能直接参与了海马CA3区平台期电位的形成，TRPC5亦表达于突触前末梢并与神经营养因子受体有关，参与突触可塑性调节[18]。更有趣的是，膜表面TRPC5的表达是动态调节的，其表达的增加有助于毛果云香碱诱导的癫痫急性发作[19]。TRPC1和TRPC4主要通过TRPC1/4异聚体在神经元胞体或树突介导平台期电位从而引发癫痫样放电，TRPC5主要通过同聚体而在突触可塑性中发挥重要作用，二者在中风或癫痫后神经元凋亡中发挥协同作用[8,16]。 TRPC3/6/7在癫痫发作及兴奋毒性中的作用尚未被阐明，但有一些证据表明TRPC3/6/7可以调节兴奋毒性，TRPC3的激活有助于兴奋毒性，而TRPC6的激活可以减少兴奋毒性[20-22]。TRPC3表达的增加参与了癫痫持续状态时脑源性神经营养因子（BDNF）介导的神经元死亡，缺血时TRPC6的功能受到抑制，而TRPC6的表达可通过cAMP发挥神经保护的作用，TRPC6的激活及抑制其降解可以保护神经元免受癫痫持续状态的损害。TRPC3、6可能参与癫痫持续状态后神经元退化[20]。

3.2 TRPC与帕金森病（Parkinson diease，PD）PD主要表现为黑质致密部（SNpc）多巴胺能神经元丧失，以运动迟缓、肌张力增高、静止性震颤、姿势不稳为特征，黑质神经元的路易士小体的渐进性丢失是PD的一个特点[23-24]。研究表明，钙稳态的破坏是多巴胺能神经元死亡的主要原因，通过药物或基因手段抑制Ca2+介导的细胞内应激是治疗PD的关键[25-26]。

ER、线粒体中钙稳态的破坏导致的神经元退行性变与PD有关。ER在调节蛋白的翻译、膜折叠、及蛋白质分泌方面发挥重要的调节作用[27]。SOCE受阻影响ER内Ca2+的再填充，导致ER应激，发生未折叠蛋白反应（UPR）以保护ER[28]，但长时间的UPR可导致细胞死亡，ER应激在神经退行性变中发挥重要作用。神经毒素MPTP用来建立PD模型，MPTP可通过血脑屏障，被神经胶质细胞摄取，分解为MPP+（神经毒素），MPP+被释放后主要被多巴胺神经元摄取，减少TRPC1的表达[29]。MPP+可抑制线粒体复合物I电子传递链，导致线粒体功能紊乱，引起细胞内ATP减少，超氧化物及其他活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）增多，进一步导致神经元退行性变。而线粒体在调节SOCE中也有重要作用。MPP+可能通过线粒体或直接抑制TRPC1的活性来抑制SOCE，从而导致细胞死亡[30]。

AKT1通过对其底物（包括BAD、GSK3、NF-κB等）磷酸化而在神经元存活方面发挥重要作用，AKT1表达增加可以保护神经元免受MPP+的损害，Ca2+通过TRPC1内流，促使AKT蛋白473位丝氨酸及308位苏氨酸残基磷酸化，AKT得以发挥其功能。mTOR激酶是AKT的下游作用分子，mTOR的磷酸化可使得神经元存活。而ER应激可以抑制AKT及mTOR，导致海马神经元凋亡[31]。

3.3 TRPC与阿尔茨海默病（A lzheimer Disease，AD）AD患者表现为神经退行性变，认知能力的完全丧失及过早死亡。神经退行性变使得神经元不能精确调节细胞内Ca2+水平。AD以淀粉样蛋白Aβ沉积及神经纤维缠结（由高度磷酸化的tau蛋白组成）为病理特征，淀粉样蛋白前体（APP）和早老素（PS）1、2的突变与AD中突触功能障碍及神经元退行性变有关[32]。APP和PS1、2与Aβ的产生有关。事实上，细胞内的Ca2+增高在APP突变及水解为具有神经毒性的Aβ的过程中发挥了重要作用[33]。Aβ及PS1、2都是通过影响钙稳态发挥神经毒性作用的。PS1、2广泛表达于大脑神经元胞体及树突的ER[34]。

PS2通过对TRPC6的负性调节来控制Ca2+的进入，PS2突变体通过增加APP裂解酶1的表达来增加Aβ的产生[35]，而PS2对TRPC6激活的抑制作用可能不是因为Aβ的累积，因为Aβ预处理的HEK细胞中通过TRPC6的钙转移未改变，并且在PS2过表达的突变体细胞中并未发现TRPC6裂解片段，这表明了在PS2影响TRPC6介导的钙内流的过程中可能存在一个中介蛋白。也有研究发现，在TRPC成员中，TRPC3可能也在AD中发挥了作用。TRPC3广泛分布于中枢神经系统，并且与TrkB受体有着相同的空间分布，TrkB通过与其配体BDNF结合而激活，引发Ca2+通过TRPC3内流。尽管tau蛋白在AD中导致神经元退行性变的具体机制尚未阐明，tau蛋白结构及功能的改变仍被普遍认为是许多神经退行性变疾病中的主要病理变化。BDNF还可使tau蛋白表达增加，所以BDNF/TrkB途径的改变通过TRPC3影响钙内流并导致tau蛋白的失调在AD的发展中可能起到了一定的作用[36]。TRPC在AD中的分子机制有待进一步研究。

许多研究表明，TRPC与神经元的生长、增殖及分化密切相关。尽管有很多具体机制尚未阐明，但在包括癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病在内的神经退行性疾病中，TRPC都直接或间接通过调节细胞内Ca2+的变化参与了疾病的发生发展。所以，通过调节TRPC介导的Ca2+内流对维持神经系统的生理功能至关重要。细胞内钙稳态对神经内分泌，突触可塑性，基因调节及细胞增殖与分化等生理功能的完成发挥重要作用，而TRPC对维持神经系统细胞钙稳态起着至关重要的作用。尽管有关神经元TRPC功能的研究越来越多，但仍旧缺失来自人类的样本。我们期待有更多的临床研究来阐述TRPC通道在更多神经系统疾病中的具体作用。TRPC有望成为神经系统疾病新的治疗靶点。

[1] Nilius B,Owsianik G.The transient receptor potential family of channels[J].Genome Biol,2011,12(3):218-228.

[2] MontellC.The TRP superfamily of cationchannels[J].Sci STKE, 2005,2005(272):re3.

[3] Chen J,Luan Y,Yu R,et al.Transient receptor potential(TRP) channels,promising potential diagnostic and therapeutic tools for cancer[J].Biosci Trends,2014,8(1):1-10.

[4] Vazquez G.TRPC channelsas prospective targets in atherosclerosis:terraincognita[J].FrontBiosci,2012,4:157-166.

[5] Jiang Y,Huang HX,Liu P,et al.Expression and localization of TRPC proteins in ratventricularmyocytes at various developmental stages[J].Cell Tissue Res,2014,355(1):201-212.

[6] Tai Y,Feng S,Du W,et al.Functional roles of TRPC channels in the developing brain[J].Pfluegers Arch,2009,458(2): 283-289.

[7] Cheng KT,Ong HL,Ambudkar IS.Contribution and regulation of TRPC channels in store-operated Ca2+entry[J].Curr Top Membr, 2013,71:149-179.

[8] Phelan KD,Mock MM,Kretz O,et al.Heteromeric canonical transient receptor potential 1 and 4 channels play a critical role in epileptiform burst firing and seizure-induced neurodegeneration[J].MolPharmacol,2012,81(3):384-392.

[9] Kiselyov K,Patterson RL.The integrative function of TRPC channels[J].Front Biosci,2009,14:45-48.

[10] Stroh O,Freichel M,Kretz O,et al.NMDA receptor-dependent synaptic activation of TRPC channels in olfactory bulb granule cells[J].Neurosci,2012,32(17):5737-5746.

[11] Tai Y,Feng S,Du W,et al.Functional roles of TRPC channels in the developing brain[J].Pflugers Arch,2009,458(2):283-289.

[12] Tong Q,Hirschler-Laszkiewicz I,ZhangW,et al.TRPC3 is the erythropoietin-regulated calcium channel in human erythroid cells[J].Biol Chem,2008,283(16):10385-10395.

[13] Narayanan KL,Irmady K,Subramaniam S,et al.Evidence that TRPC1 is involved in hippocampal glutamate-induced cell death [J].Neurosci Lett,2008,446(2):117-122.

[14] Steinlein OK.Calcium signaling and epilepsy[J].Cell Tissue Res,2014,357(2):385-393.

[15] Zheng F,Phelan KD.The role of canonical transient receptor potential channels in seizure and excitotoxicity[J].Cells,2014,3(2): 288-303.

[16] Phelan KD,Shwe UT,Abramowitz J,etal.Canonical transient receptor channel 5(TRPC5)and TRPC1/4 contribute to seizure and excitotoxicity by distinct celluar mechanisms[J].Mol Pharmacol, 2013,83(2):429-438.

[17] Reboreda A,Jimenenz-Diaz L,Navarro-Lopez JD.TRP channels and neural persistent activity[J].Adv Exp Med Biol,2011, 704:595-613.

[18] He Z,Jia C,Feng S,etal.TRPC5 channel is themediator of neurotrophin-3 in regulating dendritic growth via CaMKIIαin rat hippocampalneurous[J].Neurosci,2012,32(27):9383-9395.

[19]Tai C,Hines DJ,Choi HB,et al.Plasmamembrane insertion of TRPC5 channels contributes to the cholinergic plateau potential in hippocampal CA1 pyramidal neurons[J].Hippocampus,2011, 21(9):958-967.

[20] Kim DS,Ryu HJ,Kim JE,et al.The reverse roles of transient receptor potential canonical channel-3 and-6 in neuronal death following pilocarpine-induced status epilepticus[J].Cell MolNeurobiol,2013,33(1):99-109.

[21] LiH,Huang J,Du W,etal.TRPC6 inhibited NMDA receptor activities and protected neurons from ischemic excitotoxicity[J]. Neurochem,2012,123(6):1010-1018.

[22] Lin Y,Zhang JC,Fu J,et al.Hyperforin attenuates brain damage induced by transientmiddle cerebral artery occlusion(MCAO)in rats via inhibition of TRPC6 channels degradation[J].Cereb Blood Flow Metab,2013,33(2):253-262.

[23] Yanovsky Y,LiS,Klyuch BP,etal.L-Dopa activateshistaminergic neurous[J].Physiol,2011,589(Pt6):1349-1366.

[24] Zeng X,Pan ZG,Shao Y,et al.SKF-96365 attenuates toxin-induced neuronal injury through opposite regulatory effects on Homer1a and Homer1b/c in cultured ratmesencephalic cells[J]. Neurosci Lett,2013,543:183-188.

[25] Ilijic E,Guzman JN,Surmeier DJ.The L-type channel antagonist isradipine is neuroprotective in amousemodel of Parkinson’s disease[J].NeurobiolDis,2011,43(2):364-371.

[26] Ritz B,Rhodes SL,Qian L,et al.L-type calcium channel blokers and Parkinson’s disease in Denmark[J].Ann Neurol,2010, 67(5):600-606.

[27] Balch WE,Morimoto RI,Dillin A,et al.Adapting proteostasis for diseaseintervention[J].Science,2008,319(5865):916-919.

[28] Mattson MP.Parkinson’s disease:don’tmess with calcium[J]. Clin Invest,2012,122(4):1195-1198.

[29] Selvaraj S,Watt JA,Singh BB.TRPC1 inhibits apoptotic cell degeneration induced by dopaminergic neurotoxin MPTP/MPP(+) [J].Cell Calcium,2009,46(3):209-218.

[30] Selvaraj S,Sun Y,Watt JA,et al.Neurotoxin-induced ER stress in mouse dopaminergic neurons involves downregulation of TRPC1 and inhibition of AKT/mTO Rsignaling[J].Clin Invest, 2012,122(4):1354-1367.

[31] Di Nardo A,Kramvis I,Cho N,et al.Tuberous sclerosis complex activity is required to control neuronal stress responses in an mTOR-dependent manner[J].Neurosci,2009,29(18): 5926-5937.

[32] Yamamoto S,Wajima T,Hara Y,et al.Transient receptor potential channels in Alzheim er’s disease[J].Biochim Biophys Acta, 2007,1772(8):958-967.

[33] Itkin A,Dupres V,Dufrene YF,et al.Calcium ions promote formation of β-peptide(1-40)oligomers causally implicated in neuronal toxicity of Alzheimer’s disease[J].P LoS One,2011,6(3): e18250.

[34] Selvaraj S,Sun Y,Singh BB.TRPC channels and their implication in neurological diseases[J].CNS NeurolDisord Drug Targets, 2010,9(1):94-104.

[35] Park MH,Choi DY,Jin HW,et al.Mutant presenilin 2 increasesβ-secretase activity through reactive oxygen species-dependent activation of extracellular signal-regulated kinase[J].Neuropathol Exp Neurol,2012,71(2):130-139.

[36] MorelliMB,AmantiniC,Liberati S,et al.TRP channels:new potential therapeutic ap-proaches in CNS neuropathies[J].CNS Neurol Disord Drug Targets,2013,12(2):274-293.

R742.5

A

2014-04-28）

（责任编辑：李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2014.12.014

☆青海省自然科学基金（编号：2013-Z-921）

*青海大学研究生院（西宁 810016）

△青海省人民医院