缺血性脑损伤与瞬时受体电位M通道的研究进展

史翠霞+曹伟+张珂+尹纪娟+陈蕾

[摘要] 缺血性脑血管病是临床常见病、多发病，其发病机制复杂。钙超载在缺血性脑损伤中起重要作用。瞬时受体电位M通道（transient receptor potential melastatin，TRPM）是位于细胞膜上的一类重要的非选择性阳离子通道超家族，对钙离子有较高的通透性，在缺血性脑损伤中起重要作用，对TRPM通道的研究将成为治疗缺血性脑损伤新的靶点。本文就胞内钙离子超载在缺血性脑损伤中的作用、TRPM通道及其参与的缺血性脑损伤的机制予以综述。

[关键词] 脑缺血；钙超载；瞬时受体电位M通道

[中图分类号] R743.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2014）05-46-04

随着世界人口老龄化速度的加快，缺血性脑血管病的发病率逐年升高，现已成为威胁人类生命的最主要疾病之一，因其发病率、致残率和病死率高，给个人、 家庭和社会带来巨大的精神压力和沉重的经济负担。近年来研究发现，脑缺血和缺血后再灌能引起一系列病理和生化的变化，主要表现为脑能量耗竭，兴奋性氨基酸释放增加，胞内钙离子（intracellular calcium concentration，[Ca2+]i）超载，氧自由基产生增加，细胞坏死和凋亡等[1]。其中，胞内钙离子超载被认为是脑缺血诱导神经元损伤的主要机制。除了NMDA型谷氨酸受体和电压门控性钙通道以外，瞬时受体电位通道（transient receptor potential channels，TRP）因其对阳离子的通透性的特点[2]，该通道家族在缺血性脑损伤中的作用受到越来越多的关注，并成为研究的热点之一。

1 [Ca2+]i与缺血脑损伤

在生理情况下，细胞外钙离子（calcium，Ca）浓度为1～2mmol/L，细胞内则小于200nmol/L，两者相差10000多倍。生理情况下，Ca2+主要由Ca2+通道和Na+-Ca2+交换两种途径进入胞内，胞内的Ca2+由钙泵泵出细胞外。细胞内Ca2+处于一个动态平衡的状态，这种钙稳态对于维持细胞正常的生理功能有重要的意义[3]。脑缺血缺氧时，由于细胞能量代谢障碍，导致ATP耗竭，钙泵活性下降，不能将细胞内的Ca2+及时泵出胞外，是导致Ca2+超载的一个原因。由Ca2+通道介导的Ca2+内流主要与谷氨酸释放增加关系密切[1]。研究表明，脑缺血时，突触前膜释放大量的谷氨酸，Glu又通过突触前非N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受体激活蛋白激酶C抑制其自身的摄取，加重细胞外谷氨酸的堆积，促进大量的Ca2+经NMDA型谷氨酸受体进入胞内，导致细胞内Ca2+超载[1]。用NMDA受体特异性的阻断剂MK-801可明显抑制谷氨酸升高[Ca2+]i的作用[4]。胞内钙超载可通过以下途径引起及加重缺血性脑损伤：（1）细胞内钙超载时，大量钙离子进入线粒体内，使线粒体内原来外正内负的膜电位减弱或丧失，氧化磷酸化脱偶联，ATP生成受到抑制，同时电子传递链中电子外漏，促进自由基的生成，使损伤加重。线粒体中Ca2+增多，可与磷酸氢根，促进了缺氧性酸中毒的发生。干扰氧化磷酸化过程，导致能量产生障碍；（2）胞内钙超载可致胞浆内或溶酶体内Ca2+依赖性酶和磷脂酶大量激活，分解细胞膜结构，破坏细胞骨架，导致细胞死亡；（3）细胞内Ca2+升高激活磷脂酶A和磷脂酶C，分解细胞膜磷脂，产生大量游离脂肪酸（如花生四烯酸），这些脂肪酸在代谢过程中产生大量的自由基，加重细胞损伤；另外脂肪酸的代谢产物也可激活血小板，形成微血栓，进而增加缺血区面积和梗死范围，加重脑损伤；（4）脑缺血时，脑血管平滑肌和内皮细胞上的Ca2+内流增加，前者可使血管痉挛，梗死灶扩大；后者可使内皮细胞收缩，内皮间隙扩大，血脑屏障开放，产生血管源性脑水肿。（5）胞内钙超载还能启动细胞凋亡程序，最终导致神经元凋亡[5]。

2 TRPM通道

TRP通道家族是位于细胞膜上的一类重要的非选择性阳离子通道超家族[6]。TRP通道最早发现于果蝇的视觉系统，突变体果蝇对持续的光刺激只产生瞬时而非持续的锋电位，因而得名。到目前为止，已经克隆了30多个哺乳动物的TRP通道。TRP通道均为六次跨膜蛋白，其N末端和C末端均在胞内，由第五和第六跨膜结构域共同构成非选择性阳离子孔道。根据同源性的不同，TRP离子通道超家族可分为七个亚族[2]，包括TRPA（ankyrin-repeat transient receptor potential）、TRPC（transient receptor potential canonical）、TRPM（transient receptor potential melastatin）、TRPML（transient receptor potential mucolipin）、TRPN（no mechanoreceptor potential C）、TRPP（transient receptor potential polycystin）和 TRPV（transient receptor potential vanilloid）。TRPM亚族只存在于哺乳动物体内。TRPM通道家族包含八个成员，根据同源性分为四组：（1）TRPM1和TRPM3；（2）TRPM2和TRPM8；（3）TRPM4和TRPM5；（4）TRPM6和TRPM7[7]。TRPM蛋白是由6个跨膜片段和胞内氨基羧基残端结构域组成，氨基残端高度保守，包含大量（约700个氨基酸单位）TRPM同源性序列。功能性TRPM为四聚体，其氨基残端与羧基残端的完整性对其发挥正常功能是不可缺少的。TRPM家族成员可以被电压、温度、细胞体积的改变和脂质复合物等内、外源性等多种刺激所激活。除了TRPM4和TRPM5外，TRPM家族的其他成员对Ca2+和Mg2+具有通透性，对调控机体生命活动具有重要意义[8]。endprint

TRPM1是TRPM家族最早发现的成员，对Ca2+与Mg2+均具有通透性的非选择性阳离子通道，表达于视网膜、脑、心脏等组织，对黑素细胞的色素沉着和视网膜双极细胞感光后去极化过程具有调节作用。光线刺激视网膜上的感光细胞后，通过介导与G蛋白偶联的信号通路，激活TRPM1通道，引起Ca2+等离子内流，使视网膜双极细胞除极化。TRPM1是一种肿瘤抑制蛋白，最早发现于黑色素瘤细胞，其表达与肿瘤的恶性程度负相关[9]。TRPM2对单价阳离子如Na+、K+和二价阳离子Ca2+和Mg2+均有通透性。该受体在脑组织中表达丰富，此外也存在于心、肝、肺等器官中。TRPM2羧基残端含有一个与ADP-核糖水解酶-9（NUDT9）高度同源的结构域，其功能上与经典的核糖水解酶相似，但它不能切割单核苷酸和多磷酸双核苷酸盐[10]。TRPM3是Ca2+、Na+和Mg2+等离子的非选择性阳离子通道，通透顺序为Ca2+>Zn2+>Mg2+>Ni2+。TRPM3主要表达于脑肾脏组织及感觉神经元上，介导胰岛素分泌，血管平滑肌细胞收缩，感受躯体化学温度刺激产生避害行为等活动[11]。TRPM4表达于人体的心脏、胰腺、胎盘、前列腺B细胞、T细胞及单核细胞系等，TRPM5在氨基酸结构上与TRPM4约50%同源，主要表达于味觉感受细胞及消化道[12]。TRPM4与TRPM5均为非选择性单价阳离子通道，对Ca2+与Mg2+均没有通透性。但是，[Ca2+]i升高可以激活TRPM4与TRPM5，产生钙激活非选择性阳离子流从而介导一系列细胞生理活动。目前认为，TRPM5主要介导甜和苦这两种味觉的传递[13]。TRPM6与TRPM7在氨基酸排列顺序上高度（50%）同源，均为同时包含离子通道与激酶结构域的双功能蛋白。其羧基末端包含丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可使自身或底物磷酸化，但在氨基酸序列上与经典的丝氨酸/苏氨酸激酶不具同源性，而是属于α-蛋白激酶家族成员[14]。TRPM6和TRPM7对Ca2+和Mg2+有较高的通透性，对于维持细胞内Ca2+和Mg2+的平衡起关键作用[15]。TRPM6特异性分布于十二指肠、结肠及肾脏远曲小管等上皮细胞组织[16]。TRPM6基因突变后，会导致血镁过低和血钙过低[17]。TRPM7广泛表达于哺乳动物的心、肝、脾和脑等组织器官，其中在肾脏和心脏中表达最高。TRPM7基因缺陷的细胞可因细胞内镁缺乏而停止生长，提示TRPM7具有调节细胞Mg2+平衡的作用[18]。TRPM8主要分布于外周的感觉神经元，可以被低温（<24℃）或某些凉性化合物如薄荷醇、桉油精等激活。最新研究发现：TRPM8不仅对低温刺激敏感，而且还可能参与炎症和神经性疼痛的痛觉调控，可作为治疗神经性疼痛的新靶点[19]。TRPM8参与调节细胞生长和死亡过程，具有重要的临床和药理学研究价值[20]。

3 TRPM通道参与缺血脑损伤的机制

脑缺血时N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受体通道所介导的谷氨酸的兴奋性毒作用是导致胞内钙离子超载和神经元损伤的重要因素。尽管在动物试验中NMDA受体阻断剂对缺血性脑损伤显示有良好的神经保护作用，但临床资料显示，阻断谷氨酸受体对治疗脑卒中并未能取得理想的疗效，提示存在非谷氨酸依赖性钙离子超载诱导的神经元损伤。因此人们逐渐把注意力转向其他非谷氨酸受体依赖性的钙通道，而TRPM通道就属于此类通道，其中TRPM2/TRPM7和TRPM4与缺血性损伤的关系比较密切。

3.1 TRPM2

TRPM2通道在中枢神经系统的神经元和神经胶质细胞中均有表达，作为新发现的阳离子通道，在缺血性神经系统疾病中的作用成为当前研究的热点之一。在DNA损伤和修复中会生成大量的二磷酸腺甙，后者可激活TRPM2，引发钙超载促使细胞发生凋亡[21]。离体研究发现，TRPM可以介导氧葡萄糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）时海马神经元死亡[22]。过氧化氢可以激活TRPM2，用TRPM2的反义寡核营酸可显着抑制过氧化氢引起的钙流入和细胞死亡[23]。因此，该通道极有可能参与氧化应激所致的神经元损伤过程。

3.2 TRPM7

TRPM7通道在体内分布广泛，其通道的开关受到胞内Mg2+/ATP调节，TRPM7开放后能引起钙内流。在大鼠中动脉阻塞的脑缺血再灌注模型上，TRPM7通道蛋白的表达水平随着再灌注时间的延长而表达增加[24]。离体研究发现，对于OGD处理后的皮层神经元同时给予NMDA受体和电压依赖性钙通道阻断剂处理，TRPM7通道所介导的钙离子内流最终导致神经元死亡[25]。利用小分子干扰核糖核酸技术抑制TRPM7蛋白的表达能对OGD处理的神经元起到有效的保护作用[26]。以上资料均表明TRPM7参与脑缺血所致的神经元损伤过程。由于TRPM7通道对镁离子有较高的通透性，该通道在缺血性脑损伤中的作用也可能与其调节细胞内外镁离子的平衡有关。

3.3 TRPM4

TRPM4的生理特性和磺酰脲类受体1（sulfonylurea receptor 1，SUR1）调控的Ca2+激活的ATP敏感性的非选择性阳离子通道（NCCa-ATP）非常类似[27]。SUR1是ATP结合盒转运蛋白超家族的成员，是ATP敏感性钾离子通道的调节亚单位。近年来研究发现，脑缺血时，SUR1调控的NCCa-ATP表达上调与脑缺血时神经元损伤关系密切。脑缺血缺氧时，由于能量代谢障碍，ATP缺乏，SUR1/TRPM4通道将Na+转移至细胞间隙，将血管内的Na+转运至血管内皮细胞，再由钠泵泵至细胞间隙，导致血管内皮细胞水肿，血脑屏障结构破坏，最终发生血管源性水肿，而阻断TRPM4通道能有效抑制细胞水肿和细胞坏死[28-30]，因此，TRPM4通道与脑缺血时脑水肿的产生和细胞损伤关系密切[31]。

4 结论endprint

缺血性脑损伤发病机制复杂，其中细胞内钙超载在缺血性神经元坏死或凋亡的发生中起关键作用。作为细胞膜上的一类重要的非选择性阳离子通道超家族，TRPM家族中的TRPM2/TRPM7和TRPM4与缺血性损伤的关系比较密切。这些受体通过对钙离子的调控，不同程度的参与了缺血性脑损伤的发生发展过程。对于TRPM受体与缺血性脑损伤的研究将为临床上治疗脑缺血提供新的靶标。

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（收稿日期：2013-12-14）endprint