TRPA1及其激动剂在心血管代谢系统中的作用*

万进东，王　芳，谢仕军，汤　攀，周　鹏，王沛坚△

1.成都医学院第一附属医院 心血管内科(成都　610500)；2.衰老与血管稳态四川省高校重点实验室(成都　610500)



TRPA1及其激动剂在心血管代谢系统中的作用*

万进东1,2，王芳1,2，谢仕军2，汤攀2，周鹏1,2，王沛坚1,2△

1.成都医学院第一附属医院 心血管内科(成都610500)；2.衰老与血管稳态四川省高校重点实验室(成都610500)

瞬时受体电位通道A1亚型；心血管代谢病；肠道；血管内皮；氧化应激

目前，心血管疾病是导致我国居民死亡的最主要疾病。高血压、代谢紊乱和衰老等危险因素相互促进，在心血管疾病的发生发展中发挥重要的作用。我国目前有超过3.3亿高血压患者，约1.14亿糖尿病患者，7 000多万肥胖患者，近2.5亿老年人口[1-4]。因此，未来20年我国心血管疾病的发病率和死亡率仍将处于快速上升阶段[5]。氧化应激被认为是心血管疾病，尤其是动脉粥样硬化发生发展的重要机制，针对氧化应激机制补充外源性的抗氧化剂，如维生素C或E等在动物实验中体现出较好的作用，但在临床研究中却未能获得改善心脑血管疾病终点的效果[6]。机体在进化过程中已具备了较为完善的抗氧化防御体系，但当上述防御体系出现异常或氧化作用过强时，则可出现氧化与抗氧化失衡，氧化应激水平升高，造成机体组织、器官的持续性损害[7]。近年来，有关专家已将目光转向如何通过调控或增强内源性的抗氧化体系防治心血管疾病的研究中。

瞬时受体电位通道A1亚型(transient receptor potential channel A1,TRPA1)属非选择性阳离子通道，是机体氧化应激的感受器，多种氧化应激代谢产物均可激活TRPA1。既往对TRPA1的研究主要聚焦在感觉神经，研究[8]证实其可感受寒冷、瘙痒及疼痛等伤害性刺激，被认为是新型镇痛靶点。近年研究发现TRPA1在血管、肠道、胰腺及心肌组织中均有表达，激活后可调节血管张力，促进肠道Ghrelin、GLP-1、缩胆囊素的分泌及胰岛β细胞胰岛素的释放，体现了TRPA1潜在的代谢调节及心血管保护作用，已成为近年研究的热点。为此，笔者对近年来关于TRPA1及其激动剂的相关研究进行了系统的综述，以期为同行提供有价值的参考信息。

1　TRPA1的结构和功能

Jaquemar等[9]于1999年首先在人类肺成纤维细胞中分离出一种mRNA转录编码的类似锚蛋白跨膜蛋白。Story等[10]在2003年发现在小鼠背根神经节、三叉神经节神经元中有TRPA1的表达，并从大鼠温度敏感神经元中克隆。TRPA1有6次跨膜蛋白结构，其N末端和C末端均在胞内，S5-S6 跨膜结构域亲水区形成孔道，其特征性结构是其N端存在至少14个锚蛋白重复序列。TRPA1属非选择性阳离子通道，并兼有受体的功能，可被寒冷刺激(<17 ℃)、氧化应激产物、桂皮醛、蒿苯内酯、芥末油和大蒜素等激活，该通道激活后可使细胞外阳离子如Na+、H+，尤其是Ca2+的内流增加，从而介导一系列的生理反应[10]。TRPA1的主要生理功能是感受冷、热和疼痛等伤害性刺激，在咳嗽、炎症等病理过程中发挥着重要作用。近年研究显示TRPA1在胰岛、胃肠道、心脏和血管组织中有表达，激活胰岛β细胞TRPA1可促进胰岛素分泌[11]、激活血管TRPA1可改善血管内皮依赖性舒张功能[12]，肠道TRPA1的激活可调节饥饿激素(Ghrelin)、GLP-1等的分泌，具有减肥和调节糖脂代谢的作用。上述研究提示TRPA1具有潜在的血管保护和代谢调节作用。

2　TRPA1与氧化应激

虽然生物体在进化过程中已建立较为完善的抗氧化应激体系，但在各种危险因素的共同作用下氧化与抗氧化之间的平衡终将被打破，氧化应激产物通过对蛋白、DNA的损伤导致心血管代谢病的发生发展。活性氧簇(ROS)、活性氮(RNS)、H2O2、脂质过氧化物、15-去氧-△-(12,14)前列腺素J2(15d-PGJ2)和4-羟基壬烯酸(4-HNE)等均可激活TRPA1[13]。Macpherson[14]和Trevisani[15]等于2007年报道了脂质过氧化产物4-HNE和不饱和醛可激活TRPA1，类似的氧化应激产物4-羟基二己烯醛(4-HHE)和4-ONE等同样可激活TRPA1。随后Andersson等[16]对氧化应激产物与TRPA1进行了系统的研究分析，除了4-HNE、4-HHE和4-ONE外，H2O2和15d-PGJ2同样可激活TRPA1。上述研究强烈提示氧化应激代谢产物可激活TRPA1，因而被认为是体内调节TRPA1的内源性物质[11,17]，但目前相关的病理生理意义未明。既往研究[18-20]发现，几种TRPA1的激动剂如桂皮醛、蒿苯内酯和芥末油等均具有显著的抗氧化活性，均可激活经典的Nrf2/ARE抗氧化应激通路。本实验室的前期研究[21]证实，TRPA1的激动剂桂皮醛通过Nrf2通路可明显拮抗高糖介导的血管内皮氧化应激水平的升高。因此，TRPA1对氧化应激的感知作用、TRPA1激动剂的抗氧化应激作用及具体的机制值得进一步深入研究。

3　TRPA1在心血管代谢系统中的作用

3.1TRPA1对血管张力和血压的调节

自2009年开始，TRPA1在血管系统中的作用逐渐被揭示。美国学者[22]发现在内皮细胞膜近平滑肌细胞侧的TRPA1参与了脑动脉内皮依赖性血管舒张作用，利用烯丙基氰酸盐(AITC)激活TRPA1通道通过内皮细胞钙激活性钾通道(small conductance Ca2+-activated K+channels,SKca)和平滑肌细胞内向整流钾离子通道导致细胞膜超极化，使血管平滑肌细胞内Ca2+水平降低，介导脑动脉舒张，上述作用在去除内皮后显著减弱[22]，说明了激活TRPA1诱导的脑血管舒张作用至少部分是内皮依赖性[12]。英国伦敦国王大学医学院学者[12]发现，AITC和桂皮醛均可显著增加麻醉野生型小鼠皮肤的血流，但对TRPA1敲除小鼠无明显的影响，同时桂皮醛还以TRPA1依赖的方式舒张小鼠的肠系膜动脉，静脉给予桂皮醛对血压的影响较为复杂，可能涉及迷走机制。

已知低温环境可使皮肤血管收缩，而在血管出现持续性收缩后将会出现血管舒张。低温(<17 ℃)可激活TRPA1。研究发现，TRPA1参与低温介导的血管张力变化，在寒冷最初诱导血管收缩中，TRPA1通过氧化应激及介导Rho通路、α2-肾上腺受体等激活促使血管收缩，而在之后的血管舒张中，TRPA1通过促进神经源性舒张因子CGRP、P物质和nNOS源性的NO释放参与了血管舒张过程。

3.2TRPA1对心脏、心肌的影响

心肌缺血所释放的缓激肽等物质可激活TRPA1通道和瞬时受体电位香草酸亚型1(transient receptor potential vanilloid type 1,TRPV1)通道，从而产生一系列神经活性肽。这些神经肽可使冠状动脉扩张以及产生负性变力、变时效应，从而抑制缺血对心肌的不良影响。在众多的TRPs家族成员中，TRPA1与TRPV1有诸多共同之处，TRPA1与TRPV1在95%以上的机体组织中有共表达[23]。TRPA1和TRPV1作为缺血释放物质的分子靶点，激活后可产生疼痛症状，但TRPA1和TRPV1激活后通过释放神经肽调节炎症反应从而减少心肌损伤，原因在于若将上述基因敲除，心肌梗死后的炎症反应则加重，病死率更高[24]。大量研究[25]发现TRPV1和TRPA1激活产生的疼痛感觉与心脏保护有密切关系。一项随机、双盲、安慰剂的临床研究[26]表明，TRPA1的激动剂芥末油具有保护急性心肌梗死患者心肌的作用。

3.3TRPA1对糖脂代谢的调节

胰岛的功能、胰岛素的水平及敏感性等是影响葡萄糖代谢的重要因素。研究发现，TRPA1在大鼠的胰岛β细胞中有丰富的表达，AITC、H2O2和15d-PGJ2等均可激活胰岛β细胞的TRPA1，同时促进胰岛素的分泌。Ghrelin、GLP-1等肠道激素可通过多种机制影响糖脂代谢，桂皮醛通过激活肠道TRPA1可显著抑制Ghrelin的分泌从而减少摄食，具有减肥和降低血糖的作用。此外，Emery等[27]发现，TRPA1存在于小鼠小肠内分泌细胞中，激活该类细胞上的TRPA1以钙依赖的方式促进GLP-1的分泌。桂皮醛主要来源于植物肉桂，是TRPA1经典的激动剂。肉桂主要产于印度及斯里兰卡，当地传统医学利用肉桂治疗糖尿病已有上千年的历史。近年印度学者发现桂皮醛具有良好的降糖和减肥的作用。

桂皮醛对2型糖尿病患者有适度的降糖作用[28]，其干预影响的机制可能为：胰岛素受体失活，增加胰岛素β受体对葡萄糖摄取，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)及桂皮醛的抗炎作用也被提出可作为潜在的机制[29]。桂皮醛是TRPA1的特异性激动剂，研究已证实其可促进胰岛素[30]和GLP-1分泌[27]、改善胰岛素敏感性，减少肝脏脂肪沉积[31]。此外，激活胰岛β细胞TRPA1还可促进胰岛素分泌[11]，提示TRPA1在糖代谢中具有调节作用。摄入桂皮醛已被证实可减少高脂高糖喂养老鼠的内脏脂肪组织[17]，肠系膜脂肪组织同时减少，提示TRPA1在脂代谢中也具有潜在的调节作用。

3.4TRPA1与寿命

衰老是心脑血管疾病发生的重要危险因素，是人类社会面临的一个重大公共问题。目前的研究表明，哺乳动物的寿命与线粒体老化、氧化应激、饮食、胰岛素/IGF-1信号通路和UCP2等存在密切的联系，但确切的机制仍不明确。除了极端低温影响生存外，适度的低温可以延长寿命。这一现象在恒温和变温生物中均已得到证实，但具体的机制尚未完全明确。近期的研究发现，低温激活TRPA1通过钙敏感性蛋白激酶C2(PKC-2)信号调控下游的DAF-16/FOXO 通路延长寿命[32]。但进一步的研究[33]表明，低温激活TRPA1未能延长幼年个体的寿命，提示激活TRPA1在成年、老年个体中对延长寿命发挥更为重要的作用，推测与幼年个体体内较为稳定的氧化还原体系有关。上述研究证实了低温激活TRPA1可延长寿命，但具体通过何种器官、组织延长寿命，仍需进一步明确。衰老与血管老化关系密切，激活TRPA1可显著延长寿命，而目前研究表明对氧化应激敏感的TRPA1可能具有良好的代谢调节和心血管保护作用，因此，我们认为TRPA1对衰老相关血管损害的作用及机制值得进一步探索。

4　小结与展望

综上，目前的研究表明，除神经系统外，TRPA1在小肠的内分泌细胞、胰腺的β细胞、血管和心肌组织中也有丰富的表达。激活TRPA1具有调节胃肠激素，如GLP-1、Ghrelin、5-HT和缩胆囊素等的分泌，可抑制胃肠排空，从而影响摄食，可能是其减肥作用的重要机制。通过激活胰腺β细胞的TRPA1可促进胰岛素的分泌，另因其可促进GLP-1分泌，可能使其具有调节血糖稳态的作用。激活内皮细胞的TRPA1可通过促进NO的释放改善血管内皮依赖性舒张功能，其中包括神经源性机制和平滑肌机制。目前，关于TRPA1在心肌中的作用研究尚少，但其相关的激动剂桂皮醛、蒿苯内酯、芥末油和大蒜素等均具有显著的心肌保护作用，但是否与TRPA1相关尚不明确。此外，作为冷通道，低温通过激活TRPA1可显著延长寿命，且TRPA1同时参与了低温下血管收缩与舒张的现象。

目前的研究结论充分展示了神经系统外的TRPA1在机体中具有积极的意义，可能在某些心血管代谢病的发生发展过程中具有一定的作用，相关机制的进一步阐明及其激动剂的开发利用将为心血管代谢病的防治提供新的干预靶点。

[1]He J.Hypertension in China: a large and increasing public health challenge[J].Journal of Hypertension,2016,34(1): 29-31.

[2]Lu C,Sun W.Prevalence of diabetes in Chinese adults[J].JAMA,2014,311(2):199-200.

[3]Lu J,Bi Y,Ning G.Curbing the obesity epidemic in China[J].Lancet Diabetes Endocrinol,2016,4(6):470-471.

[4]王芳,周鹏,王沛坚.氧化应激致衰老相关内皮功能障碍及潜在的内源性可干预靶点[J].成都医学院学报,2014,9(3):362-366.

[5]陈伟伟,高润霖,刘力生,等.《中国心血管病报告2014》概要[J].中国循环杂志,2015,30(7):617-622.

[6]Sesso HD,Buring JE,Christen WG,etal.Vitamins E and C in the prevention of cardiovascular disease in men: the Physicians′ Health Study II randomized controlled trial[J].JAMA,2008,300(18):2123-2133.

[7]Steven S,Münzel T,Daiber A.Exploiting the Pleiotropic Antioxidant Effects of Established Drugs in Cardiovascular Disease[J].Int J Mol Sci,2015,16(8):18185-18223.

[8]Chen J,Hackos DH.TRPA1 as a drug target-promise and challenges[J].Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol,2015,388(4):451-463.

[9]Jaquemar D,Schenker T,Trueb B.An ankyrin-like protein with transmembrane domains is specifically lost after oncogenic transformation of human fibroblasts[J].J Biol Chem,1999,274(11):7325-7333.

[10] Story GM,Peier AM,Reeve AJ,etal.ANKTM1,a TRP-like channel expressed in nociceptive neurons,is activated by cold temperatures[J].Cell,2003,112(6):819-829.

[11] Cao DS,Zhong L,Hsieh TH,etal.Expression of transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1) and its role in insulin release from rat pancreatic beta cells[J].PLoS One,2012,7(5):38005.

[12] Pozsgai G,Bodkin JV,Graepel R,etal.Evidence for the pathophysiological relevance of TRPA1 receptors in the cardiovascular system in vivo[J].Cardiovasc Res,2010,87(4):760-768.

[13] Benemei S,Fusi C,Trevisan G,etal.The TRPA1 channel in migraine mechanism and treatment[J].Br J Pharmacol,2014,171(10):2552-2567.

[14] Macpherson LJ,Xiao B,Kwan KY,etal.An ion channel essential for sensing chemical damage[J].The Journal of Neuroscience,2007,27(42): 11412-11415.

[15] Trevisani M,Siemens J,Materazzi S,etal.4-Hydroxyno-nenal,an endogenous aldehyde,causes pain and neurogenic inflammation through activation of the irritant receptor TRPA1[J].Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(33):13519-13524.

[16] Andersson DA,Gentry C,Moss S,etal.Transient receptor potential A1 is a sensory receptor for multiple products of oxidative stress[J].J Neurosci,2008,28(10):2485-2494.

[17] Tamura Y,Iwasaki Y,Narukawa M,etal.Ingestion of cinnamaldehyde,a TRPA1 agonist,reduces visceral fats in mice fed a high-fat and high-sucrose diet[J].J Nutr Sci Vitaminol,2012,58(1):9-13.

[18] Huang TC,Chung YL,Wu ML,etal.Cinnamaldehyde enhances Nrf2 nuclear translocation to upregulate phase II detoxifying enzyme expression in HepG2 cells[J].J Agric Food Chem,2011,59(9):5164-5171.

[19] Zheng H,Whitman SA,Wu W,etal.Therapeutic potential of Nrf2 activators in streptozotocin-induced diabetic nephropathy[J].Diabetes,2011,60(11):3055-3066.

[20] Hsu WH,Lee BH,Li CH,etal.Monascin and AITC attenuate methylglyoxal-induced PPARγ phosphorylation and degradation through inhibition of the oxidative stress/PKC pathway depending on Nrf2 activation[J].J Agric Food Chem,2013,61(25):5996-6006.

[21] Wang F,Pu C,Zhou P,etal.Cinnamaldehyde prevents endothelial dysfunction induced by high glucose by activating Nrf2[J].Cell Physiol Biochem,2015,36(1):315-324.

[22] Earley S,Gonzales AL,Crnich R.Endothelium-dependent cerebral artery dilation mediated by TRPA1 and Ca2+-Activated K+channels[J].Circ Res,2009,104(8):987-994.

[23] Bautista DM,Movahed P,Hinman A,etal.Pungent products from garlic activate the sensory ion channel TRPA1[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(34):12248-12252.

[24] Huang W,Rubinstein J,Prieto AR,etal.Transient receptor potential vanilloid gene deletion exacerbates inflammation and atypical cardiac remodeling after myocardial infarction[J].Hypertension,2009,53(2):243-250.

[25] Wang L,Wang DH.TRPV1 gene knockout impairs postische-mic recovery in isolated perfused heart in mice[J].Circulation,2005,112(23):3617-3623.

[26] Earley S.TRPA1 channels in the vasculature[J].Br J Pharmacol,2012,167(1):13-22.

[27] Emery EC,Diakogiannaki E,Gentry C,etal.Stimulation of GLP-1 secretion downstream of the ligand-gated ion channel TRPA1[J].Diabetes,2015,64(4):1202-1210.

[28] Rafehi H,Ververis K,Karagiannis TC.Controversies surro-unding the clinical potential of cinnamon for the management of diabetes[J].Diabetes Obes Metab,2012,14(6):493-499.

[29] Derbenev AV,Zsombok A.Potential therapeutic value of TRPV1 and TRPA1 in diabetes mellitus and obesity[J].Semin Immunopathol,2016,38(3):397-406.

[30] Numazawa S,Takase M,Ahiko T,etal.Possible Involvement of Transient Receptor Potential Channels in Electrophile-Induced Insulin Secretion from RINm5F Cells[J].Biol Pharm Bull,2012,35(3):346-354.

[31] Sartorius T,Peter A,Schulz N,etal.Cinnamon extract improves insulin sensitivity in the brain and lowers liver fat in mouse models of obesity[J].PLoS One,2014,9(3):92358.

[32] Xiao R,Zhang B,Dong Y,etal.A genetic program promotes C.elegans longevity at cold temperatures via a thermosensi-tive TRP channel[J].Cell,2013,152(4):806-817.

[33] Zhang B,Xiao R,Ronan EA,etal.Environmental Temperature Differentially Modulates C.elegans Longevity through a Thermosensitive TRP Channel[J].Cell Rep,2015,11(9):1414-1424.

10.3969/j.issn.1674-2257.2016.04.032

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