TRPC亚家族与慢性疼痛*

孙亚兰，黄 诚

(赣南医学院 1.2018级硕士研究生；2.基础医学院；3.疼痛医学研究所，江西 赣州 341000)

疼痛可作为报警信号使机体对组织损伤产生生理反应，这种反应对机体具有保护作用。国际疼痛研究协会(International Association for the Study of Pain)将疼痛定义为“一种与组织损伤或潜在的组织损伤相关的不愉快的主观感觉和情感体验”[1]。疼痛在临床上已被列为继体温、脉搏、血压、呼吸之后的人体第五大生命体征。慢性疼痛的经历常常导致不良的身体及心理体验，同时也给家庭和社会带来沉重的经济负担。严重的慢性疼痛可导致失能，进而影响患者的生活质量。面对顽固性的慢性疼痛和患者对缓解疼痛的期望，疼痛医学领域仍面临诸多挑战。由于慢性疼痛的发病机制复杂，目前仍是临床亟待解决的难题。有研究报道瞬时受体电位(Transient receptor potential, TRP)通道参与躯体疼痛感觉的调节作用[2]。经典瞬时受体电位(TRPC)通道作为治疗神经系统疾病、疼痛、呼吸系统疾病、心血管疾病、癌症和其它疾病的潜在靶点而备受人们的关注[3]。越来越多的研究表明TRPC 在慢性疼痛的发生发展过程中发挥着重要作用。本文主要围绕TRPC亚家族的组成、激活、组织分布及其对慢性疼痛的调节作用综述如下。

1 TRPC亚家族的组成

TRPC是哺乳动物TRP基因克隆的第一个亚家族，由7个成员组成(TRPC1-TRPC7)，根据结构和功能的相似性，TRPC亚家族可分为TRPC1/4/5、TRPC3/6/7和TRPC2[4]。在人类、猿和猴子中，TRPC2是一个伪基因，而且TRPC1、TRPC4和TRPC5被认为聚集在一起(TRPC1/4/5)而形成同或异聚体通道[3]。TRPC亚家族与大多数TRP通道相似，均具有六个跨膜结构域(S1-S6)，由胞质N-端区、C-端区以及S5和S6段的孔区组成[5]，通过S5、S6结构域之间的孔隙环组装成四聚体，形成功能性离子通道，许多通道具有Ca2+通透性[6]。其中，TRPC3的结构是由α-螺旋组成，S3的长度是其他TRPC成员的两倍，它延伸到细胞外并通过非常长的环连接到S4，并可观察到糖基化位点[7]。TRPC4的结构是对称的同源四聚体，每个单体由一个跨膜结构域(TMD)和一个紧密的胞质结构域组成，细胞溶质域由两个子域组成，即由四个锚蛋白重复(AR1-AR4)和七个α-螺旋(H1-H7)组成的N端子域，以及包含连接螺旋和螺旋域的C端子域[8]。TRPC5形成了100A、100A、120A对称的同源四聚体，四个单体中的每一个都可分为紧密胞质结构域和跨膜结构域(TMD)，细胞溶质域由具有锚蛋白重复域(ARD)的N端区域和七个α-螺旋(HLH)组成；C端子域包含连接螺旋和螺旋状域，跨膜结构域(TMD)由六个α-螺旋(S1-S6)、一个TRP结构域和几个小螺旋组成，包括孔螺旋、pre-S1肘部、pre-S1螺旋和带有连接环的S2-S3连接螺旋[9]。TRPC6的胞质C端氨基酸折叠成两个长螺旋，即C端螺旋1(CH1)和C端螺旋2(CH2)，CH1从外围水平运行到通道中心，并通过90圈连接到垂直CH2线圈，TRP凹角与CH1之间的氨基酸序列是无序的，这些氨基酸残基包含六磷酸肌醇(IP6)、钙调素和IP3位点[10]。随着低温电子显微镜的应用，更加清晰的展现出TRPC的结构和组成，这将为后续研究打下坚实基础。

2 TRPC亚家族的激活

TRP通道的信号转导通路的激活是通过神经递质和生长因子等来实现的。它们分别作用于G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)和受体酪氨酸激酶，激活磷脂酰肌醇信号通路，产生第二信使(IP3, DAG, PKC)促使细胞质Ca2+浓度增加[11-12]，或通过Gα和Gβγ亚单位与通道的结合直接激活TRP通道[13]。TRPC1、TRPC3、TRPC4、TRPC5、TRPC6和TRPC7通过GPCR刺激被磷酸化的肌醇肽所调控[14-16]。DAGs可直接激活TRPC2、TRPC3、TRPC6和TRPC7[17]。与其它TRPC亚家族成员(TRPC2、3、6和7)相比，TRPC1/4/5不被DAG激活[3]。其中，TRPC5通过G蛋白偶联受体途径被激活，但它的激活不依赖于La3+和Gd3+[18]。有研究显示细胞外的磷脂[19]、重金属[20]和NO[21]等均可增加TRPC5的活性。在小鼠内皮细胞中，TRPC6通道可以被细菌脂多糖(LPS)以Toll样受体4(TLR4)依赖的途径所激活[22]。

3 TRPC亚家族的组织分布

大量的研究报道，TRPC亚家族在诸多病理生理机制中发挥着重要的作用[23]。TRPC亚家族具有广泛的组织分布，不仅在脑组织和神经组织中表达，而且在心脏、肾脏、肺、肝脏和肾上腺等周围组织中也有表达[24]。RT-PCR研究结果显示，TRPC1-TRPC7均可表达于动物的背根神经节(Dorsal root ganglion, DRG)[25]。TRPC4和TRPC5在平滑肌组织及神经元中有表达[13,26]，其中，TRPC5主要在神经系统中表达，其在哺乳动物大脑区域如杏仁核、海马、小脑、大脑皮层和黑质中表达[27]。TRPC5激活后参与并调节神经突的生长，比如生长锥形态和树突形态[27]。TRPC2主要表达于两栖动物及热带爪蟾的主嗅觉上皮细胞和犁鼻上皮细胞[28]。TRPC1是第一个被克隆的哺乳动物TRP通道，在各种组织中广泛表达，但其膜表达模式和通道功能仍存在争议。

4 TRPC亚家族与慢性疼痛

4.1 TRPC亚家族与神经病理性痛伤害性初级感觉传入神经中的N型钙通道(Cav2.2)介导中枢末梢的神经递质释放，参与脊髓背角(Spinal dorsal horn, SDH)伤害性疼痛神经传递网络并促进神经递质的释放[29]。研究显示在神经损伤后，患侧L4 DRG中TRPC3、4和5的mRNA表达降低[30]，表明TRPC可能参与神经病理性痛。进一步的研究发现，于大鼠杏仁核注射TRPC4/C5拮抗剂后，可减轻SNI诱导的神经病理性痛[31]。有报道称，腹腔注射GSMTX-4(一种TRPC1和TRPC6的抑制剂)可有效减轻角叉菜胶或坐骨神经损伤所引起的机械性痛觉过敏[32]。有研究提示TRP通道在感觉神经元中表达[33]，而且参与调节糖尿病所引起的疼痛性周围神经病变[34]，其中，TRPC6参与疼痛的感知和调节[35]，它存在于DRG感觉神经元中，并且介导正常动物的痛觉过敏和痛觉超敏[36]。TRPC6蛋白在糖尿病中高表达，应用TRPC阻滞剂后，DRG中的TRPC6蛋白表达显著降低，糖尿病大鼠硫化氢(H2S)所诱导的痛觉过敏得到缓解[37]。此外，TRPC6还可以通过与TRPV4的协同作用来调节机械刺激和低渗刺激所产生的痛觉过敏[38]。这些结果提示TRPC亚家族参与并调控神经病理性痛的发生发展过程。

4.2 TRPC亚家族与炎性痛炎性痛的特征之一是刺激炎症区域的周围痛觉感受器的敏化[39]。在炎症过程中，由化学制剂、损伤或感染所引起的痛觉感受器对刺激的反应发生了明显变化，从而导致对有害刺激(痛觉过敏)的反应增强，或对正常无害刺激(痛觉异常)的反应增强[40]。炎症介质激活的大多数G蛋白偶联受体可触发钙依赖的信号通路，并刺激初级传入神经元钙池操纵的钙内流(Store-operated calcium entry, SOCE)[39]。蜂毒素是蜂毒中的主要多肽，可引起持续的自发性疼痛和痛觉过敏，研究证明蜂毒素诱导的炎症引起的伤害性反应涉及TRPC通道的参与[41]。长期应用吗啡治疗，脊髓中TRPC6的表达会显著上调，通过抑制脊髓TRPC6的表达可以改善吗啡诱导的镇痛耐受和痛觉过敏[29]。此外，TRPC6和TRPC1的下调逆转了对机械刺激和低渗刺激产生的痛觉过敏[38]。有实验表明TRPC5在中枢神经系统和外周神经系统均有表达[30]，在体内，TRPC5与TRPC1 在CD55+成纤维样滑膜细胞(Fibroblast-like synoviocytes, FLS)中表达[42]。在CFA诱导的关节炎模型中，TRPC5的缺失会加重关节炎症状和疼痛[43]。研究发现TRPC3几乎在IB4+痛觉感受器中完全表达，IB4+痛觉感受器是一种大量的C纤维非肽能感觉神经元，其参与炎性痛的发生发展过程[44]。以上研究提示TRPC亚家族在炎性痛中发挥着至关重要的作用。

5 TRPC通过对Ca2+的调节参与痛觉的调制

胞质中瞬时升高的Ca2+是介导细胞功能的基本信号。负责躯干和四肢疼痛传入的初级传入神经元胞体位于背根神经节上，在DRG神经元上有多种离子通道，如钠通道、钾通道、Ca2+激活的氯通道以及Ca2+激活的非选择性阳离子通道等[45]。脊髓痛觉传递的反应性增强可能是由于初级传入神经元的反应性增强，通过打开电压依赖性Ca2+通道导致神经递质胞吐增加，或由于背角投射神经元的突触后兴奋性增强，通过电压依赖的Ca2+通道，使Ca2+大量流入所诱导[34]。在机体中各种受体和离子通道可传递并处理疼痛信号，而检测和传输有害刺激的最重要的离子通道是瞬时受体电位通道家族。TRPC蛋白是一种功能十分广泛的信号转导元件，它通过在不同的空间和时间上产生的Ca2+以及兴奋信号模式来控制生物功能[23]。电压依赖性Ca2+通道是Ca2+流入细胞的主要途径[34]。当疼痛信息从外周传递到中枢神经系统时，P物质等伤害性递质通过脊髓背角初级感觉终端的胞吐作用释放，这是由位于突触前神经末梢的高阈值电压致使链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)诱导的糖尿病型神经病理性痛[46]，表明TRPC可通过对Ca2+的调节参与痛觉调制过程。

6 小结与展望

综上所述，TRPC亚家族的组织分布非常广泛，其蛋白质聚集成非选择性阳离子通道，通常具有钙的渗透性，参与多种生理和病理过程[47]。DRG是痛觉传递的桥梁，在DRG神经元上有大量的离子通道，TRPC亚家族均表达于DRG中，且参与痛觉的调制。越来越多的研究显示，在慢性疼痛的发生发展过程中，TRPC亚家族成员的蛋白表达及mRNA水平随病程发展而有所变化。这些证据均提示TRPC亚家族在疼痛的发生发展中发挥着至关重要的作用，参与并调控神经病理性痛和炎性痛等。

目前，人体在健康或疾病状态时其离子通道的病理生理学改变，仍然是研究者面临的极大挑战。近年来，随着低温电子显微镜的应用，揭示了几种TRP通道的精细结构[3]。其中，TRPC亚家族对Ca2+浓度的调节可能是调控疼痛的主要机制之一，TRPC亚家族在慢性疼痛中的调节机制比较复杂，因此，对TRPC 亚家族的进一步研究将有利于疼痛的临床治疗和新药开发。