香草素受体4型瞬时感受器电位通道及其抑制剂与相关呼吸系统疾病关系的研究进展

田晓明，潘 倩，尹毅青

（中日友好医院麻醉科，北京 100029）

瞬时感受器电位（transient receptor potential，TRP）通道是一类阳离子通道蛋白超家族，其在细胞膜上的功能十分重要。TRP通道最早发现于果蝇的视觉系统，迄今为止，在哺乳动物发现的28个亚型被划分到7个亚家族：TRPA，TRPC，TRPM，TRPML，TRPN，TRPP和TRPV［1］。香草素受体4型TRP（TRP vanilloid 4，TRPV4）通道属TRPV通道亚家族，广泛分布于心、肺、脑、肾和肝等重要器官，并与急性肺损伤（acute lung injury，ALI）、慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、肺动脉高压（pulmonary hypertension，PAH）、特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）和哮喘等多种疾病的发病机制有关，在疾病的发生发展中起着重要作用。本文对TRPV4通道及其抑制剂与上述呼吸系统疾病关系的研究进展进行概述。

1 TRPV4通道的结构及其生理功能

TRPV4通道为四聚体结构，由871个氨基酸组成；每个单位有6个跨膜结构域，S5和S6之间形成的P环是阳离子通过的关键区域［1］。N端有TRPV4通道磷酸肌醇结合位点，该结合位点可通过感知各种物理及化学刺激（如花生四烯酸代谢产物及环氧二十碳三烯酸）激活TRPV4通道［2］。在该末端存在另一富含脯氨酸的结构域，可能参与了TRPV4通道的物理激活，其激活后主要转运二价阳离子，尤其是钙离子，导致细胞内钙离子浓度升高，进而参与体内多种病理生理过程，如渗透压调节、体温调节、神经兴奋性调节、机械力传导及骨和软骨生长发育等。C端存在一个钙调蛋白结构域，为蛋白质相互作用的位点。TRPV4通道在肺组织的各种类型细胞均有表达，包括肺血管内皮细胞及平滑肌细胞、肺泡上皮细胞和气管和支气管细胞等［3］。

2 TRPV4通道抑制剂

钌红（ruthenium）通常在实验中用作TRPV4通道阻断剂，可逆地抑制外向TRPV4电流。与钆和镧一样，钌红通常阻断色氨酸通道。小檗碱同样可以阻断TRPV4通道［4］。GSK2193874作为口服有效的TRPV4通道的拮抗剂，可通过重组TRPV4离子通道来阻断钙离子内流［3］。丁胺苯可以在微摩尔浓度下阻断TRPV4通道，并且通TRPV4通道减少小鼠的急性疼痛［3］。解析蛋白D1（resolvin D1）是一种内源性抗炎脂质分子，在纳摩尔和微摩尔浓度下，抑制TRPV4通道的激活以对抗炎性疼痛［3］。上述药物对TRPV4通道均不具有选择性，在阻断TRPV4通道受体的同时可影响TRP家族其他受体，因此应用于临床会出现许多不良反应。HC-067047是一种选择性TRPV4通道拮抗剂，它可以改善野生型膀胱炎模型小鼠的有效膀胱容量并减少排尿频率，对TRPV4基因敲除鼠的膀胱功能无影响［3］。但是，即使是选择性TRPV4通道拮抗剂在临床试验也出现非靶器官损伤的问题，因为TRPV4通道广泛分布于各种器官。所以，开发用于临床的TRPV4通道拮抗剂的困难在于高度选择性，同时还应保留非病理生理学所需的TRPV4通道的功能。目前TRPV4抑制剂尚仅限于临床相关基础研究。

3 TRPV4通道及其抑制剂与呼吸系统疾病的关系

3.1 急性肺损伤

虽然ALI这一名词已不再应用于临床疾病的命名，但是它仍是实验动物相应疾病的恰当描述词，其发展至严重阶段称为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。ARDS病死率较高且目前仍缺乏有效的治疗药物。BALAKRISHNA等［5］报道，TRPV4通道参与吸入酸性物质诱导的ALI，特异性TRPV4通道抑制剂GSK2220691可以缓解TRPV4通道激动剂GSK1-016790预处理后所带来的肺水肿加重和血压下降，该抑制剂还改善了酸性物质吸入后肺的氧合指数和肺损伤组织学评分，同时减轻了肺的炎症反应，使支气管肺泡灌洗液中中性粒细胞和巨噬细胞的数量减少。更为重要的是，这些改变都是在酸性物质诱导后给予TRPV4通道抑制剂时表现出来的。TRPV4通道基因敲除小鼠吸入酸性物质也出现类似的现象。有研究表明，除上述肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞外，TRPV4通道还表达于与ALI/ARDS相关的巨噬细胞和中性粒细胞，但该实验并未说明ALI/ARDS过程中TRPV4通道是来自肺内还是肺外［6-7］。另外，在肺实质细胞和循环血细胞上TRPV4通道的功能表达均可导致肺血管屏障功能障碍，而且肺实质或循环血细胞中TRPV4通道的缺乏显著降低了髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）活性，说明内皮和中性粒细胞上TRPV4通道在酸性物质诱导的ALI引起的中性粒细胞聚集中发挥关键作用［8］。另外，MICHALICK 等［9］发现，TRPV4通道抑制剂可以减轻高潮气量机械通气引起的小鼠肺损伤。在同样的高潮气量通气情况下，相对于对照组，TRPV4通道抑制剂组肺水肿程度和血管通透性均降低，炎症细胞的聚集和炎症因子的释放均不同程度地减少。另外，他们将野生型小鼠的巨噬细胞注入TRPV4通道敲除小鼠离体肺中，发现高潮气量通气引起的肺损伤增加，也验证了上述肺外免疫细胞TRPV4通道的缺失也同样参与了ALI的发生。

3.2 慢性阻塞性肺疾病

COPD是一种常见的呼吸系统疾病，主要表现为慢性支气管炎和肺气肿，进一步可发展为肺心病和呼吸衰竭。近年在全球范围内患病率不断上升，且无有效的药物治疗。吸烟是其病程发展过程中的重要危险因素。有文献报道，吸烟者和COPD患者对细胞外ATP表现出高度敏感性。COPD患者肺内ATP水平升高，且雾化吸入ATP可引起COPD患者咳嗽和呼吸困难等症状，而在健康受试者则无此反应［10］。BAXTER等［11］构建犬模型验证ATP的来源，发现中性粒细胞和P2X7受体与ATP的升高无关，可能与支气管上皮细胞有关。他们还发现，COPD患者肺内TRPV4通道表达升高，且TRPV4通道抑制剂可以抑制吸烟引起的人支气管上皮细胞释放ATP。在TRPV4通道基因敲除小鼠中也观察到类似结果。进一步实验发现，感觉神经上TRPV4通道的激活导致了炎症反应，进而促进了ATP的释放。虽然吸烟是重要的危险因素，但只有部分吸烟者会发展成为COPD，这表明还存在其他危险因素。有文献通过对来自ICGN（国际COPD遗传网络）的606个家庭的1891名受试者以及来自挪威的953例COPD患者和956例对照的人群调查，发现TRPV4通道基因变异影响COPD的发病［12］。另外有研究表明，TRPV4通道在调节气道上皮屏障功能、上皮和内皮通透性、平滑肌收缩和黏膜纤毛运输等方面发挥着重要作用，这些均与COPD发病相关［13-14］。

3.3 肺动脉高压

肺动脉平滑肌细胞通过收缩和舒张维持肺动脉压，PAH是肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移所引起的肺动脉压逐渐升高，最终可导致右心衰，预后极差。TRPV4通道与肺动脉血管存在密切的关系。研究表明，TRPV4通道参与了低氧性肺血管收缩（hypoxic pulmonary vasoconstriction，HPV）［15］，这是对低氧的急性反应。MARTIN等［16］发现，TRPV4通道激活可以影响肺动脉平滑肌细胞的迁移和细胞骨架的重组，表明TRPV4通道可能与PAH的发病机制相关。PAH是一种复杂的病理变化，其病因也是多种多样，低氧可能是PAH的发病机制之一［17］，低氧动物模型也广泛应用于PAH的研究。慢性低氧模型大鼠在低氧暴露1 d，TRPV4通道表达即开始增加；进一步研究表明，TRPV4通道影响了肺动脉平滑肌细胞膜上的钙离子通道，使胞内的钙离子浓度升高。在慢性低氧模型中，大鼠在10%氧浓度下饲养4周，TRPV4通道基因敲除大鼠右心室肥厚程度、血管重构和肺动脉压的升高均受到抑制，提示TRPV4通道在低氧诱导的PAH发生发展中起着至关重要的作用［18］，但其反应通路并未明确。TRPV4通道特异性抑制剂HC-067047同样可以抑制5-羟色胺引起的肺动脉血管收缩，对内皮素引起的血管收缩却无反应，5-羟色胺引起的钙离子内流也同样受到了抑制。在低氧诱导的PAH模型中，5-羟色胺引起的血管收缩效应增强，TRPV4通道基因敲除减弱了这种反应，提示5-羟色胺可能通过TRPV4通道参与了PAH的发病机制［19］。

3.4 特发性肺纤维化

IPF可导致患者肺功能障碍，甚至发展为呼吸衰竭，亟需研发延缓特发性肺纤维化疾病进展的治疗药物。RAHAMAN等［20］报道，TRPV4通道参与了IPF的发病。他们用平阳干霉素（博来霉素）诱导小鼠肺纤维化，发现TRPV4通道基因敲除小鼠对平阳霉素的反应远小于野生型小鼠，胶原累积减少75%，肌成纤维细胞的累积也相应减少。同时，他们还发现，在IPF患者中，TRPV4通道介导的钙离子内流是健康人的2倍，这说明在IPF患者中TRPV4通道活性上调，而这种钙离子内流被证明促进了病变区域的肌成纤维细胞分化。而对于肺纤维化，SCHERAGA等［21］认为，TRPV4通道在其进展过程中有保护作用，巨噬细胞的TRPV4通道在IPF患者体内被激活，使得巨噬细胞表型发生变化，吞噬作用增强，从而延缓了IPF进展。

3.5 哮喘

哮喘是由多种细胞和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病。糖皮质激素是最有效的控制哮喘气道炎症的药物，但长期高剂量使用也会出现诸如骨质疏松和肾上腺皮质轴抑制等不良反应［22］。据报道，TRPV4通道介导了气道壁增厚、杯状细胞聚集、胶原蛋白表达和纤维气道重塑。同时，TRPV4通道参与了哮喘模型小鼠转化生长因子β1的增加，而且其在体外通过调节大鼠肉瘤蛋白超家族成员A（RhoA）促进了转化生长因子β1依赖的肌成纤维细胞的分化［23］。另外，低渗环境下，会引起平滑肌和气管环平滑肌收缩，一些哮喘患者对这种低渗刺激过敏。NAUMOV等［24］发现，TRPV4通道部分基因的单核苷酸多态性与低渗盐处理后的肺功能降低有关。上述结果表明，TRPV4通道可能是哮喘的潜在治疗靶点。最近有研究表明，TRPV4通道对于过敏性哮喘的发病并非是必须的［25］。他们通过使用鸡卵清蛋白致敏野生型和TRPV4通道基因敲除小鼠建立过敏性哮喘模型，发现2组在疾病的发生发展过程中并无显著性差异，2组小鼠的气道高反应性相似。

4 结语

近年来，TRPV4通道在呼吸系统疾病中的作用及机制已受到国内外研究者越来越多的重视。大量研究表明，TRPV4通道可作为呼吸系统疾病的潜在治疗靶点。除上述疾病外，TRPV4通道还参与了脑和心肌的缺血再灌注损伤［26-27］，但其与肺缺血再灌注损伤的关系并不明确，推测TRPV4通道很可能也参与了肺缺血再灌注损伤的发病机制。目前市场上关于TRPV4通道激动剂和抑制剂的研发尚处于初始阶段，抑制剂HC-067047，RN-1734，RN-1665和RN-9893及激动剂GSK1016790A等虽也进行临床相关研究，但其中大多数不能满足口服需要，且存在药效和选择性不佳等问题。因此，进一步深入了解TRPV4通道参与相关呼吸系统疾病的重要机制，有利于开发选择性更高、效果更强的TRPV4通道抑制剂，对于呼吸系统相关临床疾病的预防和治疗具有重要意义。