TRPV1在哮喘发病机制中作用的研究进展*

汪枫林，刘德行

（遵义医科大学附属医院麻醉科，贵州遵义563000）

哮喘（asthma）是临床常见的呼吸系统疾病之一。目前全世界约有3 亿哮喘患者［1］，且有证据表明，该病在世界范围内的患病率和死亡率均在逐年上升，预计到2025 年，哮喘患者会增加到4 亿，同时每年会有约25 万人死于哮喘［2］。我国哮喘的患病率约为4.2%，目前全国有超过4570 万的哮喘患者，这表明哮喘已成为严重威胁公众健康的疾患［3］。

哮喘是由多种细胞和炎症因子参与的气道慢性炎症性疾病，多因反复暴露于特定过敏原引起，表现为广泛多变的可逆性气流受限［4］。过敏原不仅刺激气道的感觉神经末梢，导致患者表现出以咳嗽、气喘伴可逆性呼吸困难为主的急性发作期症状［1］，还可活化CD4+II型辅助性T 细胞（CD4+Th2 细胞）等免疫细胞，释放白细胞介素（interleukin，IL）等炎症因子，启动一系列的气道炎症反应，导致气道高反应性和气道重塑［5-6］，引起激发阈值更低、持续时间更长的慢性持续期症状［1］。

瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）阳离子通道香草酸（vanilloid，V）亚家族成员1（TRP cation channel subfamily V member 1，TRPV1）与哮喘急性和慢性期症状的发展密切相关。在急性发作期，感觉神经细胞的TRPV1 被激活，引起Ca2+内流和动作电位产生，诱发了咳嗽反射；而在慢性持续期，过敏原作用于TRPV1，介导胞内转录和磷酸化等级联反应，导致了气道高反应性和气道重塑［7-8］。但是，TRPV1 也同时在限制炎症和免疫反应方面发挥了作用［9］。因此，TRPV1 对哮喘的促进和抑制双重效应，吸引了越来越多研究哮喘学者的目光。下面就以TRPV1在哮喘中的作用及对哮喘的治疗等研究进展做一综述。

1 TRPV1简介

Caterina 等［10］在 1997 年从背根神经中克隆出的TRPV1基因，其蛋白是TRP 通道香草酸亚家族的第一个成员，又称香草酸受体1（vanilloid receptor 1），因为能够被辣椒素等香草酸类化合物激活而被命名。TRPV1 自第一次被发现以来，受到广泛关注并被深入研究，是TRP 家族中被研究得最为充分的一员。

TRPV1是由圆锥状四聚体组成的非选择型配体门控阳离子通道，其中每个亚基由N 端、S1～S6 六个跨膜螺旋区域及C 端构成；S5 和S6 之间构成通道的中心孔，侧面由S1～S4形成电压感受域；TRPV1激活时中心孔的结构明显变化，而外周的S1～S4 结构几乎不改变，从而使以Ca2+为主的阳离子内流［11-13］。N端包括6 个锚蛋白重复序列，钙调蛋白和ATP 结合在该结构上，参与后续的信号级联反应；C 端包括一段长23～25 个氨基酸的TRP 结构域，参与通道的变构调节［14］。TRPV1的蛋白结构示意图见图1。

Figure 1.Schematic diagram of TRPV1 protein structure.图1 TRPV1蛋白结构示意图

TRPV1 广泛分布于无髓鞘C 纤维为主的感觉神经元中。因此，从上呼吸道到下呼吸道甚至是肺泡内，TRPV1 几乎在整个呼吸系统的感觉神经纤维中表达［15］。此外，在呼吸系统的一些非神经细胞（如气道平滑肌细胞、上皮细胞、血管内皮细胞和免疫细胞）中也有TRPV1的表达［16］。

TRPV1基因位于人类染色体 17p13 上，由 17 个外显子组成［17］。最近发现，特定的TRPV1单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）与儿童哮喘之间存在功能性关联，具有该多态性的哮喘受试者咳嗽和气喘的风险较低［18］。这是因为与正常的TRPV1基因相比，突变型（TRPV1-I585V）的氨基酸序列中第585 位异亮氨酸被缬氨酸取代，造成该通道的活性降低，激活反应下降［16，18］。然而，另一项研究却发现，SNP 会增加成人慢性咳嗽的易感性［19］。这些发现在基因层面揭示了TRPV1对哮喘促进和抑制的双重作用。

2 TRPV1对哮喘的促进作用

2.1 TRPV1的调控 TRPV1是一种多模态受体，可被多种物理、化学或内源性刺激信号调控，刺激种类或强度的不同可使TRPV1 激活或敏化。高温（＞43℃）、细胞外低pH（＜6.5）和香草酸类似物（辣椒素）等外源性物理和化学刺激可以通过作用于TRPV1 相应的跨膜螺旋区域直接激活该受体，造成Ca2+内流，引发后续的递质释放、动作电位产生、肌肉收缩等细胞活动。P 物质（substance P，SP）、降钙素基因相关肽（calcitonin-gene-related peptide，CGRP）、缓激肽、前列腺素E2、神经生长因子等内源性介质既可以直接激活TRPV1，也可以通过介导蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）或磷酯酶C（phospholipase C，PLC）等胞内级联信号磷酸化TRPV1 的特定结构，降低其激活阈值，使TRPV1敏化［20-21］。

TRPV1的激活和敏化在哮喘的发生发展中发挥了重要作用。香草酸类似物等刺激性气体可以通过激活TRPV1 引发后续的炎症通路，从而导致哮喘的发生［22］。哮喘的发展也会进一步产生内源性炎症介质，从而敏化TRPV1，降低哮喘的诱发阈值，使哮喘病情更加恶化［23］。TRPV1的激活和敏化过程相互影响，共同促进了哮喘的发生和发展。

2.2 TRPV1 的激活 TRPV1 在哮喘病理生理过程中充当着枢纽的作用。当TRPV1 被物理、化学或内源性刺激信号激活时，TRPV1的中心孔构象改变，使Ca2+内流，造成胞内去极化电流的产生和Ca2+浓度的增加，从而将上游的各种刺激信号整合为胞内的电信号和Ca2+信号，通过神经源性炎症和免疫源性炎症介导下游的神经和免疫反应，诱发哮喘的一系列急性和慢性期症状［6］。因此，神经源性炎症和免疫源性炎症是TRPV1激活后促进哮喘发展的主要途径。

2.2.1 神经源性炎症 过敏原对呼吸道的反复刺激会损伤气道上皮，使感觉神经末梢的TRPV1 被剥离到受损的气道上皮表面；之后刺激物的再次刺激会导致TRPV1 激活和Ca2+内流，产生去极化电流；去极化电流传向中枢引发咳嗽反射，同时也在侧支神经纤维逆行传导（轴突反射），导致局部释放SP、神经激肽A（neurokinin A，NKA）、神经激肽B（neuroki‑nin B，NKB）、CGRP 等神经肽，激活效应细胞上的速激肽受体（NK1、NK2 和NK3）和CGRP 受体并引起一系列炎症反应，这一过程称为“神经源性炎症”［24-26］。

神经源性炎症释放的各种神经肽对哮喘有不同的促进作用。SP 与气道微血管的NK1 受体作用，使气道微血管通透性增加，促进血浆蛋白及炎症细胞渗出；SP 也对气道黏膜具有强烈刺激作用，使气道黏液过度分泌［24］。NKA 和 NKB 分别与气道平滑肌的NK2 和NK3 受体作用，使平滑肌收缩并导致支气管痉挛。CGRP 通过激活气道血管的CGRP 受体使血管明显舒张，引起气道充血和水肿［24］。血浆蛋白和炎症细胞渗出、黏液过度分泌、气道平滑肌收缩及黏膜水肿的共同作用促进了哮喘的急性发作期症状。神经源性炎症机制的示意图见图2。

Figure 2.Schematic diagram of the mechanism of neurogenic inflammation.图2 神经源性炎症机制示意图

2.2.2 免疫源性炎症 过敏原与呼吸系统接触后，可通过树突状细胞的内化与提呈，使静止期CD4+T细胞（Th0 细胞）的T 细胞受体活化，并以Src 依赖的方式迅速招募与激活TRPV1，造成Ca2+内流，内流的Ca2+通过胞内p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-acti‑vated protein kinase，MAPK）信号通路释放核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB），NF-κB 会进入细胞核与相应基因结合启动转录进程，使Th0 细胞分化为CD4+Th2细胞，并分泌IL-4、IL-5和IL-13等Th2相关细胞因子，这一过程称为“免疫源性炎症”［27-28］。

免疫源性炎症释放的Th2 相关细胞因子参与了哮喘的各种病理生理过程。IL-4 能进一步促进Th2分化，也能活化B 细胞使之产生免疫球蛋白E（im‑munoglobulin E，IgE），使肥大细胞脱颗粒而释放组胺、肝素、前列腺素、白三烯等多种炎症因子，导致支气管收缩、血管通透性增强和炎症细胞聚集［29］。IL-5能使嗜酸性粒细胞活化并分泌嗜酸性粒细胞主要碱性蛋白（eosinophil major basic protein，MBP），该蛋白可直接损伤气道上皮细胞，收缩气道平滑肌，增强气道反应性［30］。IL-13 能作用于杯状细胞促进黏液生成，也能作用于嗜酸性粒细胞和气道平滑肌细胞促进气道重塑［31-32］。Th2 相关细胞因子的大量分泌不仅能促进炎症的发展，也能抑制Th1 细胞分泌干扰素γ，干扰素γ具有抑制IgE合成、调节过度免疫反应的作用，因此，免疫源性炎症最终使Th1/Th2 免疫失衡，进一步加重了哮喘的症状［33］。免疫源性炎症机制的示意图见图3。

TRPV1 的激活沟通了神经和免疫两大系统，通过神经肽和Th2 相关细胞因子造成局部气道炎症和Th1/Th2 免疫失衡，从而促进了哮喘的急性和慢性期症状。而TRPV1 的敏化可使激活的阈值降低，造成哮喘病情的进一步恶化。

2.3 TRPV1的敏化 在哮喘的发生发展中，不是所有的刺激都能直接激活TRPV1 引起哮喘相应症状。内源性介质类的刺激更多是通过改变TRPV1的结构和数量使其敏化，从而使哮喘更容易诱发。TRPV1的敏化比直接激活更为普遍，在外周和中枢环境中都有不同的胞内信号通路作用于TRPV1，以磷酸化、增加表达和表型转化的方式促进哮喘的发展。

2.3.1 外周敏化 在外周环境中，缓激肽、组胺、前列腺素E2 和胰蛋白酶等内源性炎症介质能分别作用于特定的G 蛋白偶联受体并激活下游的PKA、PKC 或PLC。活化的PKA 或PKC 能在胞内特定位点磷酸化TRPV1，从而增强敏感性，降低激活阈值［34］。PLC 能将细胞膜上的磷脂酰肌醇4，5-双磷酸（phos‑phatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2）水解成 2 种第二信使——肌醇三磷酸（inositol 1，4，5-trisphos‑phate，IP3）和二酰甘油（diacylglycerol，DAG）。PIP2的水解不仅消除了对TRPV1 的抑制效应，而且可使IP3 和 DAG 通过钙调蛋白和 PKC 引起 TRPV1 的磷酸化，使 TRPV1 致敏［6］。磷酸化途径是使 TRPV1 致敏的常见方式。缓激肽能通过激活G 蛋白偶联B2受体，介导 PKC 和 PLC 通路，使 TRPV1 敏化［35］。组胺和前列腺素E2 能分别通过激活G 蛋白偶联H1受体或G 蛋白偶联前列腺素EP2受体，介导PKA 通路，使TRPV1 磷酸化［36-37］。胰蛋白酶能通过水解蛋白酶活化受体2（protease-activated receptor 2，PAR2）的N 末端结构域使 PAR2活化，介导 PLC、PKC 和 PKA 通路，降低 TRPV1 的激活阈值［38］。炎症介质磷酸化TRPV1机制的示意图见图4。

Figure 3.Schematic diagram of the mechanism of immunogenic inflammation.图3 免疫源性炎症机制示意图

Figure 4.Schematic diagram of the phosphorylation of TRPV1 by inflammatory mediators.图4 炎症介质磷酸化TRPV1机制示意图

除了通过磷酸化使TRPV1 敏化，增加TRPV1 在细胞中的数量也是另一种途径。研究表明，NGF 能通过原肌球蛋白受体激酶A（tropomyosin receptor ki‑nase A，TrkA）激活 p38 MAPK 通路，增加 TRPV1 的基因表达，也能通过IP3 激活Src 激酶，诱导TRPV1向膜表面移动，使其在膜表面高表达［39］。

2.3.2 中枢敏化 感觉神经末梢的TRPV1 被激活后，产生的去极化电流能通过迷走神经传入延髓孤束核的咳嗽中枢，经副交感神经传出后控制呼吸肌的收缩，引起咳嗽反射［40］。但是过敏原的反复刺激可使肥大细胞和气道上皮细胞释放脑源性神经营养因子和神经生长因子［41］。这2 种神经营养因子与感觉神经末梢上的同源受体结合后，能通过轴突运输的方式抵达胞体并影响神经细胞的基因表达，使一些TRPV1 阴性的Aδ 神经纤维表达TRPV1 并分泌SP和CGRP［42］。在这种表型转化的影响下，神经细胞会因CGRP 和SP 而敏化，使咳嗽反射的阈值降低［24，43］。纹状体的抑制性突触后电位（inhibitory postsynaptic potential，IPSP）也会因表型转化造成的TRPV1 过表达和Ca2+内流，失去通过超极化对咳嗽中枢的抑制效应，从另一方面促进了咳嗽反射［44］。表型转化也会使副交感神经的氮能/血管活性肠肽神经元（控制气道平滑肌舒张）转化为胆碱能表型（控制气道平滑肌收缩），从而打破了两者间的平衡，加重咳嗽和支气管痉挛［24］。在这3 种因素的共同作用下，咳嗽或支气管痉挛会更加频繁，有时甚至在没有过敏原刺激的情况下，都会持续地咳嗽或打喷嚏。

比起直接激活TRPV1 所产生的效应，TRPV1 敏化以更低的诱发阈值，通过磷酸化、增加表达和表型转化这3 种方式，在外周和中枢这一更广泛的环境中对哮喘发挥着更加重要的作用。

3 TRPV1对哮喘的抑制作用

随着研究的跟进，TRPV1 在哮喘中的促进作用及其具体过程似乎都越来越清晰。但是，一些研究的结果却与上述的促进作用相矛盾，使得TRPV1 在哮喘致病机制中所扮演的角色更加扑朔迷离。

Mori 等［9］发现，在哮喘模型中TRPV1基因敲除组的IgE、Th2 相关细胞因子和嗜酸性粒细胞的数量都较对照组有明显的升高，表明TRPV1 能减弱Th2免疫反应并抑制过敏性气道炎症的发展，可能是生长抑素和CGRP 在限制炎症和免疫反应方面发挥了作用。作用相对明确的是生长抑素，在Helyes 等［45］的研究中，外源性刺激可使对照组的生长抑素浓度升高，但在TRPV1基因敲除组却不会改变，继续在基因敲除组中给予外源性生长抑素则能减轻炎症和气道高反应性。而CGRP 似乎具有双重效应，CGRP 能通过树突状细胞促进Th0细胞分化为Th2细胞［46］，但免疫激活后，经CGRP 预处理的树突状细胞又能抑制过敏性气道炎症［47］。Basu 等［48］发现，通过辣椒素处理未成熟树突状细胞可诱导其成熟。但Tóth 等［49］却发现辣椒素能剂量依赖性地抑制树突状细胞活化、Th0 细胞分化和细胞因子分泌，表明TRPV1 对树突状细胞具有抗炎作用。

以上的研究使我们意识到TRPV1在促进哮喘发展的同时，似乎也起着抑制作用，这不仅打破了以前对TRPV1 的固有认识，完善了TRPV1 对哮喘的作用机制，也为基于TRPV1 治疗哮喘的药物研究开启了一个新的方向。

4 基于TRPV1对哮喘治疗的研究

目前，在研究TRPV1与哮喘机制的同时，通过干预TRPV1 来治疗哮喘的研究也在同步进行，学者们已经从TRPV1 激动剂和抑制剂这2 个方面对治疗哮喘做了大量的研究和尝试，并获得了不少的成果。

4.1 TRPV1 激动剂 辣椒素是被研究得最广泛的TRPV1激动剂。用辣椒素预处理致敏豚鼠可抑制过敏原诱导的气道收缩和气道高反应性［23］。这是由于感觉神经元因大量的辣椒素刺激耗尽了神经肽，处于一种持续不敏感的脱敏状态，因此对后续的刺激无法反应。根据这一原理把研究对象换成健康人，却发现辣椒素既可能使支气管收缩，又可能使其舒张，这或许是由于TRPV1 激活时释放的兴奋性介质（SP、NKA 和NKB）和抑制性介质（CGRP）之间复杂的平衡关系导致的［50］。但是哮喘患者吸入辣椒素则会引起严重且致命的支气管收缩，这表明健康和患病的气道对辣椒素的反应截然不同［50］。因此，使用TRPV1激动剂来治疗哮喘在现阶段或许并不可行。

4.2 TRPV1 抑制剂 辣椒平（capsazepine）和钌红（ruthenium red）作为经典的TRPV1 抑制剂，被广泛用于实验室研究。但是由于辣椒平代谢稳定性低，药代动力学特性差，且具有明显的非选择性（既能抑制TRPV1，还会抑制烟碱型乙酰胆碱受体和TRPM8），因而有较大的副作用；钌红更是由于会引起惊厥，其临床开发受限［51-52］。除了这2 种经典抑制剂，各个研究机构也研制出了一些新型抑制剂。Johnson & Johnson 公司生产的JNJ17203212 在动物模型中能产生镇咳效果，疗效与可待因相似，但明显高热的副作用阻碍了临床开发［53］。Glaxo Smith Kline公司研制的口服TRPV1 抑制剂SB-705498 则没有高热的报告，被认为是目前治疗呼吸系统疾病最理想的TRPV1 抑制剂，有望成为治疗哮喘的候选药物。事实上，很多新型抑制剂都因为高热和热痛觉受损的副作用而研究受阻，虽然体温升高可在反复服药后减弱，也可以用普通的解热药物（如对乙酰氨基酚）来控制，但是伤害性热痛觉受损却没有很好的控制手段，容易导致皮肤黏膜灼伤［50］。因此，学者们又把目光转向了已经处于临床使用的药物上。最近研究发现，控制哮喘的经典药物噻托溴铵对神经细胞中的TRPV1 也具有抑制作用，可通过调节气道感觉神经和咳嗽反射起到镇咳的效果［44］。这一研究成果有望为当前的哮喘标准化治疗提供额外的补充，也为药物研发提供了新的方向。

5 小结与展望

综上所述，TRPV1 与哮喘有着密切的联系。作为一种伤害性感受器，TRPV1 几乎遍布整个呼吸系统，通过感知各种外源性或内源性的刺激，既促进了哮喘的一系列病理过程，也限制了哮喘的炎症和免疫反应。此外，针对TRPV1 药物的研究也显示出这类药物的广阔前景。然而，对于TRPV1 在哮喘患者中损伤和抑制效应的具体机制，以及如何调控这一双重效应，到目前为止还知之甚少。TRPV1 药物的研究也受困于其严重的副作用而一直没有突破性的进展。因此，今后的研究应该在此基础上，一方面深化TRPV1 在哮喘中作用机制的研究，从而弄清哮喘的发病机制，另一方面拓展基于该类受体的药物研究，从而改良哮喘的治疗方案。