脂质调节瞬时电位受体离子通道活性介导疼痛的作用机制*

张 力 张 立 王培民

（南京中医药大学附属医院骨伤科，南京210000）

生物体的感觉轴突在皮肤广泛分布，以此感知环境刺激并传递刺激信号至背根神经节、三叉神经节等初级感受神经元，随后传递至中枢，发挥机体感知、适应及调节等多种功能。这种感知方式涉及一系列复杂的电生理行为，疼痛是其中之一。瞬时电位受体离子通道 (transient receptor potential, TRPs) 家族感知内外坏境的多种不同刺激，其活化介导Ca2+离子内流，进而传导生物电信号参与疼痛和痛觉敏化，是疼痛伤害的初级感受器[1]。TRPs 通道作为一种完整的膜蛋白，对脂质环境高度敏感，最直接的证据是：佛波酯、花生四烯酸及其代谢物等脂质或类脂本身就是TRPs 通道的激动剂[2]。关于脂质调节TRPs 通道活化的研究大多针对受体-配体结合、膜蛋白相互作用和上游代谢信号等方面展开，因而对其作用机制究的认识产生了三种相应的观点：①脂质作为第二信使调节TRPs 通道活性；②脂质作为细胞间递质调节TRPs 活性；③脂质通过改变细胞膜通道蛋白的结构调节TRPs 通道活性。与此同时，靶向TRPs 活性的镇痛药物也得到深入研究，但至今尚未有临床应用的相关报道。本文将围绕脂质调节TRPs 通道活性介导疼痛的作用机制展开综述，以期为临床缓解疼痛提供新的思路。

一、TRPs 通道是疼痛伤害的初级传感器

TRPs 通道是位于细胞膜上的非选择性阳离子通道，对Ca2+具有高通透性，参与兴奋性和非兴奋性细胞在视、听、触、痛等多种感觉中对不同刺激的转导。1969 年William Pak 在突变体果蝇视网膜光感受器上首次记录到与正常持续电位不同的短暂电位变化，并将其命名为TRP 突变[3]。至今，根据氨基酸序列的同源性，TRPs 家族已被鉴定划分为TRPA、TRPC、TRPM、TRPV 等7 个亚家族。在拓扑结构上，TRPs 家族成员具有一定的相似性，由6 个疏水的跨膜结构域 (S1-S6) 构成，且N 末端和C 末端均位于胞质内，S5 与S6 之间的孔型结构构成Ca2+通道。N 末端结构保守，通常是由多个锚蛋白重复序列构成，在调节胞内钙库Ca2+的释放、连接TRPs 通道和细胞骨架中具有重要作用；而C末端则变异性较大，一般会形成多个结构域、调控位点或者是结合位点，主要参与调节TRPs 通道的功能和特性[4]。

根据亚家族的不同，TRPs 被温度、压力、电压、刺激性毒物、炎症分子、pH 值、渗透压等物理化学刺激因素激活[5]。活化的TRPs 介导的Ca2+内流是诱发动作电位和启动下游细胞内信号通路的关键。同时，TRPs 通道的功能也受到细胞内信号通路的调节。因此，TRPs 通道具有高度动态的信号整合功能，其功能性开放同时依赖于细胞内、外环境和细胞状态。

大多数TRPs 通道主要表达于神经元细胞，如三叉神经节、背根神经节、交感神经节和结节神经节的中、小直径外周感觉神经元。此外，在其他组织细胞如角质形成细胞、血管内皮细胞、膀胱上皮细胞和成纤维细胞中也存在TRPs 的分布[6]。另有一些组织中存在TRPs 通道的特异性表达，如TRPV1-3 在人牙髓中的表达；特定的组织或细胞中也可能出现多种TRPs 通道的表达，如TRPV1和TRPA1在背根神经节的表达有显著的重叠，而TRPM8 则与上述通道重叠较少[7]。最新的研究致力于探索TRPs 通道的基因转录和亚细胞定位，研究发现，TRPs通道不仅仅作为膜蛋白定位于细胞质膜，也可能存在于胞内细胞器膜中，在损伤或炎症发生时，TRPV1 同样介导了线粒体内Ca2+浓度的增加[8]。

二、TRPs 通道介导疼痛的作用机制

TRPs 通道的表达和定位特点是其参与疼痛传递的基础，在炎症性疼痛、癌症性疼痛、神经病理性疼痛、内脏痛、牙痛、偏头痛等领域均得到了广泛研究[9]。其传导疼痛的机制主要分为两种观点：一种认为TRPs 通道功能开放后介导的Ca2+离子内流引起了细胞内的电位变化，这种电位变化本身即可以作为电信号在细胞间进行传递，从而将刺激引起的痛觉感受从外周传递至中枢。另一种观点则认为，TRPs 通道的激活与下游降钙素基因相关肽、神经激肽或P 物质等神经肽的释放直接相关，上述物质的升高不仅通过细胞间通讯传递痛觉感受，更将导致多种促炎介质的释放，进而放大TRPs 通道的放电效应，该观点同时也为TRPs 通道参与痛觉敏化的环节提供了科学解释。

在炎症性疼痛中，TRPV1 的研究最为完善。TRPV1 抑制剂不仅可以减轻完全弗氏佐剂、甲醛、酵母多糖等引起的炎性疼痛，甚至对个别炎症介质在体局部注射引起的炎性疼痛也有所缓解[10,11]。缺乏TRPV1 基因的小鼠在炎症介质后表现出减弱的热痛过敏反应，而注射生理盐水的对照组动物对伤害性热刺激的反应则没有改变[12]。TRPM3 也参与了炎症性疼痛的热痛觉过敏，缺乏TRPM3 的小鼠在热刺激甩尾实验和热板实验中均表现出较高的阈值[13]。除此之外，TRPA1 和TRPV4 参与炎症性机械痛觉过敏也得到了充分的论证。

神经病理性疼痛主要是指由于神经结构损伤引起的疼痛感受，与神经损伤、神经毒性、代谢疾病密切相关。TRPV1 在神经病理性疼痛中具有重要作用，主要与糖尿病和化疗药物的使用有关，TRPA1抑制剂有效减弱神经病性疼痛的机械性痛觉过敏，TRPA1 和TRPM8 也参与了神经损伤相关的冷痛觉过敏。

本课题组关注TRPs 通道在膝骨性关节炎 (knee osteoarthritis, KOA) 疼痛中的重要地位，率先揭示了TRPV4、TRPV1、TRPM8 通道直接感受生物力学的机械刺激和环境改变的冷热刺激在疼痛中扮演着“开关”的角色（遇寒则痛，遇劳则痛）；同时，KOA 疼痛在持续过程中存在痛觉敏化的特点（少量的刺激即可产生痛觉），痛觉敏化与TRPs 通道的持续开放直接相关[14～16]。然而，TRPs 通道的开放绝非单一条件，单一因素所决定的，对TRPs 通道激活所须要素做出探索意义重大。

三、脂质及其代谢产物作为配体调节TRPs 通道功能介导疼痛

细胞膜上的脂质可以由磷脂酶A2 (phospholipase A2, PLA2)代谢释放游离多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)和溶血磷脂类 (lysophospholipids, LPLs) 或由磷脂酶C (phospholipase C, PLC)代谢释放二酰甘油 (diacylglycerol, DAG) 和三磷酸肌醇 (inositol 1, 4, 5-trisphosphate, IP3)。PUFAs本身即可以引起TRPs 的活化，如Motte 等[17]的研究证实了长链脂肪酸对TRPA1 的直接活化作用；Caires 等[18]证 实 了omega-3 PUFAs 对 于TRPV4 的活化是存在且必须的。此外，PUFAs 经脂氧合酶 (lipoxygenase, LOX)、环氧化酶 (cyclooxygenase, COX)、细胞色素-P450 酶 (cytochrome-P450, CYP450)等多种途径代谢生成各类脂质分子，也可以调节TRPs通道的活性[19]。进一步研究发现，上述脂质对TRPs 通道的活化很可能是通过类似“受体-配体”直接结合的机制实现的（见表1）。

LPLs 可以调节TRPs 通道的活性，目前的研究主要包括溶血磷脂酸 (lysophosphatidic acid, LPA)、溶血磷脂酰胆碱 (lysophosphatidylcholine, LPC)、溶血磷脂酰肌醇 (lysophosphatidylinositol, LPI) 和溶血磷脂酰丝氨酸 (lysophosphatidylserine, LPS)。在组织损伤时，局部LPA 水平明显升高，随后与TRPV1的C 末端结合直接活化TRPV1，在疼痛的传导中起关键作用[20]。新近的研究另揭示了LPA 对TRPA1的活化作用，证实了LPA 依赖背根神经节TRPA1和TRPV1 介导瘙痒感觉，敲除TRPA1 或联合敲除TRPV1 的小鼠，瘙痒相关行为相应减少[21]。LPC和LPI 可以活化TRPV2，此过程依赖通道蛋白侧链的长度和溶血磷脂头部的性质，随后诱导Ca2+内流。背根神经节上的TRPV2 活化参与了降钙素基因相关肽等神经递质的释放，进而在疼痛的传递中发挥作用。LPS 能改变TRPM8 的敏感性，降低冷痛阈值，这种调节作用提供了一种潜在的生理机制，即在没有温度变化的情况下激活和敏化TRPM8 进而引起疼痛，同样，针对LPS 的干预手段也可能使得异常的温度变化对TRPM8 的敏化效应降低，从而缓解疼痛。

DAG 属于G 蛋白偶联受体通路，可以激活TRPV1，不仅如此，多个DAG 类似物，也具有这种能力。这种激活很可能是由于脂类直接与通道蛋白结合所致，因为DAG 代谢的下游信号，如DAG脂肪酶和DAG 活化蛋白激酶均不参与TRPV1 的磷酸化；更直接的证据是，突变后不能与辣椒素结合的TRPV1 通道同样无法被DAG 激活。鉴于上述特性，针对DAG 活化TRPV1 参与G 蛋白偶联受体诱发疼痛下游机制的研究非常丰富，脂质调控TRPs 通道介导疼痛的作用机制，也被认可为类似“配体-G 蛋白偶联受体”的活化机制。

PUFAs 经LOX 途径的代谢物同样可以作为TRPV1 的脂质配体而使之活化，如二十碳四烯酸、白三烯等。二十碳四烯酸启动感觉神经元上TRPV1的开放，此外，LOX 分解亚油酸生成的十八碳二烯酸选择性作用于TRPV1，这种级联反应被证实参与热痛敏的形成[22]。据此推测，当细胞损伤并释放十八碳二烯酸时，也可能通过TRPV1 介导热痛敏和机械痛敏，LOX 途径的脂质代谢物，有望成为缓解疼痛的新靶标。

COX 途径上影响TRPs 通道活性的典型便是前列腺素，作为一种促炎介质，前列腺素本身也是一种具有生理活性的不饱和脂肪酸。在细胞内一系列信号通路的介导下，前列腺素最终通过磷酸化TRPV1 实现其活化。前列腺素家族成员如PGA1、PGA2、PGE2 等均被报道可作为TRPA1 配体，直接活化通道，引起急性伤害感受。TRPA1 拮抗剂可以有效减轻炎症性内脏疼痛，其潜在机制便是阻断前列腺素-TRPA1 活化的病理环节[23]。此外，PGE2可激活G 蛋白偶联受体，介导TRPV4 通道磷酸化和激活，参与周围神经病理性疼痛。

CYP450 代谢途径上的信号脂质，如环氧三烯酸 (epoxyeicosatrienoicacids, EETs) 及花生四烯酸的环氧代谢产物也与TRPs通道存在相互作用。5,6-EET可以直接激活血管内皮细胞的TRPV4，从而促进血管舒张；也激活结肠传入神经的TRPV4，从而引起内脏痛觉敏化[24]。在急性腰腿痛中，L4和L5背根神经节和脊髓背角可合成大量的5,6-EET，随后作用于TRPA1 引起Ca2+内流，引起腰腿疼痛感受和机械痛敏[25]。

综上所述，脂质作为配体活化TRPs 通道的观点越来越受研究者的认同，脂质直接激活TRPs 通道介导疼痛使其在疼痛的研究中处于特殊的地位，能否通过干预脂质代谢靶向性影响TRPs 通道的活性进而抑制疼痛，必将成为研究的新思路。

四、磷脂酰肌醇介导第二信使分子调节TRPs通道功能

磷脂酰肌醇4,5 二磷酸 (phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate, PIP2) 是一种磷脂，仅占膜磷脂的不到1%，功能却非常复杂。这种低丰度的多磷酸肌醇脂可被G 蛋白偶联受体介导活化的蛋白激酶C 水解为三磷酸肌醇和DAG，随后的信号传导沿IP3/Ca2+和DAG/PKC 两条途径在细胞内传递，称为“双信使系统”（见图1）。

PIP2 直接参与TRPs 通道的调节活化。在多聚赖氨酸耗竭F11 细胞系内源性PIP2 后，直接加入的PIP2 使TRPV1 对激动剂的反应显著增强。与此相似，Li 等[26]课题组报道在转染沉默TRPV1的HEK293 细胞中，TRPV1 的活性恢复依赖PIP2的重新合成和大量的ATP。此外，PIP2 也参与调节TRPM8 的功能，膜片钳技术直接观察到了PIP2 对TRPM8 的活化，PIP2 抑制剂同样可以使TRPM8 失活[27]。

PIP2 也可以间接参与TRPs 通道的调节。在炎症性疼痛中，释放的缓激肽作用于β2 受体激活磷脂酶C，促进PIP2 的水解产生IP3 和DAG。DAG能够与TRPV1 通道蛋白S3 结构域的酪氨酸511 相互作用，促进TRPV1 的功能性开放[28]。在神经病理性疼痛模型中，膜蛋白Pirt 对TRPM8 活性的调节依赖PIP2；Pirt 也参与了TRPV1 在背根神经节的功能开放，抑制Pirt 的表达可以减少小鼠的疼痛行为[29]。

表1 脂质及其代谢产物作为配体调节TRPs 通道功能

图1 磷脂酰肌醇介导第二信使分子调节TRPs 通道功能

五、细胞膜上的微结构域作为TRPs 通道功能的调节剂

脂质筏是细胞膜微结构域中研究最为透彻的一类，富含胆固醇、鞘磷脂和神经节苷脂，胞分化过程的作用对TRPs 通道活化起着重要的调节作用。脂质筏就像一个蛋白质停泊的平台，随细胞膜的流动性而发生变化，与细胞膜的信号转导、蛋白质分选等多种生物过程均有密切的关系。最新研究表明，TRPM8 与脂质筏的结合使冷温度感觉增强；脂质筏的破坏则导致TRPM8 活化的阈值移至较高的温度。通过药物消耗脂质筏的任何主要成分，即胆固醇、鞘磷脂或神经节苷脂，均能不同程度的阻断TRPV1。

到目前为止，被证实的受脂质筏调控的TRPs家族只有TRPC、TRPM 和TRPV 三个成员，胆固醇在此过程中扮演了重要角色。胆固醇影响TRPs通道在细胞膜上的定位，可能直接对与TRPs 通道蛋白产生特异性影响调控其活化，此外胆固醇也能够改变TRPs 通道周围的细胞膜环境，通过改变脂质双分子层的性质实现对TRPs 通道的调节。由于细胞膜微结构的复杂性，该类研究尚处于起步阶段，有待进一步的探索，尽管如此，针对脂质筏设计TRPs 通道的抑制剂仍是极具潜力的研究方向。

六、结论

TRPs 通道是痛觉传导和维持的重要参与者，探索其活化的条件有望为深入了解外周疼痛的分子机制提供依据。脂质及其代谢物作为重要的生物媒介，越来越受到研究者的重视，脂代谢紊乱也被证实参与肥胖、糖尿病、炎症、心血管疾病等多种疾病的病理过程。本文对环氧化酶代谢途径、脂氧合酶代谢途径、细胞色素-P450 途径、磷脂和溶血磷脂代谢途径的多种脂质及其代谢物调控TRPs 通道的活性，进而介导疼痛的潜在机制做出了综述，阐明了脂质作为第二信使、细胞间递质或是改变细胞膜通道蛋白的结构，均可能影响TRPs 通道的活性，在炎症性疼痛、神经病理性疼痛等多种疼痛类型中扮演着重要角色。通过调节脂质进而干预TRPs 通道的活性为控制疼痛提供了新的思路。然而，仍有许多尚未解决的问题，TRPs 通道的结合位点也需要进一步的确认，以提供针对TRPs 通道的具体药效靶点。