中枢神经TRPA1与抑郁发生

刘 霞，姜 博，岳 杰，姜 鸣，2，3，4*，白占涛，2，3，4*

(1.延安大学 生命科学学院；2.多肽资源药物研究中心；3.延安市特色资源生物生物工程技术研究中心；4.陕西省区域生物资源保育与利用工程技术研究中心，陕西 延安 716000)

抑郁是一种广为多见的情绪障碍类疾病，在各个年龄段不同性别的人群中均有发生。抑郁患者人数众多，且具有一定的隐蔽性。因此，对其的预防和诊断极其重要。重度抑郁症产生于复杂的生物系统的相互作用，包括基因、分子、细胞、网络和行为。随着对大脑结构、功能、遗传和细胞特异性转录等多个层次的检测，已逐步揭开抑郁的神经生物学机制。

瞬时受体电位(Transient receptor potential，TRP)超蛋白家族由一组结构相似的阳离子通道组成，具有多样的离子选择性、激活模式和生理功能。TRPs具有6个跨膜结构域(S1-S6)、不同程度的序列相似性和对阳离子的通透性。TRP阳离子通道通过介导Na+和Ca2+进入胞内发挥作用，阳离子流入胞内发生去极化，对神经元等可兴奋细胞的动作电位的产生是必需的。在非兴奋性细胞中，TRP通道的膜去极化以及TRP通道激活刺激的电压依赖通道(Ca2+，K+，Cl-)影响许多细胞事件，如转录、翻译、收缩和迁移。TRP超家族可分为2个大族，7个亚家族。这些通道不仅可感受视觉、味觉、嗅觉、听觉、机械感觉和热感觉，也可使单个细胞感知局部环境的变化，如流体流动和机械应力的变化[1-3]。

TRPA1作为TRP超家族一员，属非选择性阳离子通道，参与多种生理病理过程，是细胞感受器。最近研究发现TRPA1不仅在外周神经系统中起作用，同时也表达并作用于中枢神经系统(Central Nervous System,CNS)，且CNS中的TRPA1起着重要的调控情绪类疾病的作用。此外，TRPA1表达在抑郁神经环路的重要节点——海马、皮层等脑区，调节突触可塑性、钙稳态，并与SIRT1共同作用调节抑郁的发生发展。中枢神经TRPA1的表达与抑郁疼痛共病回路存在部分的重叠，且与Toll样受体(Toll-likereceptor，TLR)共同作用调控抑郁疼痛共病。TRPA1拮抗可降低抑郁、焦虑症状，缓解疼痛等负面情绪体验。亦有研究发现，TRPA1在神经退行性疾病中与星形胶质细胞的过度活跃以及淀粉样蛋白的形成有关。本论文聚焦中枢神经TRPA1的表达与分布，探析TRPA1与抑郁环路、抑郁共病、突触可塑性的相关性，明确TRPA1作为新抑郁分子的表观遗传调控和钙稳态调节机制，以提出基于TRPA1通道的抑郁症诊疗新策略。

1 中枢神经TRPA1的表达

TRPA1在海马、脑干、皮质、下丘脑、三叉神经节、小脑基底核无名质复合体等CNS中表达，且表达于脑微血管内皮细胞、神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞等细胞类型中[4-8]。研究表明，偏头痛患者的冷刺激性头痛发生率较高，这种差异可能是由于偏头痛患者三叉神经过度兴奋所致[9]，小鼠行为学实验表明，三叉神经特异性激活TRPA1增加了偏头痛阈值，离体钙成像显示TRPA1激动剂增加了野生型小鼠三叉神经节神经元的钙信号，而在TRPA1基因敲除鼠中没有这种现象[10]，提示TRPA1可作为中枢感受器。

中枢神经TRPA1是否是发挥更高级的认知、情感、情绪功能的基础。星形胶质细胞的兴奋性依赖于胞质钙的增加，有助于突触传递，从而促进学习和记忆[11]，抑制星形胶质细胞的活性可改善抑郁样行为[12]。在小鼠海马CA1区星形胶质细胞中使用TRPA1拮抗剂HC-030031几乎完全消除了星形胶质细胞中的钙信号或消除了Ca2+的过度活跃，TRPA1激动剂AITC升高了星形胶质细胞的整体Ca2+水平[13,14]。研究发现，TRPA1表达在溶酶体膜上介导Ca2+的释放以及突触前膜囊泡的释放[15]，因此，推测TRPA1通过调节钙稳态参与抑郁症的发生。抑郁模型小鼠伏隔核(Nucleus accumbens,NAc)胆碱能神经元大的活动性降低，利用化学遗传抑制NAc胆碱能神经元活性增加抑郁敏感性，而激活NAc胆碱能神经元则缓解抑郁样行为[16]。NAc胆碱能神经元参与到抑郁发生过程，TRPA1敲除小鼠的抑郁样行为增加，而TRPA1在胆碱能神经元中大量表达[17]，据此，推测胆碱能神经元中的TRPA1可能参与到抑郁发生过程。

2 TRPA1与抑郁

TRPA1参与情绪认知行为，TRPA1基因缺失或对其通道的功能阻断可减少焦虑样行为，增强与空间或恐惧有关的学习记忆以及新颖的位置识别和社交互动[18,19]，强烈提示，TRPA1功能拮抗是治疗焦虑和情绪障碍的一种新策略。

2.1 中枢神经TRPA1与抑郁神经环路

大量研究证明，前额叶皮层(Prefrontal Cortex,PFC)、前扣带皮层(Anterior Cingulate Cortex,ACC)和海马(Hippocampus,HPC)与抑郁相关。这些脑区存在与抑郁有关的多个神经环路，包括多条谷氨酸能投射(PFC-NAc/LHb/VTA/DRN/LC、LHb-VTA/RMTg/LC、HPC-NAc、BLA-NAC/VP/CeM/DRN)，多巴胺能投射(VTA-PFC/LH/LHb/ HPC/LC)，氨基丁酸能投射(NAc-LHb/VP/VTA)，去甲肾上腺素能投射(LC-ACC/BLA/VTA)的等多条环路[20,21]。多巴胺(DA)受体和转运蛋白功能障碍多发于抑郁症和重度抑郁中[22]，通过注射逆行病毒、光化学遗传等方法，解析出了在VTA-NAc环路中，VTA DA神经元向NAc的投射编码抑郁中与奖赏相关的信息[23]。而在果蝇中发现，通过激活TRPA1通道可激活多巴胺神经元[24]。提示TRPA1可能调控多巴胺能的VTA-NAc环路，调控抑郁行为。中缝背核(Dorsal Raphe Nucleus,DRN)向HPC、内嗅皮层、PFC、NAc、中央杏仁核(Central Nucleus of the Amygdala,CeA)等脑区存在5-HT能投射[25]，大鼠培养的背根神经节神经元和肠嗜铬模型细胞中的内源性TRPA1激活后会释放5-HT[26]。说明TRPA1可能在5-HT能神经环路中参与抑郁调控。LHb在抑郁环路中，作为前额叶皮层的谷氨酸能输出通路，其上游的TRPA1拮抗，对于LHb下游调控将起着不可或缺的作用[27]。

2.2 中枢神经TRPA1与抑郁的突触可塑性

中枢神经TRPA1表达异常，致使突触可塑性降低，增强抑郁样行为。抑制星形胶质细胞的激活可改善抑郁样行为[12]，阻断TRPA1降低了星形胶质细胞的兴奋性[14]。TRPA1基因敲除小鼠皮质和海马中显示出明显的复杂神经突回路[18]。TRPA1在尾侧孤束核(NTS)谷氨酸能神经元的突触前末端表达，利用TRPA1选择性激动剂可增强谷氨酸能神经元突触前活动性，TRPA1基因敲除小鼠证实了TRPA1在触发突触谷氨酸释放中的特异性[28]。TRPA1通道的功能丧失还可导致轴突束断裂，髓鞘碱性蛋白下调以及大脑中成熟少突胶质细胞减少，从而导致运动功能受损[18]。抑郁患者的mPFC体积和神经胶质细胞数量减少，而运动可增加抑郁患者mPFC体积和mPFC中少突胶质细胞的分化能力。这提示TRPA1还存在更多的调控抑郁症的方式。

2.3 TRPA1与抑郁相关的钙稳态调节

抑郁患者脑细胞内Ca2+浓度明显高于正常水平，细胞内钙稳态对神经细胞存活和功能至关重要，钙稳态破坏是抑郁的一个重大病因，可在小鼠上引起持续的焦虑和抑郁样行为。此外，突触前钙信号的变化还伴随着年龄相关的海马长时程增强缺陷和认知障碍。TRPA1通道渗透Ca2+，负责维持细胞内Ca2+的外源和内源性配体激活，是细胞Ca2+稳态传感器[29-31]。TRPA1的激活神经终端导致膜去极化主要是由于Na+涌入，引发钙内流进一步将P物质、神经激肽和降钙素基因相关肽从痛觉感受器的外周末梢释放，引起一系列神经源性炎症反应[32]，进而诱发抑郁样行为。因此，聚焦TRPA1，调控细胞内钙离子稳态将是抑郁机制解析的新方向。

2.4 TRPA1的SIRT1表观遗传调控与抑郁症发生

NAD+依赖性蛋白去乙酰化酶(SIRT1)与重度抑郁症相关，影响中年抑郁女性的自杀风险，激活SIRT1可以改善慢性不可预测性温和应激诱导小鼠的抑郁样行为[33,34]。在疼痛条件下容易出现焦虑和抑郁行为的动物，其杏仁核中部的SIRT1蛋白水平降低，而对情绪障碍有抵抗能力的动物则没有这种现象[35]。利用小鼠心脏的基因组筛选发现，TRPA1是mIGF-1/SIRT1信号的一个靶点，SIRT1占据TRPA1启动子，抑制其表达[36]。综合这些研究结果，可以确定SITR1表达量降低，促进了TRPA1的表达，使动物更易感受疼痛，增加抑郁的易感性。而SIRT1的激活抑制了TRPA1的表达，降低了小鼠对痛觉的感受，同时TRPA1的表达量降低，也使小鼠更不易诱导出抑郁样行为。TRPA1表观遗传途径调控抑郁症的发生和发展，同时这也成为了现下亟需探索的问题，除了TRPA1，其他TRP通道的表观修饰方式和抑郁的关系，值得更多的探索。

3 TRPA1与抑郁疼痛共病

抑郁症是一种与慢性疼痛高度共病的精神类疾病，抑郁可导致痛敏增加，急、慢性疼痛通常也与包括焦虑症和抑郁症在内的情绪障碍。流行病学研究表明，与抑郁症相关的慢性疼痛的共病发生比慢性疼痛或抑郁的个体发生高得多。中度至重度疼痛会极大地损害生产力，当伴有抑郁症时，病情会变得更糟且难以治疗。因此，对抑郁疼痛共病涉及的机制的理解非常重要。在这两种症状的病理生理学中，涉及相似的皮层区域、各通道协同调控等多种机制问题[37-40]。

3.1 TRPA1与抑郁疼痛共病环路

神经影像学结果发现，抑郁症患者以及急性实验性疼痛受试者脑内PFC、ACC、NAc、HPC和CeA活动性异常，表明这些脑区特别是这些脑区间形成的神经环路、神经微环路可能参与到抑郁疼痛共病过程。TRPA1已被证明在抑郁疼痛共病脑区表达，如HPC、皮层。大脑结构和活动的明显改变也发生在慢性疼痛中。例如，在IC、ACC和PFC观察到灰质体积的减少[21]。

TRPA1表达在抑郁疼痛共病脑区，参与抑郁调节与痛觉感受。TRPA1的激活增加抑郁风险、抑郁样行为、加重抑郁的病程，且无论是抑郁或是TRPA1激活都会导致痛觉过敏。通过TRPA1的基因敲除或拮抗减轻抑郁、焦虑行为，同时降低了痛敏。据此，TRPA1可能是治疗抑郁疼痛共病的重要靶标分子和药物开发靶向。

3.2 TRPA1与TLR共同介导抑郁疼痛共病发生

TLR信号通路的负性调节器受损和重度抑郁症(MDD)有关，调节TLR4信号的细胞内调节microRNAs在MDD患者中异常表达；TLR2缺陷导致学习障碍，自发活动减少，焦虑和抑郁增加，导致脑白质损伤、脑萎缩、神经元丢失、胶质细胞活化[41,42]。

TRPA1和TLR4都可以作为LPS的传感机制[43,44]，且LPS可以直接激活TRPA1[45]，在由LPS诱导产生的炎症反应中，TRP通道可以在TLR4信号启动前识别LPS，痛觉神经元中的TRPA1对LPS的识别导致Ca2+的流入，激发动作电位，激活细胞内信号级联，释放降钙素基因相关肽(CGRPs)，产生痛觉[44,46]。LPS不仅介导炎性疼痛，还可诱发抑郁样行为。这进一步提示TRPA1可能通过TLR4介导抑郁疼痛共病行为。此外，通过紫杉醇建立疼痛模型发现，激活TLR4引起星形胶质细胞释放TNF-α，增加DRG神经元TRPA1和TRPV4的表达，引起神经痛[47]。TLR2通过TRPV1和TRPA1通道激活TLR1/TLR2或TLR6/TLR2异质二聚体，参与疼痛行为[48]。TLR7与组织损伤释放的Let-7b等miRNA结合，进一步引起TLR7与痛觉神经元表面的TRPA1结合[49,50]，TLR7和TRPA1的结合增加感觉神经元的兴奋性，导致疼痛和外周增敏，进一步通过兴奋性突触传递增加和抑制性突触传递减少介导中枢敏化，同时还会引起中枢神经系统的胶质细胞活化和神经炎症，产生细胞因子、趋化因子和生长因子来维持中枢致敏，导致慢性疼痛[50]。TLR4(LPS)、TLR7(loxoribine)和TLR8(ssRNA)配体上调了TRPA1的表达，并增强了TRPA1介导的钙摄取，TRPA1的功能特异性拮抗减弱这种反应[51]。不同组织部位TLRs通过增加或抑制TRPA1活性共同参与疼痛抑郁共病过程。

4 TRPA1与神经退行性抑郁

在临床上，抑郁症是晚年生活中情绪痛苦的最主要原因之一。在对人类的观察中，老年抑郁症通常伴随着诸如阿尔兹海默、帕金森等神经退行性疾病。老年抑郁症患者通常在认知方面存在问题，偶尔会被误诊为痴呆疾病。抑郁症伴随认知障碍被认为是早期痴呆，尤其是AD的先兆。研究认为，符合AD诊断标准，且至少包括抑郁情绪、快乐缺乏、食欲差、睡眠差、社会孤立、无价值感、精神运动改变、易怒、疲劳和自杀想法等3种显著抑郁症状的患者，称之为AD抑郁患者[52]。

新近的研究发现，老龄TRPA1+/+小鼠表现出明显的记忆丧失，而TRPA1-/-显著减少了记忆丢失。此外，在幼年小鼠中，TRPA1-/-小鼠较TRPA1+/+在八臂迷宫中表现出明显较少的参考记忆错误，在新颖物体识别、八臂迷宫和Y迷宫中表现出显著的更高的移动性[53]。说明，TRPA1参与到了学习记忆过程当中，是学习记忆的重要调节因子。此外，TRPA1、TRPM2和TRPV1通道还与Aβ诱导的神经元死亡有关[54]。在AD模型小鼠海马的星形胶质细胞中检测到TRPA1通道的蛋白表达高于WT小鼠，该小鼠TRPA1通道基因敲除减轻了学习记忆障碍，Aβ斑块沉积和促炎性细胞因子的产生[5]。星形胶质细胞钙的过度活跃同样发生在Aβ产生的开始阶段，依赖于TRPA1通道，并与CA1神经元的过度活跃有关[14]。

中枢神经TRPA1可能通过激活星形胶质细胞内Ca2+信号，影响神经活动性，进而调控AD抑郁行为过程。敲除TRPA1显著提升老年小鼠的认知能力，因此，中枢神经TRPA1可能成为老年抑郁患者或AD抑郁患者提供新的诊疗思路，成为缓解老年疾病或疼痛，提高老年人生活质量的重要新手段。

5 结语

中枢神经TRPA1在海马、皮层等多个区域高表达，参与抑郁发生、疼痛发展以及神经退行性疾病过程。此外，TRPA1担当钙离子通道作用，调节细胞内钙稳态，TRPA1还与TLRs及SIRT1存在高度关联，共同调控抑郁症。提示TRPA1可以作为调控抑郁症及其共病的重要靶点，为抑郁症及其共病的诊疗提供新的方向。TRPA1既是温度感受器又是钙离子调制因子，参与到多种生理病理过程，目前中枢TRPA1的在抑郁中的功能解析只是冰山一角，相信随着基因编辑、细胞成像等技术手段的应用，从分子、细胞、环路、行为层面解析中枢TRPA1介导的抑郁机制会逐步明了。