瞬时受体电位锚蛋白1通道在心血管疾病中的研究进展

2022-03-24游紫阳郑丽婷林万鹏邱小宇冯莉杨骄霞

国际心血管病杂志 2022年5期

游紫阳郑丽婷林万鹏邱小宇冯莉杨骄霞

研究发现，瞬时受体电位锚蛋白1 通道（TRPA1）与心血管疾病之间存在相关性。本文介绍TRPA1 在心血管疾病中的研究进展，以期为心血管疾病诊断或治疗提供新思路。

1 瞬时受体电位通道超家族

瞬时受体电位通道（TRP）是四聚体形式的Ca2＋内流通道[1]。根据TRP 家族成员氨基酸序列同源性的差异，又分为TRPA、TRPC、TRPV、TRPM、TRPP、TRPML、TRPN 等7 个不同亚科[2]。寒冷、pH 值或渗透压的变化、机械拉伸、氧化应激等外界刺激可作用于TRP 通道，TRP 通道被激活后，可参与疼痛、瘙痒、温度感知、视觉、味觉、嗅觉、触觉等躯体感觉传导过程。TRP 家族成员参与多种疾病的发生发展，其中包括心血管疾病[3]。

2 TRPA1的结构与分布

由于TRPA 分子结构具有大量N 末端锚蛋白重复序列，TRPA 通道首先被命名为 ANKTM1。TRPA1 是TRPA 亚家族的唯一成员，包含6 个跨膜结构域（S1～S6）[4]。S6 是TRPA1 通道激动剂与拮抗剂的双重结合位点[5]。TRPA1 激活后，膜对Ca2＋的通透性增加，同时，Na＋、H＋等细胞外阳离子内流增加。Ca2＋和Na＋穿过TRPA1 通道，导致膜去极化，发挥一系列生理及病理生理作用。TRPA1 可作为感受器感应如疼痛、寒冷、瘙痒和其他保护性反应，在氧化应激和炎性反应等病理过程中发挥重要作用[6]。近年来，TRPA1 已经被证实广泛分布于心肌细胞、内皮细胞、心脏成纤维细胞、动脉内皮细胞等[7]，并参与多种心血管疾病的调节过程。

3 TRPA1与心血管疾病

3.1 TRPA1与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化以动脉壁硬化和动脉管腔狭窄为特征，巨噬细胞介导的胆固醇代谢和促炎性因子分泌是动脉粥样硬化起始和进展的核心步骤[8]。巨噬细胞在动脉粥样硬化的免疫反应中起着重要作用，泡沫细胞过度摄入胆固醇是动脉粥样硬化形成的主要原因之一[9]。

在载脂蛋白E 基因缺陷（ApoE-/-）小鼠动脉粥样硬化模型中，TRPA1 通道拮抗剂HC030031或敲除TRPA1 基因可加剧ApoE-/-小鼠氧化低密度脂蛋白诱导的巨噬细胞脂质积累，加重动脉粥样硬化、高脂血症和全身炎性反应[8]。TRPA1 通道激动剂AITC 则可延缓动脉粥样硬化的进展。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）诱导的炎性反应是动脉粥样硬化进展的关键事件，TRPA1 激动剂AITC 激活的巨噬细胞可减弱TNF-α 诱导的炎性反应，提示TRPA1 激活具有抗炎作用。研究发现，TRPA1-/-小鼠模型中M1 型巨噬细胞（促炎巨噬细胞）标志物的表达水平较野生型小鼠显著增加，而M2 型巨噬细胞（抗炎巨噬细胞）标志物的表达水平显著减少。TRPA1 在动脉粥样硬化斑块中表达上调，可以调节巨噬细胞的炎性表型，从而调节动脉粥样硬化的进展，TRPA1 可能成为动脉粥样硬化和其他代谢性疾病的治疗靶点[10]。谢洪祥[11]的研究表明，当动脉粥样硬化发展为冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）时，单核巨噬细胞TRPA1 的蛋白及mRNA表达水平均明显升高，且随着冠状动脉病变程度的加重，单核巨噬细胞 TRPA1 的mRNA 表达水平增加，故TRPA1 可作为预测冠状动脉病变程度的新指标。目前尚不清楚TRPA1 通道如何依赖Ca2＋内流介导巨噬细胞源性泡沫细胞的形成，有待进一步研究。

3.2 TRPA1与心力衰竭

心力衰竭是大多数心血管疾病发展的终末阶段。在1 项动物模型实验中，辣椒素作为TRPV1的激动剂，能增强心脏交感反射。Ca2＋作为重要的第二信使，不仅参与心脏的兴奋收缩偶联和心脏舒张，而且参与各种心血管疾病关键信号的转导途径。研究表明，TRPA1 在人类和小鼠心力衰竭时表达增加[12]。TRPA1 通道分布于心肌细胞中，且TRPA1 介导的Ca2＋释放使细胞内总的游离钙浓度（[Ca2＋]i）增加近40%[13]。在小鼠模型实验中，TRPA1 激动剂AITC 能使分离的心肌细胞[Ca2＋]i峰值、达到峰值的时间和速度呈剂量依赖性增加，而经TRPA1 拮抗剂HC-030031 预处理的心肌细胞和TRPA1-/-小鼠的心肌细胞[Ca2＋]i无明显变化[14]。TRPA1 通过钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）依赖机制调节心肌细胞的收缩功能和[Ca2＋]i。心肌细胞中TRPA1 参与了CaMKⅡ依赖的信号通路的激活，增强了心肌细胞的收缩功能[15]。抑制TRPA1 通道可改善小鼠心功能，从而显著改善心肌肥厚和心力衰竭，其主要机制为降低心脏质量指数、增加心室容积以及改善小鼠因主动脉收缩引起的压力超负荷[16]。另外，抑制 TRPA1 通道可显著降低压力负荷诱导小鼠的CaMKⅡ磷酸化。CaMKⅡ抑制剂KN-93 可逆转AITC 诱导的[Ca2＋]i峰值增加，增强心肌收缩功能[14]。

这些研究提示TRPA1 可降低Ca2＋内流，抑制钙依赖通路的激活，改善压力负荷引起的心力衰竭。

3.3 TRPA1与心肌缺血再灌注损伤

心肌缺血再灌注损伤的病理状态与心肌功能恶化和炎性反应相关。细胞内Ca2＋超载和过量活性氧（ROS）被认为是心肌缺血再灌注损伤的关键。研究认为TRPA1 通道是TRP 家族中对ROS最敏感的成员[17]。TRPA1 通道通过调节Ca2＋超载和ROS，参与心肌缺血再灌注损伤的发展[16]。既往研究表明，TRPAl 可对心肌细胞产生毒性，在小鼠心肌缺血再灌注损伤过程中产生的丙烯醛可诱导Ca2＋的积累，是心脏损伤的重要原因，而TRPAl拮抗剂HC-030031 可显著减弱这种作用[18]。研究证实，TRPA1 通道拮抗剂HC-030031 能显著减轻小鼠心肌梗死4 周后的心功能障碍，还能减少心肌梗死后的心肌纤维化和细胞凋亡，显著增加梗死边缘区血管生成[19]。Conklin 等[20]建立小鼠心肌缺血再灌注模型，发现TRPA1-/-小鼠在心肌缺血再灌注30 min 后心肌梗死面积显著小于野生型小鼠。HC-030031 对心肌缺血再灌注损伤的保护作用与Na＋/Ca2＋交换抑制剂SN-6相当，提示钙超载是心肌缺血性损伤的重要特征，可导致心肌细胞坏死[19]。心肌TRPA1 的激活可能与心肌缺血再灌注损伤有关，TRPA1 可能成为减轻心肌缺血再灌注损伤的新治疗靶点。

3.4 TRPA1与心肌纤维化及心肌肥厚

心脏纤维化几乎是所有心脏疾病终末阶段的特征，心肌成纤维细胞的活化与心肌纤维化的形成密切相关。心肌成纤维细胞可在多种病理因素及多种因子的介导下激活，产生大量的细胞外基质（ECM）[21]。心肌ECM 成分的改变是心肌纤维化的病理基础。既往研究表明，钙依赖信号对心肌成纤维细胞的增殖和分化以及ECM 的产生至关重要[22]。转化生长因子-β（TGF-β）超家族在ECM 形成中也发挥重要作用，TGF-β1 可以诱导心肌成纤维细胞活化。Okada 等[23]研究表明，抑制TRPA1 通道可减弱成纤维细胞中TGF-β1 信号级联反应，减轻纤维化和炎性反应。体外研究发现，心肌成纤维细胞的分化与甲基乙二醛诱导的Ca2＋内流密切相关，这种作用随着TRPA1 通道的抑制而减弱，该研究表明甲基乙二醛诱导的心肌成纤维细胞需要TRPA1 介导的钙依赖信号通路[24]。TRPA1 在成人心室成纤维细胞中表达，抑制TRPA1通道活性可以降低甲基乙二醛诱导的Ca2＋内流。王震[25]的研究还表明，抑制TRPA1 可通过钙依赖信号通路和抑制M2 巨噬细胞转化，减轻心肌肥厚及心肌纤维化。TRPA1 在心肌纤维化的病理过程中起着重要的作用，但仍需要进一步研究TRPA1在心肌纤维化和心肌肥厚形成的不同阶段的作用。

3.5 TRPA1与心律失常

心律失常的发生与多种因素有关，遗传因素和其他外部因素均可引起心律失常。近期研究发现，心律失常与环境污染也有一定的关系[26]，其机制可能为空气污染干扰调节心律的自主神经系统（ANS）的平衡，增加了心律失常的发生[27]。丙烯醛作为TRPA1 通道的激动剂，是化学工业中重要的中间合成体，还广泛存在于烟草烟雾和火灾燃烧气体中，是大气污染的常见化合物。研究表明，长期暴露于丙烯醛可增加小鼠心率变异性和心律失常的发生率。虽然普遍认为心率变异性降低可使人类心血管疾病风险升高，但是心率变异性升高也与心血管不良结局有关[28]。而敲除TRPA1 基因或给予TRPA1 抑制剂可显著降低小鼠心律失常的发生率[29]。心率变异性可作为ANS 失衡的标志，TRPA1 通道可能通过引起ANS 失衡参与心律失常的发生。