瞬时受体电位通道A1在生殖系统炎症和氧化应激中的作用

孙 静,马瑞欣,罗 彦

瞬时受体电位通道A1 (TRPA1),又称ANKTMI蛋白,是一种主要通透Ca2+的非选择性阳离子通道,属于瞬时受体电位 (TRP) 离子通道家族[1]。TRPA1广泛分布于神经细胞和非神经细胞(如皮肤、肾脏、肺、胰腺、睾丸和子宫等多种组织细胞)中[2-3],可感受冷热刺激,可被4-羟基壬烯醛、硫化氢、缓激肽和前列腺素等内源性物质激活,也可被异硫氰酸烯丙酯、肉桂醛、大蒜素以及空气中的刺激物如汽车尾气中的丙烯醛等外源性刺激物激活,其激活可以引起疼痛和炎症等多种生物学效应[4]。生殖系统疾病是影响女性生育的重要因素,包括子宫内膜异位症和输卵管炎症等,其发生与炎症以及氧化应激失衡等密切相关[5-6]。核因子E2相关因子2/血红素氧合酶1 (Nrf2/HO-1) 和核因子κB (NF-κB) 信号通路是TRPA1调节氧化应激和炎性反应的重要机制[2,7],它们也参与了生殖系统疾病的发生与发展[8-9]。本文就TRPA1在炎性反应和氧化应激中的作用机制及其在生殖系统相关疾病中的可能作用作一综述,旨在为未来研究提供参考。

1 TRPA1调节炎性反应和氧化应激的作用机制

1.1 TRPA1调节炎性反应的机制:TRPA1既可以介导炎性反应也可以发挥抗炎的作用。首先,TRPA1可以通过多种机制介导炎性反应。脂多糖 (Lipopolysaccharide,LPS) 可直接激活TRPA1引起炎症,HO等人[2]发现,在LPS诱导的肺部炎症中,LPS激活TRPA1后,Ca2+内流增加,引起还原型辅酶Ⅱ活化,导致细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)增加,进而激活丝裂原活化蛋白激酶/核因子κB (MAPK/NF-κB) 信号通路,上调白细胞介素18(IL-18)的表达,最终诱发小鼠肺部炎症。也有研究[10]发现,臭氧暴露使肺组织中P物质(SP)和IL-18等炎症因子表达水平升高,用TRPA1抑制剂A967079和瞬时受体电位通道V1(TRPV1)抑制剂AMG9810可以降低支气管肺泡灌洗液中上述炎症因子的表达,提示臭氧暴露可能通过激活TRPA1/TRPV1通路诱导小鼠气道炎症和支气管高反应性。TRPA1激活引起的胞内钙增加引起SP、降钙素基因相关肽等炎性介质释放,引起血浆外渗和水肿,并激活免疫细胞从而引起神经源性炎症[11]。其次,TRPA1激活也有抗炎作用。肿瘤的发生与炎症关系密切,环氧合酶-2/前列腺素E2(COX-2/PGE2)是肿瘤细胞炎性反应常见的信号通路,有研究[12]发现,在人肺癌细胞中,TRPA1的激动剂丁香酸甲酯可抑制低氧诱导的COX-2蛋白和mRNA表达,抑制炎性反应,这一作用可被TRPA1拮抗剂阻断,提示TRPA1激活可通过抑制COX-2/PGE2生成发挥抗炎作用。此外,Khare等人[13]发现高脂饮食会导致肠道TRPA1表达显著降低、肠道激素水平餐后正常化失调、葡萄糖稳态改变以及肝脏炎症和脂肪堆积,TRPA1激动剂大蒜素可以预防高脂饮食诱导的肠道激素水平餐后正常化失调,并避免外周组织中的代谢和炎性并发症,提示TRPA1激活具有抑制炎症的作用。

1.2 TRPA1调节氧化应激的机制:Nrf2/HO-1是一条重要的抗氧化应激信号通路,对多种脏器都具有重要保护作用。在正常情况下,Nrf2被Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)隔离在细胞质中,在氧化应激的条件下,Nrf2从Keap1解离,进入细胞核与Maf蛋白结合并与其靶基因启动子中的抗氧化反应元件结合,调控HO-1等一系列下游抗氧化因子的表达,进而影响细胞的氧化状态[14],而TRPA1可以通过钙调蛋白依赖性激酶信号激活Nrf2[15],TRPA1激活后也上调HO-1表达[7],提示TRPA1激活具有抗氧化的作用。而在糖尿病小鼠的心肌细胞中,肉桂醛激活TRPA1后上调Nrf2及HO-1的表达,进而保护高糖诱导的心肌细胞氧化损伤[7]。综上所述,TRPA1激活可以通过Nrf2/HO-1信号通路发挥抗氧化应激作用。此外,TRPA1是氧化应激的传感器,可以直接被H2O2、脂质过氧化产物如(4-羟基壬烯醛和15-脱氧-12)、14-前列腺素J2等氧化应激产物激活[16],研究发现H2O2激活TRPA1可诱导依赖于TRPA1的H2O2释放,从而放大黑色素瘤细胞中的氧化应激信号,引起氧化应激[17]。TRPA1激活引起的钙离子大量内流[4]会导致钙超载,从而促进自由基的形成,也会导致细胞自由基清除系统如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽等的损伤,最终引起氧化应激[18]。比如创伤性脑损伤会增加ROS的产生,进而激活TRPA1引起钙内流,钙离子可以激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白酶Ⅱ,进而导致氧化应激引起的神经细胞凋亡[19]。综上,TRPA1激活后可能同时发挥引起氧化应激和抗氧化应激的作用,而这两者之间的调控及平衡机制还不清楚。

2 TRPA1在生殖系统炎性反应和氧化应激中的作用

TRPA1与生殖系统的炎性反应关系密切,目前已有研究证实TRPA1在大鼠子宫内膜细胞中表达[3],而相比于正常的子宫内膜,有研究[20]发现TRPA1在子宫内膜异位组织中表达增加,而且患有子宫内膜异位症的小鼠,其腹腔灌洗液和血清中的炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α和PGE2与子宫内膜异位症组织中TRPV1/TRPA1的表达呈正相关,TRPA1拮抗剂HC030031可以抑制上述炎性因子的水平升高并显著增加具有抑炎作用的M2巨噬细胞,这表明抑制TRPA1在子宫内膜异位症中可能发挥抗炎的作用,而其抗炎作用可能类似于在肺部通过抑制TRPV1和TRPA1来抑制TLR4/NF-κB通路和NLRP3/Caspase-1通路以发挥抗炎的作用。

3 Nrf2/HO-1及NF-κB信号通路在生殖系统常见疾病中的作用

3.1 Nrf2/HO-1信号通路与生殖系统常见疾病:Nrf2/HO-1信号通路主要与炎性反应和氧化应激有关,也参与了生殖系统常见疾病的发生和发展。激活Nrf2/HO-1信号通路可发挥抗氧化作用,有研究[8]表明,漆黄素(一种广泛存在于水果和蔬菜中的类黄酮多酚化合物)在LPS刺激的牛子宫内膜上皮细胞中激活Nrf2/HO-1途径,减少ROS的产生,显著缓解LPS诱导的氧化应激。另外,激活Nrf2/HO-1信号通路也可以发挥抗炎作用。在牛子宫内膜炎中,穿心莲内酯抑制牛子宫内膜上皮细胞中Keap1的表达,提高Nrf2和HO-1的表达水平,穿心莲内酯还显著降低NO、iNOS、IL-1β和IL-6表达[21],而Nrf2可以干扰LPS诱导的IL-1β和IL-6等促炎因子的转录上调[22],这些结果表明,穿心莲内酯可以通过诱导Nrf2/HO-1途径激活来防止LPS诱导的牛子宫内膜炎。另有研究[23]证实虎杖苷以剂量依赖性方式抑制NF-κB激活从而显著抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的表达来治疗子宫内膜炎,同时,经虎杖苷处理后,Nrf2和HO-1的表达增强,LPS诱导的子宫内膜炎小鼠的炎症细胞浸润显著减轻,这些结果表明虎杖苷通过抑制NF-κB信号通路和激活Nrf2信号通路来缓解LPS诱导的子宫内膜炎。HO-1也参与子宫内膜增生的发展,但结论不一,可能通过分解血红素产生引起氧化应激和炎症的代谢产物,促进子宫内膜增生的发展[24],也可能通过抑制iNOS、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)等炎症信号来减轻雌激素引起的子宫内膜增生[25]。综上,Nrf2/HO-1信号通路在生殖系统疾病的发生和发展中发挥着重要作用。

3.2 NF-κB信号通路与生殖系统常见疾病:近年来大量研究发现,在不同生殖系统疾病中均可观察到NF-κB信号通路活化。如在子宫内膜炎中,研究者们[9]为了确定髓样细胞表达激发受体-1(TREM1)和上游刺激因子2(USF2)在子宫内膜炎中的相互作用,使用LPS诱导的人子宫内膜炎模型进行实验,发现USF2通过上调TREM1进一步激活TLR2/4-NF-κB信号通路促进子宫内膜炎。子宫内膜异位症也是一种炎性疾病,有研究[5]发现,S100A7(S100A7是S100蛋白家族的成员,与促进炎症有关)和NF-κB在子宫内膜异位组织中表达增加,S100A7过表达增加子宫内膜基质细胞的增殖、细胞周期进展、细胞侵袭和炎性反应并以NF-κB依赖性方式抑制细胞凋亡来促进子宫内膜异位症。在子宫内膜癌中,有研究[26]证明氟哌啶醇可通过激活NF-κB及其下游蛋白集落刺激因子1(CSF-1)来刺激人子宫内膜癌细胞的转化、增殖、迁移和侵袭,而阻断CSF-1可以在体内、体外均抑制氟哌啶醇的上述作用,这表明激活NF-κB/CSF-1信号通路可加重子宫内膜癌的发展。在淋病奈瑟菌诱导的输卵管炎中,研究者们[6]通过检测真核翻译起始因子3(EIF3K)、mir-139-5p和与细胞凋亡相关的RNA的表达以及MAPK/NF-κB信号通路中蛋白质的表达,发现环状EIF3K可通过抑制MAPK/NK-κB信号通路来阻碍炎性细胞生长,揭示了MAPK/NK-κB信号通路在输卵管炎中的作用。此外,在高脂饮食构建的肥胖小鼠模型中,包括子宫,卵巢和输卵管在内的生殖器官均发生了形态学改变,并伴随着IL-6和TNF-α表达水平的增加,同时NF-κB和MAPK信号通路的激活增加,表现出低生育能力,这进一步说明高脂饮食诱导的雌性肥胖小鼠生育障碍与生殖器官中NF-κB和MAPK信号通路过度激活有关[27]。以上研究表明,NK-κB信号通路与生殖系统疾病的发生和发展有密切联系。

越来越多的研究表明,Nrf2与NF-κB信号通路间存在相互调控作用。Nrf2和NF-κB在细胞核内竞争CREB结合蛋白(CBP),两种转录因子与CBP的结合依赖于转位的Nrf2和NF-κB的相对量。Nrf2的缺失提高了NF-κB的表达,导致炎症因子的生产增加,而Nrf2的过表达可以显著抑制LPS诱导的NF-κB表达增加,其下游基因H0-1也可以抑制NF-κB转录,从而阻止NFNF-κB激活,减少炎症因子的产生[14,28]。总之,Nrf2/HO-1可通过降低细胞内ROS水平降低氧化应激介导的NF/κB激活、抑制NF/κB的核转录等多种途径负性调控NF-κB,而NF-κB对于Nrf2/HO-1也存在双重调控作用[29]。Nrf2/HO-1和NF-κB信号通路也广泛参与子宫内膜异位症和输卵管炎等疾病[5-6],而TRPA1激动剂肉桂醛也可激活Nrf2/HO-1来抑制炎症反应改善小鼠溃疡性结肠炎[30],前述TRPA1激活后也可引起炎性反应,因此在生殖系统常见疾病中,TRPA1很可能通过Nrf2/HO-1与NF-κB信号通路调控炎症和氧化应激,影响生殖系统疾病的发生和发展,详细机制有待进一步研究。