TRPV1通道在炎癥痛覺過敏中的作用及其影響因素
段瑞蒙,劉 煥,張 坤,袁福杰,牛良晨,祝藝菡,李超堃,江林華
(新鄉醫學院基礎醫學院生理學與神經生物學,新鄉453000)
【關鍵詞】 TRPV1;炎癥因子;痛覺過敏;鈣內流
辣椒素受體自1997年從感覺神經元分離和克隆成功,就成為了疼痛領域研究的熱點之一。TRPV1在下丘腦以及外周初級感覺傳入神經元,特別是中小型神經纖維有著較高的表達,在星形膠質細胞、小膠質細胞,人組織的血管平滑肌,支氣管上皮細胞,胃腸道細胞等也表達有TR-PV1[1,2]。TRPV1是一種傷害性感受器,能夠被辣椒素、傷害性熱刺激和酸化等特異性激活。炎性痛具有持續性疼痛、誘發性疼痛閾值降低、超過閾值的刺激疼痛更加強烈等特點。近年來研究發現TRPV1在炎癥引起的痛覺過敏中起著重要作用。炎癥發生時,炎性因子與神經元上各自的受體結合,通過各自胞內信號通路作用于TRPV1,引起中樞或外周神經敏化,表現為痛覺過敏。近年來國內外學者對TRPV1在炎癥痛覺過敏中的作用進行了較為深入的研究,本文就此做一綜述。
1 TRPV1結構
瞬時受體電位(transientreceptorpotential,TRP)超家族由近30種亞型組成,可分為TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TR-PP和TRPML等亞家族[3]。該家族受體為四個亞基組成的四聚體,中間為滲透性離子通道[4,5]。TRPV1每個亞基由六個跨膜片段(S1-S6)、胞內的N末端和C末端、連接區域(S4與S5之間螺旋連接和S1與錨定蛋白之間的連接)、S1前螺旋區及TRP結構域組成[6]。N端包括六個錨定蛋白重復區[7],N端的T116、T114、T370能被PKA磷酸化參與調節TRPV1的活性。一些炎癥介質能夠通過G蛋白偶聯受體激活PKA或PKC使S2與S3之間的S502磷酸化,S3和S4跨膜結構域中的try511、met547、thr550影響辣椒素配體敏感性[4]。S1-S4形成電壓感受域,位于孔環一側,S4與S5之間螺旋連接與S1-S4的電壓感受域對孔隙門控的激活起重要作用。S5與S6之間凹陷的環狀螺旋形成一個圓錐形結構,選擇性濾過器位于圓錐體內,S5、S6與選擇性濾過器共同構成通道的中央孔[5]。TRPV1通道激活時外周的S1-S4結構幾乎不改變,但孔結構域有明顯變化[8]。S6后延伸的螺旋區、S4-S5螺旋連接區和S1前螺旋相互作用是通道構象發生改變的基礎。C末端有保守的TRP盒子,參與亞基的裝配和通道門控的變構調節[5]。C末端的T704是PKC、PKA的作用位點,S800是PKC的作用位點[4],這些位點在TRPV1功能修飾中有重要作用,缺乏這些氨基酸殘基則TRPV1通道對通過PKC或PKA的反應不敏感,見Fig1。
2 炎癥因子與TRPV1
2.1 BK與TRPV1BK (緩激肽)作為一種誘導劑直接參與傷害性感受器的激活并且參與痛覺過敏的進程。BK增強TR-PV1功能活性依賴細胞內G蛋白偶聯受體PLCβ-IP/DG-PKC/Ca2+信號路。緩激肽有B1、B2兩種受體,其中B2受體介導了緩激肽對TRPV1的調節作用[9]。BKB2受體結合后可以激活PLCβ,激活的PLCβ水解PIP2生成DAG和IP3,隨后DAG激活PKC,TRPV1的第502位和800位的絲氨酸磷酸化,增強TRPV1的敏感性。BK還可通過B2受體活PLC和COX1,可能形成白三烯,白三烯增加Ca2+的內流,從而增加TRPV1的敏感性[10]。Vellani等[11]隨后在DRG神經元和穩定轉染TRPV1通道的HEK293細胞上證實,PKC的激活可增強TRPV1通道對低劑量辣椒素、H+和熱刺激的反應,進而引起痛覺過敏,將TRPV1通道的第一個胞內環上的502位絲氨酸和C末端第800位絲氨酸轉變為丙氨酸,則PKC不能使TRPV1通道增敏[12]。
2.2 PG與TRPV1 PG(前列腺素)是一種重要的炎癥因子。研究發現內源性PGE2 和PGI2可誘導大鼠出現熱痛覺過敏癥狀,溴烯醇內酯抑制PGE2 和PGI2合成,能夠減輕角叉菜椒誘發的痛覺過敏[13]。PGE2 和PGI2通過EP1、IP受體,依賴PKC磷酸化TRPV1,增強TRPV1的功能活性。此外TRPV1功能活性的增強還依賴PKA途徑[14]。Tomoko等[14]在小鼠DRG神經元上分別用EP1激活劑ONO-DI-004、EP1拮抗劑ONO-8713后檢測電流變化,發現ONO-DI-004能夠增加辣椒素激活TRPV1引發的內向電流,產生與PGE2類似的作用,而ONO-8713卻不能使辣椒素誘發的內向電流增加,PKC的抑制劑U-73122能夠減弱PGE2 對TRPV1內向電流的增強效應。說明了EP1 受體是PGE2 發揮功能的重要靶標,并依賴于PKC途徑。PGI2與PGE2 有著相似的功能活性,能夠誘發機體在炎癥狀態下的痛覺過敏。PGI2對TR-PV1功能活性的增強依賴IP受體。IP受體的激活劑ONO-54918-07能夠產生與PGI2相同的增加TRPV1內向電流的作用。體外培養IP受體缺失的小鼠DRG神經細胞,PGI2增大辣椒素刺激誘發的內向電流的作用則不能表現出來[14]。PKC依賴的TRPV1反應發生在下游,對PGI2功能的發揮起著重要作用。
2.3 CCL2、CCL3與TRPV1 趨化因子是調節疼痛的重要因素,CCL2、CCL3能夠介導TRPV1引起痛覺過敏[15]。CCR2為CCL2的受體,SD大鼠DRG鞘內注射CCR2拮抗劑,能夠顯著減輕局部痛覺過敏[16]。定量RT-PCR分析發現,CCL2增加了TRPV1mRNA表達[17]。CCL2激活CCR2引起痛覺過敏有PI3K/Akt和ERK 1/2兩種信號轉導方式[18-21]。CCL2主要通過PI3K/Akt信號通路增加辣椒素誘發的內向電流并且上調TRPV1mRNA的表達。實驗證實P13K抑制劑LY294002能夠解除CCL2促進辣椒素引起內向電流增加的作用[17]。CCL2能夠引起脊髓背角神經元和小膠質細胞ERK1/2的磷酸化[22],此外外周傷害性刺激和炎癥均能激活ERK通路[23]。Steenwinckeld等[22]用MEK1抑制劑PD98059預處理能夠阻斷ERK1/2通路信號轉導,脊髓背角鞘內注射CCL2則不能引起痛覺過敏。
CCL3的受體為CCR1。免疫組織化學實驗顯示在絕大多數小直徑的脊髓背根神經節神經元上TRPV1與CCR1共表達[24]。有學者研究發現敲除CCR1或抑制CCR1的功能能夠降低小鼠對疼痛的反應[25]。Zhang等[24]在HEK294細胞同時轉染TRPV1和CCR1,研究發現用CCL3預處理后,辣椒素誘導的Ca2+內向電流相比未用CCL3處理組大幅度上升。在DRG初級傳入神經元上,CCL3激活CCR1后依賴G蛋白、PKC、PLC信號途徑,直接敏化TRPV1[24],引起痛覺過敏。
2.4 5-HT與TRPV1 5-HT主要參與炎癥、疼痛、體溫等生理功能的調節。5-HT受體的激活,提高了傳入神經元上的TRPV1對H+、溫度的反應性[25]。5-HT預處理能增加辣椒素刺激TRPV1受體引起的三叉神經節神經元胞內Ca2+的積聚,并促進CGRP的釋放[26]。RT-PCR技術分析,5-HT1B、5-HT1D、5-HT1F、5-HT2A、5-HT3、5-HT4、5-HT5B和5-HT7 受體亞型在小鼠DRG神經元中表達,5-HT2A、5-HT7 激活劑能夠產生與5-HT增強辣椒素刺激TRPV1相同的效應[27]。此外,有學者進一步證實了5-HT2B依賴下游的Gq/11-PLCβ-PKCε信號通路調節TRPV1誘發的機械性痛覺過敏[28]。酮色林(5-HT2A拮抗劑)、康泉(5-HT3拮抗劑)、舒曲馬坦(5-HT1B/1D激活劑)受體激活劑預處理,可以減輕5-HT和辣椒素引起的痛覺過敏[29],說明5-HT2A、5-HT2B、5-HT3、5-HT7 能夠與5-HT結合,敏化TRPV1受體,而5-HT1B/1D則沒有此作用。
2.5 NGF與TRPV1 在炎癥反應中,肥大細胞聚集在損傷部位釋放NGF(神經生長因子)。NGF與DRG上的trkA(酪氨酸激酶受體)結合上調參與痛覺調節的因子如TRPV1、P物質、CGRP表達[30,31]。此外NGF能與初級傳入神經元上的TrkA受體結合后,激活下游的MEK/ERK、PI3K和PLC通路,NGF也能通過激活并磷酸化p38信號通路增加TRPV1受體蛋白表達水平[32,33],使TRPV1敏感性增強,降低對傷害性刺激的反應閾值,引起痛覺過敏。
2.6 組胺與TRPV1 在炎癥組織中,組胺從肥大細胞中釋放,可引起痛覺過敏。Kajihara等[34]在體外培養的小鼠脊髓背根神經元中發現,組胺能夠增加酸激活TRPV1介導的Ca2+內流。RT-PCR分析發現小鼠脊髓背根神經元同時表達H1R、H2R、H3R、H4R四種組胺受體亞型,其中H1R在組胺調節TRPV1功能過程中起重要作用[34]。組胺調節TRPV1引起痛覺過敏依賴PLC、PKC途徑,PLC抑制劑U-73122和PKC抑制劑bisindoylmaleimideI、G-6983能夠抑制組胺對TR-PV1功能活性的調控[34]。
2.7 P物質與TRPV1 在初級感覺神經元中表達有P物質,它在傷害性刺激的介導中發揮著重要作用。有研究表明,在慢性非細菌性前列腺炎的疼痛中,前列腺上皮以及脊髓背角神經元上P物質和TRPV1的表達增加,使痛覺閾值降低,引起脊髓中樞痛覺敏化疼痛的產生[35]。P物質與受體結合后,依賴細胞內G蛋白偶聯受體-PLCβ-IP/DG-PKC/Ca2+信號通路磷酸化TRPV1,增強對熱、H+、辣椒素的敏感性。NK-1是P物質的受體,主要在淺脊髓背角神經元和DRG神經元突觸前膜表達[36]。P物質與NK-1受體結合后激活PLC,而后將PIP2水解成IP3和DAG,IP3激活細胞膜上的Ca2+通道并且使細胞內鈣庫釋放Ca2+,從而使細胞內的Ca2+濃度升高,間接地激活PKC,而DAG則可以直接激活PKC,PKC可以磷酸化TRPV1,使其敏感性增強[36,37]。此外,NK-1的激活可以使Nav1.8的激活閾值降低,激活Nav1.8引起Na+大量內流,DRG神經元去極化,促使P物質從細胞內釋放[38],使疼痛的發應增強。
2.8 IL-1β與TRPV1 炎癥激活肥大細胞和巨噬細胞時,IL-1β釋放到炎癥環境中,在炎癥反應中起著重要的作用。在蛇毒誘發的痛覺過敏中,IL-1β能增強痛覺過敏,IL-1β拮抗劑能減弱這種痛覺過敏癥狀[39]。Alexander等[40]研究表明IL-1β能促進炎癥的形成發展,還能誘導傷害性感受器敏感物質如PGE2和NGF的合成。此外還能夠快速直接激活傷害性感受器誘發動作電位,誘發痛覺過敏。Kim等[41]進一步研究法發現,在SD大鼠口面部注射IL-1β能夠引起痛覺過敏,IL-1β受體拮抗劑處理后再注射IL-1β痛覺過敏明顯減弱。TRPV1拮抗劑IRTX、PKC抑制劑白屈菜赤堿均能夠抑制IL-1β產生的痛覺過敏。這些結果提示IL-1β通過其相應受體,依賴下游PKC信號通路,敏化TRPV1,誘導痛覺過敏的產生。
2.9 CGRP與TRPV1 神經元中降鈣素基因選擇性表達一個含37個氨基酸的神經肽,即CGRP(降鈣素基因相關肽),它在辣椒素敏感的初級感覺神經元中選擇性表達[42]。有學者研究發現在ATP敏化誘導的鈣依賴性胞吐過程中,胞內CGRP的釋放調節Ca2+在胞內的鈣依賴性胞吐,初級神經元胞內LDCV(大密度核心囊泡)內的TRPV1被動員分布到神經元表面可特定地增加肽類傷害性受體的興奮性,增強肽能感受器的TRPV1效能[43]。Devesa等[43]研究發現,TRPV1效能增加由Ca2+依賴性TRPV1胞吐募集引起,CGRP基因敲除或沉默后能夠顯著減弱肽能感受器的TRPV1效能增強的作用。這些結果提示CGRP通過敏化誘導的鈣依賴分子機制,動員TRPV1分布到神經元細胞膜上引起TRPV1功能增強,最終引起痛覺過敏。
3 炎癥微環境與TRPV1
3.1 H+與TRPV1 組織損傷后的炎癥反應呢能引起炎癥區域中H+濃度上升。H+能直接激活TRPV1,向中樞傳遞傷害性神經信號,引起傷害性疼痛感受。H+激活TRPV1后引起的Ca2+內流導致CaMK(鈣調蛋白依賴的蛋白激酶)和PKC的磷酸化,CaMK通過磷酸化CREB(cAMP應答原件結合蛋白)的Ser-133激活傷害性轉錄因子CREB,CREB刺激CGRP基因啟動子的活性,促進CGRP的表達[44,45]。H+通過直接激活TRPV1和依賴CaMKⅡ-CREB促進CGRP釋放兩種方式,機體炎癥區域的疼痛刺激反應增強,表現出痛覺過敏癥狀。
3.2 ATP與TRPV1 ATP在痛覺傳入中發揮重要作用,可易化痛覺傳導。ATP作用于TRPV1有直接和間接兩種方式。Lishko等[7]研究表明,ATP與TRPVl通道的錨定蛋白重復序列結構域結合從而使TRPV1敏化,誘導痛覺過敏。ATP對TRPV1的間接作用主要是通過其受體實現的,ATP受體有P2X和P2Y兩種亞型。實驗表明ATP激活P2X3后通過PLC誘導三叉神經元上的TRPV1磷酸化,從而激活TRPV1產生痛覺過敏[46]。研究發現,在低pH下ATP與P2Y1受體結合上調TRPV1敏感性,誘導熱痛覺過敏[47,48]。另外,注射P2Y1受體的拮抗劑MRS2500后顯著降低熱痛覺過敏,同時也抑制了TRPV1的表達和DRG中p38的磷酸化,DRG中p38阻斷劑SB203580的注射也抑制了TRPV1表達的上調,而在重復給予P2Y1受體激活劑MRS2365后觀察到TRPV1的表達和p38MAPK的磷酸化均增加,這提示在炎癥過程中P2Y1受體被激活后,通過磷酸化p38MAPK增加TRPV1表達量,誘導產生熱痛覺過敏[49],(見表1,Fig.2)。
綜上所述,TRPV1是痛覺過敏產生的關鍵性離子通道,各類炎癥因子直接或間接作用于TRPV1誘發痛覺過敏。炎癥因子調節TRPV1的敏感性,降低TRPV1對溫度、酸等的反應閾值,誘發大量Ca2+內流,引起痛覺過敏。除此之外,組織細胞興奮性氨基酸的產生,傷害性物質刺激也與痛覺過敏的產生有關。目前來看,炎癥因子作用的靶點,引起痛覺過敏的細胞內信號轉導通路有了一定的進展,盡管如此,誘發疼痛的中樞及細胞機制仍有待進一步闡明。針對炎癥介質敏化TRPV1引起痛覺過敏這一病理過程,切實有效的干預措施未見報道。基礎研究對疼痛的認識、疼痛的評估存在很大局限性,臨床上對痛覺過敏的治療仍存在較多問題。TRPV1可作為研究的一個靶向,奠定疼痛治療及疼痛研究的基礎。深入探究痛覺過敏產生的分子機制,從分子水平入手,有望為痛覺過敏的治療提供新的思路,提升治療的水平。
【參考文獻：略】
