TRP,通道对心肌缺血再灌注损伤保护作用研究进展
时间：2023-02-12 19:50:08 来源：千叶帆 本文已影响人
谢 锋，段广靖，屈新亮，赵 博，江娅妮，颜偌楠，张嘉豪，欧 莉，高 峰，李 敏
（陕西中医药大学药学院，陕西 咸阳 712046）
缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）是心血管系统疾病中常见且较为严重的疾病。近年来，IHD 发病率逐年升高，严重威胁人类的生命安全［1］。随着社会的发展以及人们生活方式的改变，缺血性心脏病逐渐年轻化且增长趋势明显。中国心血管疾病相关病死例数约占居民总死亡例数的45%，远超恶性肿瘤等其他疾病而高居首位［2］。心肌缺血是造成当今人类疾病死亡的主要原因之一，及时再灌注能够减少心肌缺血带来的损伤，但在恢复血流的同时也会带来严重的再灌注损伤，有可能导致病情的进一步恶化［3］。这种因心肌缺血而恢复血流后造成的组织损伤称为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury ，MI/RI），其对心肌的结构和功能会产生不可逆的伤害［4］。瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）通道超家族成员中TRPM、TRPC 和TRPV 与心肌缺血再灌注有密切关系［5-7］。在MI/RI 过程中，TRPM 亚家族参与细胞的增殖和凋亡；
TRPC 通道参与介导胞浆内的Ca2+内流；
TRPV 通道可被物理、机械、化学刺激激活而参与心肌缺血再灌注的发生和发展［8，9］。近年来，大量研究也证实TRP 通道在MI/RI 的调控中扮演着重要的角色。本文对TRP 家族中TRPM（TRPM2、TRPM4、TRPM7）、TRPC（TRPC3、TRPC6）和TRPV（TRPV1、TRPV2、TRPV4）的结构特点及其分别对心肌的保护机制做以总结。
TRPM、TRPC、TRPV 通道具有6 个跨膜域（transmembrane，TM），在TM5 与TM6 之间具有通道孔［10］。在TRP 亚家族中，初级氨基酸序列相似性主要受跨膜片段的限制，通过细胞内-NH2和-COOH 末端长度的不同而形成不同的结构域［11］。TRP 各通道在-NH2末端有不同数量的锚蛋白，比如TRPCs 有3～4 个，TRPVs 有6 个，TRPAs有14～15 个，TRPNs 有29 个［12］。TRPMs 的-NH2末端由四段残基组成，这四段残基被指定为TRPM同源域。在TRPCs 和TRPMs 中，有一个小区域从-COOH 端延伸到TM6，即所谓的TRP 域，参与PIP2 调 控 通 道 的 激 活 和 脱 敏［13，14］。因 其 结 构 域 的多样性，TRP 家族可以通过多途径对心肌缺血再灌注损伤进行干预。有学者应用TR-PCR、免疫组化等方法，发现TRP 通道在不同种类的心肌细胞和成纤维细胞中表达［15，16］。
2.1 TRPMs 对MI/RI 的 调 控
TRPM 通道是TRP 通道超家族的一个亚群，在心肌细胞增殖中起着重要作用。TRPM2 是第二个被克隆的亚家族成员，在心脏、血管系统和造血细胞等组织中都有表达［17］。
文献研究发现，TRPM2 的激活对心肌缺血再灌注损伤是保护还是损害还存在一定的争议。Miller 等［18］结扎TRPM2基因敲除组（TRPM2-/-）小鼠和正常组（WT）小鼠的冠状动脉左前降支，30 min 后发现，两者梗死面积相似，但TRPM2-/-组的+dp/dt 低于WT 组，相对于WT 组TRPM2-/-组小鼠心肌细胞钙离子内流减少，组织活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平升高，缺 氧 诱 导 因 子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）、Forkhead box O（FoxOs）转录因子、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平降低，提示TRPM2 通道激活对MI/RI 具有保护作用。近年研究发现，TRPM2 对MI/RI 的保护机制可能是通过维持线粒体功能和减少线粒体ROS 的产生，促进钙调蛋白-RACK1 相关的生理信号，均与Ca2+内流有关［19］。相反，Hiroi 等［20］发现与WT 小鼠相比，基因TRPM2-/-敲除小鼠在MI/RI 后心肌梗死面积减少，心肌收缩功能改善。分别从WT 小鼠和TRPM2-/-中获取中性粒细胞（polymorphonuclear leukocytes，PMNs），浸染WT 和TRPM2-/-小鼠，结果发现只有来自WT 小鼠的PMNs 导致WT 和TRP2-/-心脏的梗死面积增大，提示导致MI/RI 的原因可能是TRPM2 激活介导的再灌注区中性粒细胞的累积。以上结果均提示，TRPM2 通道参与了MI/RI 的调控，但是TRPM2 的激活是否对心肌缺血存在保护作用还有待进一步研究。
TRPM4 通道激活后参与MI/RI 的形成，导致心肌梗死。TRPM4 抑制剂（9-Phe）预处理可以减轻大鼠缺血再灌注后的心肌损伤，显著改善受损心室的收缩功能。进一步研究发现，9-Phe 处理的MI/RI 大鼠心肌梗死面积显著性减小。以上结果提示，TRPM4 的调控在逆转MI/RI 引起的心肌损伤中具有重要作用，其机制可能与改善受损左心室收缩功能，抗心律失常有关［21］。
通 过 逆 转 录（reverse transcription，PCR）RT-PCR 检 测MI/RI 后 心 肌 组 织 中TRPM1、TRPM2、TRPM3、TRPM4、TRPM5、TRPM6、TRPM7、TRPM8基因的表达水平，设立对照组、缺血组、缺血再灌注组，发现与对照组相比，缺血组和缺血再灌注组TRPM2、TRPM4、TRPM6 表达水平无显著性变化，TRPM7 表达水平显著升高，且TRPM7 表达与心肌MI/RI程度呈正相关；
TRPM1、TRPM3、TRPM5和TRPM8 在 心 肌 组 织 中 未 表达［22］。综上，TRPM 通道的激活可能对心肌缺血再灌注不具有保护作用，通过其拮抗剂的应用降低TRPM7 通道蛋白的表达水平可能会减轻心肌再灌注带来的损伤。
2.2 TRPCs 对MI/RI 的 调 控
已有大量研究明确证实，细胞钙离子（Ca2+）的实时精细调节参与或主导心肌的多种生理活动，如发生调节异常，则可能出现心肌损伤或死亡、细胞电生理紊乱等一系列病理生理改变［23］。心肌缺血时，线粒体内Ca2+增多，且心肌再灌注加重。大 量Ca2+沉积在线粒体中，影响氧化磷酸化，导致能量转化异常，造成细胞死亡。实验研究发现，细胞膜钙通道拮抗剂用于心肌缺血再灌注中，可缩小心肌梗死面积50% 左右［24，25］。这 些结论说明钙超载是缺血后组织损伤的一个重要原因，TRPC3 和TRPC6是介导Ca2+内流的主要因素，导致MI/RI。研究发现，阻断TRPC 活性或TRPC 基因敲除对缺血再灌注后的心肌组织或细胞具有显著性保护作用［26］。TRPC5 的下调可减少心肌缺血再灌注带来的损伤，减少心肌梗死面积［27］。
有研究验证TRPC3 抑制剂Pyr3 对小鼠心肌I/R 损伤的作用。通过暂时阻塞左前降支冠状动脉，建立了鼠Ⅰ（30 min）/R（24 h）损伤模型。在再灌注前5 min，通过右颈静脉以0、2.5、5 或10 mg/kg的浓度施用Pyr3，观察到选择性的TRPC3 抑制剂10 mg/kg Pyr3 可以显着减少小鼠左心室的梗塞面积，并降低小鼠心肌细胞的凋亡率和炎症反应。总之，TRPC3 可以作为预防I/R 损伤的候选靶标，Pyr3 可以直接与TRPC3 通道蛋白结合，抑制TRPC3 通道活性，并改善与TRPC3 相关的心肌I/R 损伤［28］。有学者探索神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）对心肌梗死大鼠的保护作用机制是否与TRPC 有关，其采用左冠状结扎法建立大鼠MI/RI 模型，分为正常组及TRPC3/6 siRNAs 组，发现相比于正常组，TRPC3/TRPC6 siRNA 组细胞存活率显著降低，心肌细胞凋亡数量增加。提示BDNF 对心肌细胞凋亡的保护作用可能与TRPC3/6 通道有关［29］。
2.3 TRPVs 对MI/RI 的 调 控
TRPV1 通道激活后，刺激降钙素基因相关肽（calcium gene related peptide，CGRP）和P 物质（P substance，SP）的释放，在缺血再灌注损伤过程中发挥心肌保护作用。辣椒平（capsazepine，CPZ）干预缺氧/复氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）H9C2细胞后，细胞内钙离子含量增加，细胞凋亡数量增加、线粒体超氧化物含量降低，线粒体膜电位降低和抑制线粒体生物活性（以ATP 合成酶β 的表达为参考）［30］。反 之，用 辣 椒 素（capsaicine，CAP）干 预H/R 的H9C2心肌细胞，可减弱H/R 诱导的细胞凋亡。用CGRP837（一种CGRP 受体拮抗剂）和RP67580（一种SP 受体拮抗剂）来排除神经肽的混杂作用，使用CGRP837 和RP67580 后再激活TRPV1，发现与TRPV1-/-组无显著差异，结果提示TRPV1 可能是通过CGRP 和P 物质参与对H/R 的保护作用。这种调节方式是否也在动物体内存在还有待进一步探索，且其调节机制及通路尚不明确。以上结论为TRPV1 通道在缺血/再灌注损伤中的作用提供了一个新的认识。
TRPV2 可在钙稳态中发挥重要作用［31］。有学者通过基因芯片分析发现与假手术对照组相比，大鼠急性心肌梗死后左心室TRPV2 mRNA 表达明显且特异性上调。通过大鼠心脏左前降支结扎开胸造成急性心肌梗死，用抗TRPV2 抗体和抗单核/巨噬细胞抗体进行左心室切片，免疫组化和免疫荧光染色，并对左心室来源的细胞进行流式细胞术分析，将TRPV2siRNA 瞬时转染至大鼠肺泡巨噬细胞NR8383，用跨孔迁移法使其向大鼠心肌细胞系H9C2的缺氧条件培养液迁移，计算巨噬细胞向嵌入物底部迁移的数量。发现有TRPV2 表达的大鼠其梗死区周围有巨噬细胞浸润，抑制TRPV2 通道后，向缺氧心肌细胞条件培养液迁移的巨噬细胞数量明显减少，且在心肌梗死初期，在梗死区域周围有大量炎性细胞浸润［32］。在部分梗死区域周围巨噬细胞中，阳离子通道TRPV2 明显过表达。这种升高是TRPV2 独有的，在TRP 基因超家族的其他成员中均未观察到。提示TRPV2 基因的过表达对心肌的损伤可能是增强了梗死区域周围巨噬细胞的吞噬活性。
TRPV4 在心脏和血管中高表达，可在MI/RI过程中被激活。TRPV4 拮抗剂（HC-067047G）干预小鼠心肌MI/RI，可显著减小梗死面积，降低肌钙蛋 白T 水 平，改 善 心 功 能［33，34］。有 研 究 者 采 用HC-067047 及TRPV4-/-进行研究，结果显示可明显减少梗死面积、肌钙蛋白T 表达水平降低和改善心脏功能［35］。此外TRPV4 介导的过量Ca2+内流可触发凋亡因子caspase-3、Bax/Bcl-2 之间含量变化而导致细胞的凋亡［36-40］。在MI/RI 中，HC-067047 对心肌细胞的保护作用被再灌注损伤补救激酶（reperfusion injury salvage kinase，RISK）通路特异性药物阻断剂所阻断，显示TRPV4 阻断剂对心脏保护作用可能与RISK 通路的调控有关［41］。但目前尚无进一步研究来证实。
TRP 通道家族成员较多，其中在心肌细胞中表达 的 有TRPC（TRPC3、TRPC4、TRP5、TRPC6、TRPC7），TRPV（TRPV1、TRPV2、TRPV4），TRPM（TRPM2、TRPM2、TRPM7），TRPP2。与MI/RI 关系比较密切的主要有TRPM（TRPM2、TRPM4、TRPM7），TRPC（TRPC3、TRPC6）和TRPV（TRPV1、TRPV2、TRPV4）。TRP 通 道 在MI/RI 中扮演的角色不仅是保护作用，如TRPV4、TRPM4、TRPM2、TRPM7 的激活或过表达均可导致心肌不同程度的损伤，而TRPV2 和TRPV1 激活后则能减少缺血再灌注后心肌的损伤而发挥保护作用。该发现可能为研究心肌缺血再灌注损伤的保护机制提供新的切入点，筛选TRP 通道可作为一类治疗缺血性心脏病的新型药物靶点。TRP 通道作为现阶段攻克缺血性心脏病的一个新的领域和方向，尚有以下科学问题需要进一步探索：（1）与心肌缺血的研究多停留在相关性的浅层次研究，而TRP 通道对MI/RI 的调控机制及通路均不明确；
（2）目前已有的研究仍停留在单个TRP 亚家族与MI/RI 的研究，但是不同亚家族在研究中显示有相同的药理作用，如分别拮抗TRPV4、TRPM4、TRPM2、TRPM7 均可减少灌注对心肌的损伤，而发挥保护作用，因此采用多个TRP 通道治疗MI/RI中联合应用的研究也显得十分必要，有待进一步探索。除此之外，TRPA1 在心肌细胞中也有所表达，并且通过使用其阻断剂ASP7663 发现相对于模型组，阻断剂组的心肌梗死面积明显减小且有显著性差异［42］。而TRPV1 又参与了温度［43］、化学［44］以及机械性刺激［45］所诱导的相关疼痛的产生，与心肌梗死所产生的疼痛有关。所以，对TRPA1 作用及其机制的进一步探索及拮抗剂的合理应用对心肌缺血再灌注损伤有深远意义。
作者贡献度说明：
谢锋，段广靖，屈新亮，赵博，江娅妮，颜偌楠，张嘉豪：文献搜集与整理；
高峰，谢锋：写作；
欧莉，李敏：修改论文。
