温 燕，洪炳哲，李胜范

镁离子(Mg2+)是哺乳动物心肌细胞内含量最多的二价阳离子，大量基础研究证实它在细胞代谢、生长、离子转运、ATP酶活化等多种生物学功能方面起着重要作用。早期临床研究发现，体内Mg2+代谢紊乱与心血管疾病尤其是缺血性心脏病和高血压病关系密切，且对这些疾病进行补镁治疗有效［1-2］。其中，细胞内游离状态的Mg2+在上述疾病的病理生理学过程中起主要作用。因此，维持细胞内Mg2+浓度在正常范围内具有重要的生物学意义。

早在80年代曾有学者在对骨骼、平滑肌、心肌等组织Mg2+的研究中显示，跨膜电化学电位可能在维持细胞内Mg2+浓度方面起着重要作用［3］，从而提示，细胞内的Mg2+浓度是受Mg2+外流、Mg2+内流、胞内缓冲和胞内区室化等一套精密的调控机制所调节［4］，之后，人们就此展开了一系列研究。目前为止发现的哺乳动物细胞内参与介导Mg2+跨膜转运的转运蛋白主要有:Mrs2p，TRPM7，TRPM6，MagT1，TUSC3，SLC41A1，SLC41A2，SLC41A3，ACDP1，ACDP2，ACDP3，ACDP4，MMgT1，MMgT2，NIPA1，NIPA2，NIPA3，NIPA4，HIP14，HIP14L，MagC1等，已有学者就这些转运蛋白的结构、功能、编码基因鉴定等做了大量研究工作，研究成果在其近期的综述中已详尽描述［5］，在此不再赘述。近年来，研究认为TRP超家族中的两个成员TRPM6和TRPM7(Transient receptor potential melastatin-related 7 channel)在调控哺乳动物细胞内Mg2+平衡中起着重要作用。在心血管系统中，TRPM6和TRPM7均有表达［6］，其中TRPM7表达丰富，TRPM6则表达极少。因此，阐明心血管系统中的TRPM7对Mg2+的调节机制，可进一步解释与Mg2+代谢紊乱相关的心血管疾病的病理生理机制，并在临床治疗方面有指导意义。

1 TRPM7对胞内镁离子的调节机制

TRPM7对多种二价阳离子具有通透性，包括 Ca2+、Mg2+和Zn2+等阳离子，参与维持机体Mg2+的稳态。TRPM7是TRP通道Melastatin相关家族的成员之一，由1863个氨基酸构成的六次跨膜蛋白，在心肌细胞上该通道对Mg2+优先通透。近年来，随着对TRPM7的深入研究，人们对其结构有了更为准确的认识，因其结构不同其相应也有一些其他的称谓，如因其是一种具有阳离子通道和蛋白激酶双重结构的膜蛋白，故被称为“通道激酶”(channel kinase)［7］;因其在氨基酸序列上属于α-激酶(alpha-protein kinase)家族成员，而被称为ChaKl(channel alpha-kinase one);其C端胞内区含有与磷脂酶C(phospholipase C，PLC)相互作用的结构域，因此TRPM7又被称为TRP-phospholipase C interacting kinase(TRP-PLIK)。另外，有研究表明TRPM7通道活性可被细胞内游离Mg2+和MgATP所抑制，故也被称为MIC通道(镁抑制性通道)［8］，但该称谓并不具有特异性，有人也将受胞内Mg2+抑制的一类通道统称为镁抑制性通道(其中包括TRPM7、TRPM6、TRPM7L 及其他尚未确定的通道蛋白)［9］。Mg2+与TRPM7之间可能的作用机制为:当胞内Mg2+或MgATP浓度(该浓度在不同的细胞中和不同的实验条件下亦有所不同，一般需在毫摩尔浓度范围内)升高时可抑制通道活性，减少胞外Mg2+涌入胞内，而且这种抑制作用与胞内ATP浓度无关，同时，胞内的Ba2+、Sr2+和Mn2+有与Mg2+类似的作用［10］，但另有研究认为Mg2+或MgATP对该通道没有直接的抑制作用［11］，而可能是通过作用于信号转导通路中的其他物质间接影响其活动，目前研究发现可能与磷脂酶C(PLC)家族的某些成员以及磷脂酰肌醇 4，5-二磷酸(PIP2)的水解有关［9，11-12］。也有研究显示，TRPM6 分子与TRPM7分子形成的异聚体通道的离子流明显大于TRPM7的同聚体通道，TRPM6分子与TRPM7分子的相互作用能促进二价阳离子内流［13］。所有这些研究均表明，TRPM7具有调控胞内［Mg2+］i和参与胞内信号传导的功能［6］。

关于TRPM7的调镁机制，虽已进行了不少基础研究，但其具体机制仍不清楚。目前为止的研究结果可概括为:1.TRPM7可影响肠道对Mg2+的吸收，TRPM7缺陷的小鼠粪中的Mg2+排泄有明显升高［14］;2.TRPM6不能单独作用调节Mg2+的跨膜转运，而需与TRPM7协同作用，但TRPM6缺陷的患者同样可引起低镁血症，如HSH(遗传性低镁血症)患者，最近的研究发现TRPM6的突变是HSH潜在的基因缺陷［15］;3.TRPM7激酶区可能在TRPM7的调镁机制中发挥重要作用，因为小鼠TRPM7激酶区的缺失可进一步触发未知机制，最终导致低镁血症表型［16］。目前研究较多的是TRPM7激酶区在TRPM7调镁机制中的具体功能和作用方式，以及其在TRPM7的其他功能发挥中的作用机制。

2 TRPM7介导的Mg2+转运在心血管系统中的生理学意义

2.1 心肌细胞的TRPM7 分子生物学和免疫组织化学法证实心肌细胞中表达的TRP通道包括TRPC、TRPM和TRPP亚家族［17］，小鼠的窦房结中分布有 TRPC1、TRPC3、TRPC4、TRPC6、TRPM4［18］，结外组织中有 TRPC3、TRPC6、TRPV4、TRPV6、TRPM4、TRPM7、TRPP2［19］。其中只有 TRPC1、TRPC3、TRPM(TRPM4，TRPM5，TRPM7)以及 TRPP 通道具有心脏电生理特性［20］。研究表明［21］，TRPM7在心肌组织中高表达。

心肌细胞内的TRPM7通道的重要特征之一是可被胞内Mg2+抑制且具有Ca2+通透性，目前，人们对于心肌细胞上的TRPM7通道的研究较少，TRPM7在心肌细胞上的功能、作用特点和生物学意义仍不清楚。国内学者在研究人类心房成纤维细胞上的TRPM7中发现:1.TRPM7是人类心房成纤维细胞上钙的主要渗透通道;2.TRPM7负责钙进入人类心房成纤维细胞;3.房颤患者成纤维细胞中的TRPM7明显上调;4.TRPM7对人类心房成纤维细胞的分化是必需的;5.TRPM7在TGF-β1(人转化生长因子β1)诱导的成纤维细胞增殖中的作用:将用Scr-shRNA或TRPM7-shRNA预处理的人类心房纤维母细胞暴露于TGF-β1(10 μg·L-1)，结果成纤维细胞的数量明显减少，这表明，TRPM7也参与TGF-β1引起的心脏成纤维细胞增殖［22］。亦有研究证实小鼠成纤维细胞上富含TRPM7表达［23］。上述结果对于预防和改善房颤、心肌梗死等心脏疾病引起的心肌纤维化有指导意义，TRPM7可能将成为这些疾病远期治疗的靶点，但仍然需要进行大量基础和临床研究。

近年来研究发现，心肌细胞膜表达一种镁抑制的瞬时受体电位7样(TRPM7L)通道［24］。该通道也是受心肌细胞内Mg2+抑制的阳离子通道，并显示类似TRPM7通道的药理和孔隙特性［21］。但TRPM7L与TRPM7之间的关系尚不清楚，有研究认为TRPM7可能是构成TRPM7L的分子基础［21］，这与在一项观察小鼠心肌梗死后成纤维细胞上TRPM7L电流的变化及其对Ca2+信号的影响的研究结果是一致的［23］。研究还发现该通道对pH敏感［25］，但其活性依赖于细胞内ATP，可能的原因是，脂质激酶产生的PIP2对维持心脏TRPM7L通道的活动是必需的，而这一过程需要 ATP的参与［21］，这一结果与前述 TRPM7的一般特性之间有矛盾之处，由此可见，TRPM7L与TRPM7在功能上有相似之处，而在结构上可能存在一定的差异。研究发现鸟嘌呤核苷酸可以通过G蛋白和PIP2的代谢相关机制调节心脏的TRPM7L通道，而在慢性疾病，如肥厚性心肌病、糖尿病性心肌病、充血性心力衰竭的患者中，PIP2水平降低［24］，从而推测心肌细胞上的TRPM7L通道可能与上述疾病的发生发展有一定关系。也有研究认为致纤维化因素(缺血、酸中毒等)通过调节TRPM7L介导的Ca2+信号机制影响小鼠成纤维细胞的病理生理功能，在心肌纤维化的形成中可能发挥重要作用［23］。因此，明确心肌细胞上的TRPM7L的分子结构和生物学功能，及其与TRPM7之间的功能关系，对心肌纤维化疾病的预防和治疗有重要意义。

2.2 血管平滑肌细胞的TRPM7 逆转录聚合酶链反应和免疫印迹证明TRPM7通道也在血管平滑肌细胞中表达(细胞膜和细胞质)［23，26］。并有研究证实，血管平滑肌上的TRPM7通道除了参与平滑肌细胞Mg2+稳态的调节外，还与血管平滑肌细胞的生存、增殖、收缩或扩张等密切相关［23，26］，然而其具体的调节机制和生物学功能仍不清楚。

近年来，不少学者研究证实血管平滑肌细胞的TRPM7通道受血管活性药物的调节，如血管紧张素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)、醛固酮等，同时也受缓激肽的调节。有研究发现血管紧张素Ⅱ和醛固酮可增加血管平滑肌细胞TRPM7的表达，并认为血管平滑肌细胞TRPM7通道在调节基础［Mg2+］i、Mg2+跨膜运输以及核酸和蛋白质合成中起作用［26］，结合Mg2+的生物学功能，不难解释TRPM7与平滑肌细胞的生存、增殖的相关性。另有研究表明，缓激肽可通过磷脂酶C、蛋白激酶C、c-src及腺苷依赖途径调节TRPM7及其下游靶因子膜联蛋白-1(annexin-1)，从而调节血管平滑肌细胞游离镁离子的浓度和迁移，该过程是经缓激肽2型受体(B2受体)介导的［27］。通过对血管平滑肌细胞TRPM7的亚细胞定位及在缓激肽介导的炎症信号中TRPM7通道的作用研究表明，血管平滑肌细胞经缓激肽刺激后，其TRPM7表达上调，且蛋白酶和炎症介质调节剂VCAM-1和COX-2部分上受经B2受体的 TRPM7和磷脂酶 C-依赖途径的调节［28］。这些结果证实可能存在一个新的缓激肽信号通路，该通路涉及到TRPM7的参与，并有Mg2+的跨膜转运，这一通路可能在B2受体介导的血管炎症反应中起作用。

2.3 内皮细胞上的TRPM7 已有研究证实有功能的TRPM7通道存在于血管内皮细胞［29］。在内皮细胞中，由VEGF(血管内皮生长因子)和bFGF(碱性成纤维细胞生长因子)诱导的细胞生长与胞内［Mg2+］i的增加有关［30，31］，而在细胞周期的G1期中TRPM7介导Mg2+快速内流［16］。因此，沉默TRPM7 可能会导致细胞增殖受抑制［16，32，33-36］，但人脐静脉内皮细胞(HUVECs)是目前为止唯一例外的报道［24］。研究发现:经siRNA转染而使HUVECs上的TRPM7沉默或用2-氨基乙基二苯硼酸酯(2-APB，一种非特异性TRPM7阻断剂)抑制 TRPM7的功能，可增加细胞外信号调节激酶(ERK)的磷酸化作用并增强HUVECs的生长或增殖，这种被强化的细胞的生长或增殖可被ERK信号通路抑制剂所阻滞［29］。最新的一项研究也支持该结果，同时发现，胞外镁缺乏可抑制HUVECs的生长，而对微血管内皮细胞(HMEC)而言，胞外镁缺乏和沉默TRPM7均可使细胞迁移受损并抑制其生长［37］，他们认为TRPM7沉默后之所以在两种细胞中出现不同的增殖表型，是由于ERK磷酸化作用不同，TRPM7沉默后，HUVECs的ERK磷酸化作用增强，而HMEC的ERK磷酸化作用受损。已知，ERK磷酸化是RAF/MEK/ERK信号通路下游的一个关键组件，ERK被激活后并被易位到细胞核，继而在细胞核中诱导细胞增殖，存活和分化等基因表达［29］。由此可见，血管内皮细胞上的TRPM7通道可能对于血管生成方面有特殊的意义，尤其对于缺血组织的血运重建可能有重要的临床意义，有望成为再生医学的一个治疗靶点，因此，对TRPM7通道的作用机制的深入研究是十分有必要的。

3 结语

综上所述，TRPM7通道无疑是调节人体内Mg2+平衡的一种重要通道，其在心肌细胞、血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等多个器官组织中均有广泛表达，它所介导的Mg2+转运或其自身的作用机制对心肌细胞、血管平滑肌细胞、血管内皮细胞的生长、增殖、功能等有重要的影响，并可影响机体内Ang-Ⅱ、醛固酮等一系列激素的生成与释放，从而与高血压、动脉硬化、心肌纤维化、心律失常等心血管疾病的发生发展有一定的相关性。若能阐明TRPM7在这些心血管疾病中的具体作用机制，那么对上述疾病在分子水平上的预防和治疗又可提供一个新的靶点。

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