崔媛媛，金晓航，邱忠营，王晓龙，王兰，史娟

（1西安医学院组织学与胚胎学教研室暨基础医学与转化医学研究所，西安710021；2西京学院医学院，西安710123；3第四军医大学人体解剖与组织胚胎学教研室暨梁銶琚脑研究中心，西安710032）

从低等细菌到高等哺乳动物，所有生物个体都会受到来自外界环境和自身内部机械刺激的影响，生物体将机械刺激转换为生物信号的过程称为机械转导。机械转导对于细胞的生长、迁移、分化和凋亡等过程至关重要，其异常可能会引发多种疾病。生物体完成机械转导的基本结构之一就是机械敏感性离子通道（mechanosensitive channel，MSC），它是一种进化保守的膜蛋白，存在于几乎所有的原核和真核细胞上，该类通道能通过感受细胞膜张力的变化进而改变离子通道的开闭，在触觉、听觉、肌肉伸展和渗透压等多种机械感受过程中发挥作用[1]。目前研究较多的MSC有：DEG/ENaC通道、Piezo通道、K2P通道和TRP通道等，本文将重点介绍TRP通道及其在机械性痛中的研究进展。

1 TRP通道概况

1975年，Minke等人最先在果蝇的视觉传导系统中发现了trp基因，因该基因突变体的光感受器仅产生瞬时而非Ca2+依赖的持续性感受器电位，丧失了Ca2+依赖的光适应性，故而得名瞬时感受器电位（transient receptor potential，TRP）。至今，TRP通道家族的成员已超过30个，包括7个亚家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP、TRPML和TRPN[2]。

TRP通道家族成员的结构具有高度相似性：6个疏水的跨膜蛋白构成跨膜结构域（S1-S6），其间有一个类似离子通道样的孔道结构，允许Ca2+、Na+等阳离子通过。TRP通道的C端和N端都位于胞质内，其中N端结构保守且在各物种中同源性较高，通常是由多个锚蛋白重复序列构成，可能在调节胞内钙库Ca2+的释放、连接TRP通道和细胞骨架，以及四聚体的形成中具有重要作用；而C端则变异性较大，主要参与调节TRP通道的特性和功能，一般会形成多个结构域，如TRP结构域、脯氨酸序列、PKA/PKC调节位点和CaM/IP3结合位点等。尽管TRP通道各成员具有相似的一般结构，但功能的差异也反映出其结构的特异性：如N端的锚蛋白重复序列，在TRPV和TRPC亚家族成员有3～5个，TRPA和TRPN有8～29个，而TRPM、TRPML和TRPP则一个都没有；在C端，TRPV没有脯氨酸序列，TRPML和TRPP则没有TRP结构域[3]。

TRP通道广泛分布于从低等微生物到高等脊椎动物几乎所有的器官中，参与兴奋性和非兴奋性细胞在视、听、触、热和渗透压等多种感觉中对不同刺激形式的转导过程，其机制可能与TRP通道能被多种细胞内、外信号激活有关，也可能与该通道能形成同源或异源四聚体，进而参与构成复杂的信号转导复合体有关。

2 机械敏感性TRP通道与痛觉

大量研究表明，多种形式的机械刺激能激活或调控某些TRP通道，现将部分机械敏感性TRP通道与痛觉的关系介绍如下（表1）。

表1机械敏感性TRP通道Tab. 1 Mechanosensitive TRP channels

2.1 TRPV1

TRPV1是首个被成功克隆的TRP通道，也是目前研究最多，机制较为清楚的TRP通道之一。TRPV1高表达于神经系统，除机械刺激外，还能被多种物理或化学刺激激活，因而又称多觉感受器。

多项研究指出，TRPV1 的N端剪切变体在脊椎动物脑内渗透压感受神经元中有丰富表达，该分子能作为一种血管加压素（AVP）神经元和终板血管下器（OVLT）神经元的渗透压转导通道的分子实体，感受脑脊液渗透压的变化，被高渗刺激激活而被低渗刺激抑制[10,11]。类似的，异源转染TRPV1剪切变体的神经细胞也可被生理范围内变化的高渗刺激活化，而来源于TRPV1-/-小鼠的单个下丘脑神经元丧失的渗透压感受功能，也可在表达TRPV1剪切变体后得以恢复[5]，提示TRPV1可能是脑内渗透压感受器的核心成分。

TRPV1还参与了痛觉中的机械性感受。如在角叉菜胶诱导的炎性痛模型中，可观察到急性期小鼠双侧后足均出现明显机械性痛敏，而经同样处理的TRPV1-/-小鼠则无类似反应；预先注射了TRPV1拮抗剂辣椒平（CPZ），再给予角叉菜胶的野生小鼠双侧后足的机械性痛敏显著减轻[12]。研究还发现在由躯体感觉神经的原发损伤或疾病引起的神经病理性痛中，往往有感觉神经元内TRPV1表达的明显改变。如在糖尿病神经病理性痛模型大鼠出现明显机械性痛敏的同时，其背根神经节（DRG）神经元内的TRPV1蛋白表达相应增加；给予TRPV1拮抗剂CPZ或钌红（RR）均能有效缓解动物的机械性痛行为[13]。另有研究证实，通过IL-6/JAK/PI3K/TRPV1信号通路，TRPV1还参与了癌痛中机械性痛敏的发展和维持[14]。

经典的TRPV1拮抗剂有：CPZ、RR、碘化树胶脂毒素（I-RTX）[15]等，其中CPZ和RR分别是TRPV1最常用的特异性和非特异性拮抗剂之一。近年来，一些化合物如NEO6860被发现不仅能有效阻断TRPV1通道，而且不会出现体温升高等副作用[16]。

2.2 TRPV4

TRPV4是近年来研究较多的TRPV亚家族的另一个成员，最早是作为一种渗透压感受器被发现，因为该通道可被小于30 mOsm的渗透压刺激所激活。TRPV4在体内分布广泛，在神经系统中，该分子既可作为渗透压感受器存在于视网膜和脑室周围器官[4]，还可作为机械敏感性阳离子通道表达在感觉神经元DRG中[9]。与TRPV1相似，TRPV4也能被机械刺激、渗透压和多种理化刺激激活，因而亦属多觉感受器。

研究证实，低渗引发Src激酶依赖性的TRPV4酪氨酸残基磷酸化或磷脂酶A2（PLA2）依赖的花生四烯酸途径，最终可形成TRPV4的内源性激动剂环氧二十碳三烯酸（EET），是该刺激形式活化TRPV4的途径。如在视网膜Müller细胞中，当水经水通道蛋白（AQP4）流入细胞内，引发胞膜牵张反应，促使牵张敏感性的PLA2和EETs激活TRPV4，导致细胞内Ca2+浓度升高，继而加重细胞的肿胀，这一结果表明TRPV4能提高Müller细胞对渗透压变化的敏感性[4]。

TRPV4是一种机械感受器，在机械性痛敏的维持中发挥重要作用。如在角叉菜胶或多种炎性介质诱发的炎性痛模型中，动物表现出的明显机械性痛行为可在注射TRPV4特异性寡核苷酸后缓解，而经同样处理的TRPV4-/-小鼠则并未表现出明显的机械性痛敏[17]。类似的，硫酸镁皮下注射诱导的炎性机械性痛敏也能被TRPV4的拮抗剂RN-1734缓解[18]。另外，在DRG慢性压迫（CCD）模型中观察到的大鼠明显的机械性痛敏，会在注射TRPV4激动剂4α-PDD后增强，而在给予拮抗剂RR后减轻[19]。我们前期的研究也证实在糖尿病诱导的神经病理性痛模型中，当DRG神经元中TRPV4的表达被降低后，小鼠表现出的机械性痛敏可减轻[9]。

常见的TRPV4非特异性拮抗剂有：RR、钆（Gd）和镧（La）等，而一些化学合成物，如RN-1734、HC067047和GSK2193874等可被用作TRPV4的特异性拮抗剂[20]。最新研究发现，甲酮衍生物可作为TRPV4的特异性拮抗剂在CFA诱导的动物机械性痛中发挥镇痛作用[21]。

2.3 TRPA1

TRPA1最早于2003年在感觉神经元DRG和三叉神经节（TG）中被发现，曾命名为ANKTM1，是哺乳动物TRPA亚家族的唯一成员。神经系统中，TRPA1除了高表达于薄髓Aδ和无髓C纤维外，还存在于Aβ纤维，提示该分子在伤害性感受和机械性感受中发挥作用[22]。

TRPA1被认为是具有机械性感受潜能的分子之一，可能与其具有多个锚蛋白重复序列的N端有关，这个非同一般的长N端能形成机械刺激和TRPA1通道间的“桥梁”，发挥调控通道开放的作用[23]。研究发现利用高渗液处理大鼠DRG神经元后，有单通道电流产生，而其特性类似于用异硫氰酸烯丙酯（allylisothiocyanate，AITC）激活TRPA1时产生的电流，且该电流能被TRPA1的拮抗剂RR和樟脑所阻断[6]，表明TRPA1可能参与了渗透压变化引发的机械感受。

在机械刺激引发的疼痛反应中，TRPA1也发挥着重要作用。研究证实利用药物干预该分子的表达或功能，均能有效缓解动物的机械性痛行为。如TRPA1的拮抗剂AP18能抑制完全弗氏佐剂（CFA）注射后诱发的机械性痛敏[24]；Chembridge-5861528能有效缓解由糖尿病或神经损伤所致神经病理性痛动物的机械性痛行为[25]；HC-030031则能显著降低烧伤后的机械性痛敏[26]；A967079对TRPA1的拮抗作用提示了内源性增加丙酮醛引发的糖尿病机械性痛和热痛的机制，可能是通过调节外周感觉神经元的TRPA1进行的[27]。此外，TRPA1还参与了内脏的机械性痛。如环磷酰胺诱导的膀胱炎模型大鼠有明显的膀胱激惹和机械性疼痛表现，对TRPA1蛋白检测发现脊髓背角该分子的表达较对照组显著升高，在给予TRPA1拮抗剂HC-030031后，上述激惹和疼痛症状均能有效缓解[28]。

最早的TRPA1拮抗剂如RR、庆大霉素、阿米洛利和Gd，均属于非特异性的[29]；而如上述提到的一些小分子化合物HC-030031、Chembridge-5861528、AP18和A967079等，则作为特异性拮抗剂被研发并应用于实验研究，促进了TRPA1的功能学发展。

2.4 TRPC1

TRPC1是首个被克隆的与果蝇TRP通道同源性较高的TRPCs亚家族成员，高表达于神经系统的脑和感觉神经节。TRPC1通道可在机械刺激、受体或细胞内钙库清空作用下开放，导致胞内钙离子浓度升高和胞膜去极化，进而引发神经系统多种生理和病理变化。

TRPC1具有一定的机械敏感性，通过对蛙卵母细胞施以轻吸刺激的实验发现，该分子表达于细胞后可增加胞膜上牵张激活的通道数目，而利用反义RNA处理细胞则可减少内源性表达的TRPC1和牵张激活通道的活性[7]。近年来研究还发现TRPC1的机械敏感性影响神经元的发育，如在神经元轴突生长锥上表达的TRPC1蛋白，可能通过调控轴突生长过程中对触碰物的机械性感受和轴突的生长方向，影响轴突的生长[30]。利用环磷酰胺制备的大鼠膀胱炎模型，可观察到在支配膀胱的DRG神经元中，TRPC1蛋白表达呈升高趋势，且DRG神经元的外周突对膀胱的感觉支配增强，表现为膀胱粘膜层中有大量出芽终末出现，而在TRPC1/TRPC4基因双敲除小鼠中并不出现上述现象，也没有明显的膀胱激惹[31]，这表明TRPC1可能是膀胱机械性感受的重要分子之一。

关于TRPC1在疼痛研究中的报道相对较少。Alessandri-Haber等人[9]的实验证实，利用特异性寡核苷酸同时降低小鼠DRG神经元中TRPC1、TRPC6和TRPV4的表达，能显著缓解糖尿病和紫杉醇诱导的神经病理性痛模型小鼠的机械性痛敏以及渗透压刺激引起的痛敏；而利用抑制剂阻断TRPC1和TRPC6通道后，机械性痛敏也可显著缓解，这些结果提示TRPC1和TRPC6可能协同参与机械性痛敏的发生发展。

目前TRPC1的研究中尚无特异性拮抗剂，但利用合适的复合物、抗体或小分子亦可对TRPC1进行抑制性调控，如2-APB、Gd、La、GsMTx-4和SKF96365等[9]都被作为TRPC1的非特异性拮抗剂应用。

2.5 TRPC6

1997年TRPC6基因首次在小鼠脑内被克隆，又名TRP6。该分子广泛分布于中枢神经系统，但表达量少于其他TRPCs。TRPC6通道可被G蛋白偶联受体（GPCR）和受体酪氨酸激酶（RTK）通过磷脂酶C（PLC）途径激活，亦可直接被二酰基甘油（DAG）以不依赖蛋白激酶C（PKC）的方式激活[32]。

在人胚肾细胞系中异源表达的TRPC6可因负压或低渗液体的刺激而被激活，是该分子具有机械敏感性的直接证据[8]。但长期以来，TRPC6机械敏感性的具体机制却仍不清楚。虽然心脏、血管和肾脏是TRPC6机械敏感性研究的热门，但越来越多的研究正聚焦于该分子在神经系统，尤其是发育学领域中的作用。如实验证实在培养的小脑颗粒细胞上，BDNF诱导生长锥化学趋向性的改变与TRPC3和TRPC6介导的Ca2+内流有关[33]。TRPC6还被证实参与了神经元突触可塑性的改变。贯叶金丝桃素（Hyperforin）是一种TRPC6激动剂，能调控PC12细胞和海马神经元的树突棘形态变化，并促进树突生长，其机制可能是通过Ras/MEK/ERK、PI3K/Akt和CaMKIV多个信号通路完善了突触可塑性[34]。TRPC6的机械敏感性在痛觉中的研究报道较少，除了上述提到的可与TRPC1和TRPV4一起参与了痛觉感受器的敏化和机械性痛敏的发生外[9]，最新研究显示，多次注射吗啡后，可观察到脊髓中TRPC6的mRNA和蛋白质表达均上调，且因吗啡引起的耐受和机械性痛敏会在阻断TRPC6通道后得到显著缓解[35]，这些新发现为TRPC6的生理病理功能研究开辟了新的领域。

通常La、Gd、2-APB、GsMTx-4、SKF96365和克霉唑等可作为TRPC6的非特异性拮抗剂应用于研究[36]。而ML-9，一种氯萘衍生物，因能有效抑制TRPC6通道的活动，而对其进化关系很近的TRPC7却呈增强效应，故被用作TRPC6相对特异的抑制剂[37]。

3 结论

机械敏感性是一种进化保守的感觉形式，细胞通过一套行之有效而又复杂多变的转导途径感受内、外环境的机械刺激，其中离子通道是最终将机械刺激转化为神经系统可以识别的电信号的“效应器”。研究机械敏感性离子通道在痛觉中的作用，将为机械性痛敏提供新的研究方向和重要的理论支持。

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