TRPV1通道在炎症痛觉过敏中的作用及其影响因素
段瑞蒙,刘 焕,张 坤,袁福杰,牛良晨,祝艺菡,李超堃,江林华
(新乡医学院基础医学院生理学与神经生物学,新乡453000)
【关键词】 TRPV1;炎症因子;痛觉过敏;钙内流
辣椒素受体自1997年从感觉神经元分离和克隆成功,就成为了疼痛领域研究的热点之一。TRPV1在下丘脑以及外周初级感觉传入神经元,特别是中小型神经纤维有着较高的表达,在星形胶质细胞、小胶质细胞,人组织的血管平滑肌,支气管上皮细胞,胃肠道细胞等也表达有TR-PV1[1,2]。TRPV1是一种伤害性感受器,能够被辣椒素、伤害性热刺激和酸化等特异性激活。炎性痛具有持续性疼痛、诱发性疼痛阈值降低、超过阈值的刺激疼痛更加强烈等特点。近年来研究发现TRPV1在炎症引起的痛觉过敏中起着重要作用。炎症发生时,炎性因子与神经元上各自的受体结合,通过各自胞内信号通路作用于TRPV1,引起中枢或外周神经敏化,表现为痛觉过敏。近年来国内外学者对TRPV1在炎症痛觉过敏中的作用进行了较为深入的研究,本文就此做一综述。
1 TRPV1结构
瞬时受体电位(transientreceptorpotential,TRP)超家族由近30种亚型组成,可分为TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TR-PP和TRPML等亚家族[3]。该家族受体为四个亚基组成的四聚体,中间为渗透性离子通道[4,5]。TRPV1每个亚基由六个跨膜片段(S1-S6)、胞内的N末端和C末端、连接区域(S4与S5之间螺旋连接和S1与锚定蛋白之间的连接)、S1前螺旋区及TRP结构域组成[6]。N端包括六个锚定蛋白重复区[7],N端的T116、T114、T370能被PKA磷酸化参与调节TRPV1的活性。一些炎症介质能够通过G蛋白偶联受体激活PKA或PKC使S2与S3之间的S502磷酸化,S3和S4跨膜结构域中的try511、met547、thr550影响辣椒素配体敏感性[4]。S1-S4形成电压感受域,位于孔环一侧,S4与S5之间螺旋连接与S1-S4的电压感受域对孔隙门控的激活起重要作用。S5与S6之间凹陷的环状螺旋形成一个圆锥形结构,选择性滤过器位于圆锥体内,S5、S6与选择性滤过器共同构成通道的中央孔[5]。TRPV1通道激活时外周的S1-S4结构几乎不改变,但孔结构域有明显变化[8]。S6后延伸的螺旋区、S4-S5螺旋连接区和S1前螺旋相互作用是通道构象发生改变的基础。C末端有保守的TRP盒子,参与亚基的装配和通道门控的变构调节[5]。C末端的T704是PKC、PKA的作用位点,S800是PKC的作用位点[4],这些位点在TRPV1功能修饰中有重要作用,缺乏这些氨基酸残基则TRPV1通道对通过PKC或PKA的反应不敏感,见Fig1。
2 炎症因子与TRPV1
2.1 BK与TRPV1BK (缓激肽)作为一种诱导剂直接参与伤害性感受器的激活并且参与痛觉过敏的进程。BK增强TR-PV1功能活性依赖细胞内G蛋白偶联受体PLCβ-IP/DG-PKC/Ca2+信号路。缓激肽有B1、B2两种受体,其中B2受体介导了缓激肽对TRPV1的调节作用[9]。BKB2受体结合后可以激活PLCβ,激活的PLCβ水解PIP2生成DAG和IP3,随后DAG激活PKC,TRPV1的第502位和800位的丝氨酸磷酸化,增强TRPV1的敏感性。BK还可通过B2受体活PLC和COX1,可能形成白三烯,白三烯增加Ca2+的内流,从而增加TRPV1的敏感性[10]。Vellani等[11]随后在DRG神经元和稳定转染TRPV1通道的HEK293细胞上证实,PKC的激活可增强TRPV1通道对低剂量辣椒素、H+和热刺激的反应,进而引起痛觉过敏,将TRPV1通道的第一个胞内环上的502位丝氨酸和C末端第800位丝氨酸转变为丙氨酸,则PKC不能使TRPV1通道增敏[12]。
2.2 PG与TRPV1 PG(前列腺素)是一种重要的炎症因子。研究发现内源性PGE2 和PGI2可诱导大鼠出现热痛觉过敏症状,溴烯醇内酯抑制PGE2 和PGI2合成,能够减轻角叉菜椒诱发的痛觉过敏[13]。PGE2 和PGI2通过EP1、IP受体,依赖PKC磷酸化TRPV1,增强TRPV1的功能活性。此外TRPV1功能活性的增强还依赖PKA途径[14]。Tomoko等[14]在小鼠DRG神经元上分别用EP1激活剂ONO-DI-004、EP1拮抗剂ONO-8713后检测电流变化,发现ONO-DI-004能够增加辣椒素激活TRPV1引发的内向电流,产生与PGE2类似的作用,而ONO-8713却不能使辣椒素诱发的内向电流增加,PKC的抑制剂U-73122能够减弱PGE2 对TRPV1内向电流的增强效应。说明了EP1 受体是PGE2 发挥功能的重要靶标,并依赖于PKC途径。PGI2与PGE2 有着相似的功能活性,能够诱发机体在炎症状态下的痛觉过敏。PGI2对TR-PV1功能活性的增强依赖IP受体。IP受体的激活剂ONO-54918-07能够产生与PGI2相同的增加TRPV1内向电流的作用。体外培养IP受体缺失的小鼠DRG神经细胞,PGI2增大辣椒素刺激诱发的内向电流的作用则不能表现出来[14]。PKC依赖的TRPV1反应发生在下游,对PGI2功能的发挥起着重要作用。
2.3 CCL2、CCL3与TRPV1 趋化因子是调节疼痛的重要因素,CCL2、CCL3能够介导TRPV1引起痛觉过敏[15]。CCR2为CCL2的受体,SD大鼠DRG鞘内注射CCR2拮抗剂,能够显著减轻局部痛觉过敏[16]。定量RT-PCR分析发现,CCL2增加了TRPV1mRNA表达[17]。CCL2激活CCR2引起痛觉过敏有PI3K/Akt和ERK 1/2两种信号转导方式[18-21]。CCL2主要通过PI3K/Akt信号通路增加辣椒素诱发的内向电流并且上调TRPV1mRNA的表达。实验证实P13K抑制剂LY294002能够解除CCL2促进辣椒素引起内向电流增加的作用[17]。CCL2能够引起脊髓背角神经元和小胶质细胞ERK1/2的磷酸化[22],此外外周伤害性刺激和炎症均能激活ERK通路[23]。Steenwinckeld等[22]用MEK1抑制剂PD98059预处理能够阻断ERK1/2通路信号转导,脊髓背角鞘内注射CCL2则不能引起痛觉过敏。
CCL3的受体为CCR1。免疫组织化学实验显示在绝大多数小直径的脊髓背根神经节神经元上TRPV1与CCR1共表达[24]。有学者研究发现敲除CCR1或抑制CCR1的功能能够降低小鼠对疼痛的反应[25]。Zhang等[24]在HEK294细胞同时转染TRPV1和CCR1,研究发现用CCL3预处理后,辣椒素诱导的Ca2+内向电流相比未用CCL3处理组大幅度上升。在DRG初级传入神经元上,CCL3激活CCR1后依赖G蛋白、PKC、PLC信号途径,直接敏化TRPV1[24],引起痛觉过敏。
2.4 5-HT与TRPV1 5-HT主要参与炎症、疼痛、体温等生理功能的调节。5-HT受体的激活,提高了传入神经元上的TRPV1对H+、温度的反应性[25]。5-HT预处理能增加辣椒素刺激TRPV1受体引起的三叉神经节神经元胞内Ca2+的积聚,并促进CGRP的释放[26]。RT-PCR技术分析,5-HT1B、5-HT1D、5-HT1F、5-HT2A、5-HT3、5-HT4、5-HT5B和5-HT7 受体亚型在小鼠DRG神经元中表达,5-HT2A、5-HT7 激活剂能够产生与5-HT增强辣椒素刺激TRPV1相同的效应[27]。此外,有学者进一步证实了5-HT2B依赖下游的Gq/11-PLCβ-PKCε信号通路调节TRPV1诱发的机械性痛觉过敏[28]。酮色林(5-HT2A拮抗剂)、康泉(5-HT3拮抗剂)、舒曲马坦(5-HT1B/1D激活剂)受体激活剂预处理,可以减轻5-HT和辣椒素引起的痛觉过敏[29],说明5-HT2A、5-HT2B、5-HT3、5-HT7 能够与5-HT结合,敏化TRPV1受体,而5-HT1B/1D则没有此作用。
2.5 NGF与TRPV1 在炎症反应中,肥大细胞聚集在损伤部位释放NGF(神经生长因子)。NGF与DRG上的trkA(酪氨酸激酶受体)结合上调参与痛觉调节的因子如TRPV1、P物质、CGRP表达[30,31]。此外NGF能与初级传入神经元上的TrkA受体结合后,激活下游的MEK/ERK、PI3K和PLC通路,NGF也能通过激活并磷酸化p38信号通路增加TRPV1受体蛋白表达水平[32,33],使TRPV1敏感性增强,降低对伤害性刺激的反应阈值,引起痛觉过敏。
2.6 组胺与TRPV1 在炎症组织中,组胺从肥大细胞中释放,可引起痛觉过敏。Kajihara等[34]在体外培养的小鼠脊髓背根神经元中发现,组胺能够增加酸激活TRPV1介导的Ca2+内流。RT-PCR分析发现小鼠脊髓背根神经元同时表达H1R、H2R、H3R、H4R四种组胺受体亚型,其中H1R在组胺调节TRPV1功能过程中起重要作用[34]。组胺调节TRPV1引起痛觉过敏依赖PLC、PKC途径,PLC抑制剂U-73122和PKC抑制剂bisindoylmaleimideI、G-6983能够抑制组胺对TR-PV1功能活性的调控[34]。
2.7 P物质与TRPV1 在初级感觉神经元中表达有P物质,它在伤害性刺激的介导中发挥着重要作用。有研究表明,在慢性非细菌性前列腺炎的疼痛中,前列腺上皮以及脊髓背角神经元上P物质和TRPV1的表达增加,使痛觉阈值降低,引起脊髓中枢痛觉敏化疼痛的产生[35]。P物质与受体结合后,依赖细胞内G蛋白偶联受体-PLCβ-IP/DG-PKC/Ca2+信号通路磷酸化TRPV1,增强对热、H+、辣椒素的敏感性。NK-1是P物质的受体,主要在浅脊髓背角神经元和DRG神经元突触前膜表达[36]。P物质与NK-1受体结合后激活PLC,而后将PIP2水解成IP3和DAG,IP3激活细胞膜上的Ca2+通道并且使细胞内钙库释放Ca2+,从而使细胞内的Ca2+浓度升高,间接地激活PKC,而DAG则可以直接激活PKC,PKC可以磷酸化TRPV1,使其敏感性增强[36,37]。此外,NK-1的激活可以使Nav1.8的激活阈值降低,激活Nav1.8引起Na+大量内流,DRG神经元去极化,促使P物质从细胞内释放[38],使疼痛的发应增强。
2.8 IL-1β与TRPV1 炎症激活肥大细胞和巨噬细胞时,IL-1β释放到炎症环境中,在炎症反应中起着重要的作用。在蛇毒诱发的痛觉过敏中,IL-1β能增强痛觉过敏,IL-1β拮抗剂能减弱这种痛觉过敏症状[39]。Alexander等[40]研究表明IL-1β能促进炎症的形成发展,还能诱导伤害性感受器敏感物质如PGE2和NGF的合成。此外还能够快速直接激活伤害性感受器诱发动作电位,诱发痛觉过敏。Kim等[41]进一步研究法发现,在SD大鼠口面部注射IL-1β能够引起痛觉过敏,IL-1β受体拮抗剂处理后再注射IL-1β痛觉过敏明显减弱。TRPV1拮抗剂IRTX、PKC抑制剂白屈菜赤碱均能够抑制IL-1β产生的痛觉过敏。这些结果提示IL-1β通过其相应受体,依赖下游PKC信号通路,敏化TRPV1,诱导痛觉过敏的产生。
2.9 CGRP与TRPV1 神经元中降钙素基因选择性表达一个含37个氨基酸的神经肽,即CGRP(降钙素基因相关肽),它在辣椒素敏感的初级感觉神经元中选择性表达[42]。有学者研究发现在ATP敏化诱导的钙依赖性胞吐过程中,胞内CGRP的释放调节Ca2+在胞内的钙依赖性胞吐,初级神经元胞内LDCV(大密度核心囊泡)内的TRPV1被动员分布到神经元表面可特定地增加肽类伤害性受体的兴奋性,增强肽能感受器的TRPV1效能[43]。Devesa等[43]研究发现,TRPV1效能增加由Ca2+依赖性TRPV1胞吐募集引起,CGRP基因敲除或沉默后能够显著减弱肽能感受器的TRPV1效能增强的作用。这些结果提示CGRP通过敏化诱导的钙依赖分子机制,动员TRPV1分布到神经元细胞膜上引起TRPV1功能增强,最终引起痛觉过敏。
3 炎症微环境与TRPV1
3.1 H+与TRPV1 组织损伤后的炎症反应呢能引起炎症区域中H+浓度上升。H+能直接激活TRPV1,向中枢传递伤害性神经信号,引起伤害性疼痛感受。H+激活TRPV1后引起的Ca2+内流导致CaMK(钙调蛋白依赖的蛋白激酶)和PKC的磷酸化,CaMK通过磷酸化CREB(cAMP应答原件结合蛋白)的Ser-133激活伤害性转录因子CREB,CREB刺激CGRP基因启动子的活性,促进CGRP的表达[44,45]。H+通过直接激活TRPV1和依赖CaMKⅡ-CREB促进CGRP释放两种方式,机体炎症区域的疼痛刺激反应增强,表现出痛觉过敏症状。
3.2 ATP与TRPV1 ATP在痛觉传入中发挥重要作用,可易化痛觉传导。ATP作用于TRPV1有直接和间接两种方式。Lishko等[7]研究表明,ATP与TRPVl通道的锚定蛋白重复序列结构域结合从而使TRPV1敏化,诱导痛觉过敏。ATP对TRPV1的间接作用主要是通过其受体实现的,ATP受体有P2X和P2Y两种亚型。实验表明ATP激活P2X3后通过PLC诱导三叉神经元上的TRPV1磷酸化,从而激活TRPV1产生痛觉过敏[46]。研究发现,在低pH下ATP与P2Y1受体结合上调TRPV1敏感性,诱导热痛觉过敏[47,48]。另外,注射P2Y1受体的拮抗剂MRS2500后显著降低热痛觉过敏,同时也抑制了TRPV1的表达和DRG中p38的磷酸化,DRG中p38阻断剂SB203580的注射也抑制了TRPV1表达的上调,而在重复给予P2Y1受体激活剂MRS2365后观察到TRPV1的表达和p38MAPK的磷酸化均增加,这提示在炎症过程中P2Y1受体被激活后,通过磷酸化p38MAPK增加TRPV1表达量,诱导产生热痛觉过敏[49],(见表1,Fig.2)。
综上所述,TRPV1是痛觉过敏产生的关键性离子通道,各类炎症因子直接或间接作用于TRPV1诱发痛觉过敏。炎症因子调节TRPV1的敏感性,降低TRPV1对温度、酸等的反应阈值,诱发大量Ca2+内流,引起痛觉过敏。除此之外,组织细胞兴奋性氨基酸的产生,伤害性物质刺激也与痛觉过敏的产生有关。目前来看,炎症因子作用的靶点,引起痛觉过敏的细胞内信号转导通路有了一定的进展,尽管如此,诱发疼痛的中枢及细胞机制仍有待进一步阐明。针对炎症介质敏化TRPV1引起痛觉过敏这一病理过程,切实有效的干预措施未见报道。基础研究对疼痛的认识、疼痛的评估存在很大局限性,临床上对痛觉过敏的治疗仍存在较多问题。TRPV1可作为研究的一个靶向,奠定疼痛治疗及疼痛研究的基础。深入探究痛觉过敏产生的分子机制,从分子水平入手,有望为痛觉过敏的治疗提供新的思路,提升治疗的水平。
【参考文献：略】
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