景光嬋，張孟仁

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院　北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院　北京協(xié)和醫(yī)院中醫(yī)科，北京 100730

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·綜述·

瞬時受體電位M2通道：氧化應(yīng)激敏感的離子通道

景光嬋，張孟仁

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院中醫(yī)科，北京 100730

摘要：瞬時受體電位(TRP)通道是位于細胞膜上的一類重要的陽離子通道超家族，根據(jù)氨基酸序列的同源性，可將已發(fā)現(xiàn)的TRP通道分為7個不同的亞家族，瞬時受體電位M2 (TRPM2)通道隸屬于TRPM家族。越來越多證據(jù)表明，TRPM2通道參與如胰島素分泌和釋放、炎性細胞因子分泌、氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細胞死亡等多種病理生理過程。TRPM2離子通道作為氧化應(yīng)激反應(yīng)感受器，可被多種因子激活和影響，有望成為氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的一個潛在治療靶點。

關(guān)鍵詞：瞬時受體電位M2通道；氧化應(yīng)激；Ca2+信號

ActaAcadMedSin，2016,38(3)：364-367

瞬時受體電位(transient receptor potential，TRP)通道基因最早是作為果蠅光感受器的異常變異株基因被人們所認識，其編碼的蛋白質(zhì)廣泛分布于包括人類在內(nèi)的哺乳動物細胞中。TRP超家族是一組非選擇性陽離子通道，根據(jù)其氨基酸序列的同源性，可將TRP通道分為瞬時受體電位C(transient receptor potential classical，TRPC)通道、瞬時受體電位V(transient receptor potential，TRPV)通道、瞬時受體電位M(transient receptor potential melastatin，TRPM)通道、瞬時受體電位A(transient receptor potential ankyrin，TRPA)通道、瞬時受體電位P(transient receptor potential polycystin，TRPP)通道、瞬時受體電位ML(transient receptor potential mucolipin，TRPML)和瞬時受體電位N(transient receptor potential nonmechanoreceptor，TRPN)通道等7個不同的亞家族。目前只在哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了TRPM亞家族。TRPM亞家族的命名源于其第1個家族成員melastatin(TRPM1)的發(fā)現(xiàn)，TRPM亞家族包含TRPM l～ 8 8個成員，根據(jù)氨基酸序列的同源性可分為TRPMl/TRPM3、TRPM2/TRPM8、TRPM4/TRPM5和TRPM6/TRPM7 4組。TRPM離子通道蛋白由6個跨膜片段和胞內(nèi)氨基、羧基殘端結(jié)構(gòu)域組成。TRPM通道C端氨基酸序列的長度及結(jié)構(gòu)不一，N端含有4個相似的氨基酸序列，但功能尚未闡明。TRPM通道可以直接或間接調(diào)節(jié)細胞鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)等離子內(nèi)流，在維持細胞離子動態(tài)平衡中發(fā)揮重大作用。

TRPM2的分子結(jié)構(gòu)與生理功能

TRPM2是1個具有1503個氨基酸殘基的蛋白，該通道具有六次跨膜α螺旋結(jié)構(gòu)域，N末端和C末端均在胞內(nèi)，由第5和第6跨膜結(jié)構(gòu)域共同構(gòu)成通道孔區(qū)。TRPM2通道是具有鈣離子滲透性的非選擇性陽離子通道，可形成功能性的同聚或異源四聚體，從而在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用，參與炎癥反應(yīng)、胰島素釋放、造血細胞死亡及氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細胞死亡等生理病理過程。二磷酸腺苷核糖(adenosine-diphosphate ribose，ADPR)能激活TRPM2通道導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流，其結(jié)合位點位于C末端的1個核苷二磷酸連接部分X (nucleoside diphosphate-linked moiety X，Nudix)結(jié)構(gòu)域。TRPM2通道可被ADPR、Ca2+、過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)及其他活性氧(reactive oxygen species，ROS)所激活。ADPR是已知最強的TMPR2通道激動劑?，F(xiàn)已證明，TRPM2作為氧化應(yīng)激傳感器，介導(dǎo)了氧化應(yīng)激引起的細胞內(nèi)Ca2+濃度升高，并參與多種生理、病理過程。越來越多證據(jù)表明，TRPM2可作為氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的一個潛在治療靶點。

氧化應(yīng)激傳感器TRPM2通道

TRPM2通道與胰島素分泌有學(xué)者提出糖尿病并發(fā)癥的統(tǒng)一機制學(xué)說“氧化應(yīng)激學(xué)說”，認為高血糖引起線粒體中超氧陰離子生成過多，進而引發(fā)細胞中發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致糖尿病的各種并發(fā)癥，氧化應(yīng)激啟動并促進糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展[1]。體內(nèi)高血糖狀態(tài)將導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)增加[2]。TRPM2在胰島β細胞中高表達[3]，且在基礎(chǔ)和葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌中具有關(guān)鍵作用。研究表明，在胰島β細胞中，TRPM2通道通過調(diào)節(jié)胞內(nèi)Ca2+濃度或介導(dǎo)細胞膜去極化而影響胰島素分泌[4- 6]。Togashi等[5]研究證明，體溫可作為TRPM2通道的內(nèi)源輔助活化劑，使該通道具有接受化學(xué)和物理雙重信號調(diào)控的特性。TRPM2基因選擇性敲除的小鼠胰島素分泌減少，口服葡萄糖耐量試驗(oral glucose tolerance test，OGTT)中血糖值明顯高于野生型小鼠，提示TRPM2蛋白在胰島素分泌中發(fā)揮重要作用[6]。上述研究均提示TRPM2在糖尿病治療中可能成為潛在治療靶點。

TRPM2通道與炎癥反應(yīng)/炎性細胞因子分泌炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激之間存在著緊密聯(lián)系，可能存在氧化應(yīng)激、炎癥級聯(lián)反應(yīng)。在炎癥反應(yīng)中，ROS產(chǎn)生增加。H2O2和ROS 可刺激單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生炎性細胞因子，后者激活炎癥反應(yīng)瀑布。有研究發(fā)現(xiàn)，H2O2誘導(dǎo)的人單核細胞株U937 CXCL8的表達，依賴于TRPM2通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流及下游核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的活化。而在TRPM2 基因敲除小鼠中，上述細胞因子產(chǎn)生則明顯被抑制[7]。Sumoza-Toledo等[8]發(fā)現(xiàn)，TRPM2 在樹突狀細胞的成熟及趨化中起重要作用。最近一項研究顯示，免疫細胞活化因子如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可顯著上調(diào)原代培養(yǎng)的人單核細胞及人單核細胞株THP- 1中TRPM2 mRNA水平并促進蛋白表達，進而導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加及白細胞介素(interleukin，IL)- 6、IL- 8、IL- 10等炎癥細胞因子分泌增加。用小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)選擇性降低TRPM2表達后發(fā)現(xiàn)，TRPM2缺陷細胞中上述因子的表達也隨之下降[9]。以上研究均表明了TRPM2在炎性細胞因子表達及炎癥反應(yīng)中的重要性。

TRPM2通道與氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細胞死亡Hara等[10]首先發(fā)現(xiàn)TRPM2在細胞死亡中發(fā)揮作用，隨后的研究相繼證實在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞死亡中TRPM2可發(fā)揮重要作用[3，11- 15]。體外研究顯示，運用siRNA技術(shù)選擇性敲低大鼠紋狀體神經(jīng)元的內(nèi)源性TRPM2蛋白的表達后，H2O2誘導(dǎo)的細胞死亡可被抑制[4]。Kaneko等[16]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)元表達的TRPM2通道蛋白在H2O2介導(dǎo)的神經(jīng)元死亡中發(fā)揮重要作用。運用siRNA技術(shù)選擇性降低TRPM2蛋白表達，可顯著減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的caspases- 8、caspases- 9、caspases- 3及caspases- 7切割，降低多聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)活性，提高體外培養(yǎng)的人單核細胞株U937活力，減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡[17]。國外研究顯示，用TRPM2抑制性抗體預(yù)處理小鼠心臟微血管內(nèi)皮細胞系H5V，可顯著減少H2O2及TNF-α誘導(dǎo)的細胞凋亡[18]。相反，在H2O2及TNF-α誘導(dǎo)下，過表達TRPM2的小鼠心臟微血管內(nèi)皮細胞系H5V凋亡則明顯增加，提示TRPM2通道參與了氧化應(yīng)激介導(dǎo)的血管內(nèi)皮細胞凋亡。Lange等[19]研究發(fā)現(xiàn)，ADPR激活TRPM2，不但促進Ca2+進入質(zhì)膜，還可以促進溶酶體中Ca2+的釋放，進而影響細胞凋亡。

TRPM2通道與心血管疾病TRPM2通道參與了氧化應(yīng)激介導(dǎo)的心血管損傷的病理生理過程[20- 21]。在血管內(nèi)皮細胞，TRPM2通道介導(dǎo)了血管內(nèi)皮細胞中ROS誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，改變了血管內(nèi)皮細胞屏障功能，增加了血管內(nèi)皮細胞的通透性。而血管內(nèi)皮通透性的增加在動脈粥樣硬化癥、高血壓、心力衰竭等心血管疾病的病理生理改變中發(fā)揮重要作用[22- 23]。TRPM2通道在心肌缺血再灌注損傷中也發(fā)揮重要作用。Hiroi等[24]研究發(fā)現(xiàn)，敲除TRPM2基因后，可顯著減少小鼠心肌缺血再灌注損傷面積，提高心肌收縮功能。

綜上，氧化應(yīng)激反應(yīng)貫穿多種疾病的病理生理過程。TRPM2離子通道作為氧化應(yīng)激反應(yīng)感受器，可被多種因子調(diào)節(jié)。新近研究表明，TRPM2通道參與如胰島素分泌和釋放、炎性細胞因子分泌、氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細胞死亡等多種病理生理過程。從離子通道水平研究上述疾病的發(fā)生發(fā)展機制，可為人們提供了一個嶄新的視角，今后尚需進一步深入研究調(diào)控TRPM2離子通道表達和活性的分子機制及上下游相關(guān)的信號通路。

參考文獻

[1]Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications[J]. Nature，200l，414(6865)：813- 820.

[2]Kenneth M，Zhao ZC，Yan CS. Mechanistic insights into diabetes mellitus and oxidative stress[J].Curr Med Chem，2007，14(16)：1729- l738.

[3]Jiang LH，Yang W，Zou J，et al. TRPM2 channel properties，functions and therapeutic potentials[J]. Expert Opin Ther Targets，2010，14(9)：973- 988.

[4]Eisfeld J，Luckhoff A. TRPM2[J]. Handb Exp Pharmacol，2007，179：237- 252.

[5]Togashi K，Hara Y，Tominaga T，et al. TRPM2 activation by cyclic ADP-ribose at body temperature is involved in insulin secretion[J]. EMBO J，2006，25(9)：1804- 1815.

[6]Uchida K，Dezaki K，Damdindorj B，et al. Lack of TRPM2 impaired insulin secretion and glucose metabolisms in mice[J]. Diabetes，2011，60(1)：119- 126.

[7]Yamamoto S，Shimizu S，Kiyonaka S，et al. TRPM2-mediated Ca2+infux induces chemokine production in monocytes that aggravates inflammatory neutrophil infltration[J]. Nat Med，2008，14(7)：738- 747.

[8]Sumoza-Toledo A，Lange I，Cortado H，et al. Dendritic cell maturation and chemotaxis is regulated by TRPM2-mediated lysosomal Ca2+release[J]. FASEB J，2011，25(10)：3529- 3542.

[9]Wehrhahn J，Kraft R，Harteneck C，et al. Transient receptor potential melastatin 2 is required for lipopolysac-charide-induced cytokine production in human monocytes[J]. J Immunol，2010，184(5)：2386- 2393.

[10]Hara Y，Wakamori M，Ishii M，et al. LTRPC2 Ca2+-permeable channel activated by changes in redox status confers susceptibility to cell death[J]. Mol Cell，2002，9(1)：163- 173.

[11]Fonfria E，Marshall IC，Boyfield I，et al.Amyloid beta-peptide(1- 42) and hydrogen peroxide-induced toxicity are mediated by TRPM2 in rat primary striatal cultures[J].J Neurochem，2005，95(3)：715- 723.

[12]Zhang W，Chu X，Tong Q，et al. A novel TRPM2 isoform inhibits calcium infux and susceptibility to cell death[J]. J Biol Chem，2003，278(18)：16222- 16229.

[13]McNulty S，F(xiàn)onfria E. The role of TRPM channels in cell death[J]. Pflugers Arch，2005，45(1)：235- 242.

[14]Zhang W，Hirschler-Laszkiewicz I，Tong Q，et al. TRPM2 is an ion channel which modulates hematopoietic cell death through activation of caspases and PARP cleavage[J]. Am J Physiol，2006，290(4)：C1146-C1159.

[15]Sumoza-Toledo A，Penner R. TRPM2：a multifunctional ion channel for calcium signalling[J]. J Physiol，2011，589(Pt 7)：1515- 1525.

[16]Kaneko S，Kawakami S，Hara Y，et al. A critical role of TRPM2 in neuronal cell death by hydrogen peroxide[J]. J Pharmacol Sci，2006，101(1)：66- 76.

[17]Zhang W，Tong Q，Conrad K，et al. Regulation of TRP channel TRPM2 by the tyrosine phosphatasep TPL1[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2007，292(5)：C1746-C1758.

[18]Sun L，Yau HY，Wong WY，et al. Role of TRPM2 in H2O2-induced cell apoptosis in endothelial cells[J]. PLoS One，2012，7(8)：e43186. doi：10.1371/journal. pone.0043186.

[19]Lange I，Yamamoto S，Partida-Sanchez S，et al. TRPM2 functions as a lysosomal Ca2+-release channel in beta cells[J]. Sci Signal，2009，2(71)：ra23.doi:10.1126/scisignal.2000278.

[20]Simard JM，Tarasov KV，Gerzanich V. Non-selective cation channels，transient receptor potential channels and ischemic stroke[J]. Biochim Biophys Acta，2007，1772(8)：947- 957.

[21]Hecquet CM，Malik AB. Role of H2O2-activated TRPM2 calcium channel in oxidant-induced endothelial injury[J]. Thromb Haemost，2009，101(4)：619- 625.

[22]Hecquet CM，Ahmmed GU，Malik AB. TRPM2 channel regulates endothelial barrier function[J]. Adv Exp Med Biol，2010，661：155- 167.

[23]Dietrich A，Gudermann T. Another TRP to endothelial dysfunction：TRPM2 and endothelial permeability[J]. Circ Res，2008，102(3)：275- 277.

[24]Hiroi T，Wajima T，Negoro T，et al. Neutrophil TRPM2 channels are implicated in the exacerbation of myocardial ischaemia/reperfusion injury[J]. Cardiovasc Res，2012，97(2)：271- 281.

基金項目：北京中醫(yī)藥科技項目(JJ2014- 50)Supported by Beijing Science and Technology Project of Traditional Chinese Medicine (JJ2014- 50)

通信作者：張孟仁電話：010- 69151700，電子郵件：xhzhmr425@sina.com

中圖分類號:R392.9

文獻標志碼:A

文章編號：1000- 503X(2016)03- 0364- 04

DOI：10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.03.023

Corresponding author：ZHANG Meng-renTel：010- 69151700，E-mail：xhzhmr425@sina.com

(收稿日期：2015- 05- 18)

Transient Receptor Potential Melastatin 2：an Ion Channel for Oxidative Stress Sensing

JING Guang-chan，ZHANG Meng-ren

Department of Traditional Chinese Medicine，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

ABSTRACT：Transient receptor potential (TRP) channel is a superfamily of cation channels located on the cell membrane. TRP channels are classified into seven subfamilies based on the amino acid sequence homology，and transient receptor potential melastatin 2(TRPM2) is the second member of the TRPM subfamily. More evidences have revealed the important roles of TRPM2 in physiological and pathological events such as release of insulin from pancreatic β-cells，inflammatory cytokines production from cells，and oxidative stress-induced cell death. As a cellular sensor for oxidative stress channel，TRPM2 is activated by a variety of factors. TRPM2 is a potential therapeutic target for oxidative stress-related diseases.

Key words：transient receptor potential melastatin 2；oxidative stress；Ca2+signaling