許 威

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院胰腺外科，湖北 武漢 430022

瞬時(shí)感受器電位離子通道香草素受體4(TRPV4)，也稱香草素受體，是TRP陽離子通道的瞬時(shí)受體電位(TRP)超家族的一員，是一種非選擇性陽離子通道，主要對Ca2+可滲透。TRPV4最先被確定為Ca2+滲透性的非選擇性陽離子通道[1-2]，但現(xiàn)在被認(rèn)為是一種多模式的離子型受體，是對Ca2+、K+、Mg2+和Na+可滲透性的非選擇性陽離子通道。TRPV4可被多種刺激激活，包括物理因素(細(xì)胞腫脹[1-7]，熱刺激[7-11]和機(jī)械刺激[5，12-15])，內(nèi)源性和外源性化學(xué)因子(內(nèi)源性大麻素[16]，花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物[16-18])，4α-佛波酯及其代謝產(chǎn)物[19]，GSK1016790A[20])，和酸(pH<6)[21]。TRPV4作為一個(gè)滲透壓感受器[1-2，7，22]和溫度感受器，可被無害性溫度(27～35 ℃)激活[1-2]。TRPV4廣泛的生物學(xué)功能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)在生理和病理?xiàng)l件下的多個(gè)過程密切相關(guān)。因此，本綜述旨在總結(jié)TRPV4在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用。

1 TRPV4的結(jié)構(gòu)

TRPV4單體具有穿過脂質(zhì)雙分子層的六次跨膜α螺旋(S1-S6)，其NH 2和COOH末端位于細(xì)胞質(zhì)中。TRPV4的NH2末端具有富含脯氨酸的區(qū)域，其在介導(dǎo)pacsin-3的作用中發(fā)揮重要作用；TRPV4的COOH末端區(qū)域維持通道蛋白折疊、成熟和運(yùn)輸，其COOH區(qū)域與微管相關(guān)蛋白-7相互作用，允許離子流動(dòng)的孔位于S5和S6結(jié)構(gòu)域之間[1]。

2 TRPV4的表達(dá)

TRPV4在人體中具有廣泛的分布，在多個(gè)組織中發(fā)現(xiàn)了其存在，包括皮膚、腎臟、肝臟、膀胱上皮和腦[1，23-24]。在哺乳動(dòng)物中，TRPV4在周圍器官，椎板末端器官(OVLT)和穹窿下器官(SFO)以及其他地方都有表達(dá)[2，23]。以前的研究顯示TRPV4在神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中均有表達(dá)[25-29]。在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，TRPV4的表達(dá)可見于生理[29]和病理情況下[30]。TRPV4富含在新皮層表層和星形膠質(zhì)細(xì)胞末端的星形膠質(zhì)細(xì)胞血管終足，并且它在腦和腦外液體空間之間的交界處的星形膠質(zhì)細(xì)胞膜中特別豐富[24]。最近，TRPV4也被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPCs)中并能促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖[31]。隨后，TRPV4被發(fā)現(xiàn)在包括軟骨在內(nèi)的幾個(gè)骨骼肌肉組織中表達(dá)并與其功能相關(guān)，包括軟骨[32-34]，骨[35-36]和滑膜[37-39]。此外，TRPV4在海馬神經(jīng)元中高表達(dá)，并在體外生理性溫度下控制神經(jīng)元興奮性[25，40]。TRPV4在感覺組織如耳蝸毛細(xì)胞、Merkel 細(xì)胞和感覺神經(jīng)節(jié)中檢測到[2，8]。由于TRPV4的廣泛表達(dá)和多種刺激激活，可能發(fā)揮多種生理作用。在TRPV4敲除小鼠上的研究表明，該通道在調(diào)節(jié)身體滲透壓、機(jī)械感覺、溫度感知、血管調(diào)節(jié)，可能還有聽力方面發(fā)揮重要作用。

3 TRPV4 維持CNS的平衡

穩(wěn)態(tài)可以簡單地定義為是能幫助系統(tǒng)將其參數(shù)維持在正常值范圍內(nèi)的屬性。體內(nèi)平衡有利于其正常的生理功能，它對生命至關(guān)重要；體內(nèi)平衡失調(diào)會(huì)導(dǎo)致疾病，甚至死亡。中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過控制和調(diào)節(jié)體溫、細(xì)胞外液體的pH、滲透壓和離子濃度來維持穩(wěn)態(tài)。TRPV4敲除小鼠的腦細(xì)胞體積調(diào)節(jié)紊亂，導(dǎo)致水腫形成增加[41]。TRPV4存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中，可作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的傳感器，在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的許多關(guān)鍵過程中發(fā)揮重要作用。

4 TRPV4 在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中的作用

TRPV4通道已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在星形細(xì)胞中有表達(dá)。這些通道表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞的質(zhì)膜，在選擇性激動(dòng)劑的作用下被激活并表現(xiàn)為典型的外向整流陽離子電流[29]。研究表明星形膠質(zhì)細(xì)胞可以調(diào)節(jié)海馬、皮質(zhì)和下丘腦的神經(jīng)元興奮性，而TRPV4可能在這種興奮中起關(guān)鍵作用[28，42]。在體外，可在生理性溫度下激活，并通過調(diào)節(jié)靜息膜電位從而控制神經(jīng)元的興奮性[25，40，43]。星形膠質(zhì)細(xì)胞對水的調(diào)節(jié)對脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能起著至關(guān)重要的作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞離子/水的穩(wěn)態(tài)機(jī)制的紊亂可能導(dǎo)致不可逆的代謝損傷，包括水中毒、肝臟疾病、癲癇、糖尿病、中風(fēng)、神經(jīng)退行性疾病和機(jī)械創(chuàng)傷等多種腦病。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，星形膠質(zhì)細(xì)胞以神經(jīng)元活性依賴的方式通過將神經(jīng)元活性高的部位多余的神經(jīng)活性物質(zhì)(如谷氨酸或K+離子)清除到細(xì)胞外空間(ECS)來維持離子和水的穩(wěn)態(tài)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元活性和腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)[44]。而這個(gè)過程與TRPV4有關(guān)。

其他研究表明，TRPV4可能與水通道蛋白4 (aquaporin-4，AQP4/TRPV4)形成復(fù)合物，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中起控制細(xì)胞體積的作用，參與調(diào)節(jié)腦間質(zhì)張力，同時(shí)也參與腦水腫的形成[45]。星形膠質(zhì)細(xì)胞體積調(diào)節(jié)通過滲透傳感、鈣離子信號傳導(dǎo)和水轉(zhuǎn)運(yùn)的綜合作用，由TRPV4/AQP4相互作用組成的分子系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)分子系統(tǒng)過度活躍時(shí)，就會(huì)引發(fā)病理腫脹[46]。

5 TRPV4作為CNS的滲透壓感受器

滲透性穩(wěn)態(tài)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要生理參數(shù)之一?？刂茲B透調(diào)節(jié)的主要區(qū)域是血管周圍的終足、心室周圍器官、內(nèi)視前區(qū)和室旁核。TRPV4被滲透壓激活，并在哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的心室周圍器官中表達(dá)[4]。TRPV4還富集于大腦與腦外液體空間交界面的星形膠質(zhì)細(xì)胞膜中，參與星形膠質(zhì)細(xì)胞的滲透感覺，在腦容量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[29]。在病理情況下，星形膠質(zhì)細(xì)胞體積增大，星形膠質(zhì)細(xì)胞具有調(diào)節(jié)其體積的特殊機(jī)制。這種機(jī)制被稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)性容積回縮(RVD)，是一個(gè)保護(hù)細(xì)胞免受病理腫脹損傷的關(guān)鍵過程，是由細(xì)胞體積的增加，細(xì)胞膜張力的機(jī)械刺激激活TRPV4后引起Ca2+涌入以及滲透物的流出其次是通過水通道蛋白4(AQP4)渠道的水運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞體積減少。因此，星形細(xì)胞腫脹引起的Ca2+通過TRPV4通道內(nèi)流被認(rèn)為是星形膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)性容積回縮的觸發(fā)因素[45-46]。

與野生型的同窩鼠相比，是否使用高滲鹽水，TRPV4敲除小鼠喝水更少且滲透壓變得更高，同時(shí)高滲后血漿抗利尿激素水平明顯降低。此外，TRPV4敲除小鼠全身低滲是通過注射抗利尿激素類似物dDAVP引起的，盡管腎對水的重吸收能力未見明顯異常。也就是說，在TRPV4敲除小鼠，對高滲和低滲刺激的反應(yīng)均受到了損害[4]。TRPV4敲除小鼠對滲透壓[47-48]、低滲和輕度高滲[49]等傷害刺激的反應(yīng)能力下降。因此，TRPV4的功能是檢測滲透性和機(jī)械性刺激。

6 TRPV4作為CNS的溫度感受器

發(fā)現(xiàn)環(huán)境的變化并作出相應(yīng)的調(diào)整對動(dòng)物的生存至關(guān)重要。在恒溫動(dòng)物中，恒定的體溫對大腦的正常運(yùn)作至關(guān)重要。TRPV 4通道在包括視前區(qū)(POA)在內(nèi)的多個(gè)腦區(qū)表達(dá)，視前區(qū)是體溫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵神經(jīng)部位[8]。在視前區(qū)中，TRPV4激動(dòng)劑GSK1016790A的使用降低了體溫(Tb)，而其拮抗劑RN1734增加了體溫。說明視前區(qū)中的TRPV4在熱調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[50]。溫度敏感的神經(jīng)元存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是下丘腦前庭，被局部升溫或降溫特異性激活，同時(shí)接受來自周圍的熱相關(guān)輸入[8]。TRPV4在皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞中大量表達(dá)，有趣的是，在TRPV4 敲除小鼠中，溫度引起的電生理電流在角質(zhì)形成細(xì)胞中缺失[8，10]。TRPV4的激活是生理溫度下神經(jīng)元興奮性和行為的一個(gè)重要決定因素[43]。目前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，TRPV4敲除小鼠海馬神經(jīng)元需要更大的去極化才能激發(fā)動(dòng)作電位[25]，這表明在正常體溫下，正常的神經(jīng)元興奮性需要TRPV4的基礎(chǔ)活性。因此，通過TRPV4對大腦溫度檢測系統(tǒng)的破壞，極有可能使其失去良好的神經(jīng)興奮性，并可能導(dǎo)致類似精神分裂癥的異常行為。

在熱梯度上，與野生型同窩小鼠相比，TRPV4敲除小鼠在地板溫度升高時(shí)表現(xiàn)出熱選擇行為。然而，野生型小鼠無法區(qū)分30 ℃和34 ℃地板溫度的差異。此外，TRPV4 敲除小鼠對34 ℃表現(xiàn)出明顯的偏好，并且在急性尾加熱時(shí)表現(xiàn)出較長的撤退延遲。值得注意的是，在爪子炎癥后，TRPV4敲除和野生型小鼠在熱梯度上表現(xiàn)出類似的行為變化。在溫暖的環(huán)境中，晝夜體溫波動(dòng)和體溫調(diào)節(jié)在不同基因型之間也難以區(qū)分。因此，體內(nèi)正常的熱反應(yīng)需要TRPV4[51]。

7 TRPV4在缺血中的作用

通過TRPV4流入的Ca2+參與了與各種神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)病理生理學(xué)相關(guān)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如缺血。腦缺氧/缺血(H/I)后，CA1區(qū)海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞中TRPV4的表達(dá)明顯增強(qiáng)，這種表達(dá)的增加與星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的發(fā)生發(fā)展相一致[30]。在海馬錐體神經(jīng)元中，TRPV4的激活增加了N-甲基-d-天冬氨酸受體(NMDAR)的功能，這可能促進(jìn)谷氨酸興奮毒性，而阻斷TRPV4通過阻止NMDA介導(dǎo)的谷氨酸興奮毒性，對腦缺血損傷具有顯著的神經(jīng)保護(hù)作用[52]。在海馬中，TRPV4的激活通過下調(diào)PI3K/Akt和上調(diào)p38 MAPK信號通路導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，這一過程涉及腦缺血性損傷[53]。TRPV4通道在大鼠海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá)，參與氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷。Aβ40可以激活海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞TRPV4通道，以Ca2+-和氧化應(yīng)激-依賴性的方式導(dǎo)致神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷[54]。

8 TRPV4在癲癇中的作用

TRPV4在神經(jīng)元中的功能和表達(dá)與癲癇密切相關(guān)。在結(jié)節(jié)性硬化癥患者(TSC)的皮質(zhì)中，TRPV4蛋白水平顯著上調(diào)，在異常細(xì)胞(dysplastic neural，DNs)和巨細(xì)胞(giant cells，GCs)中有特殊的分布。定位于神經(jīng)絲蛋白(NF200)陽性神經(jīng)元和膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)陽性反應(yīng)星形膠質(zhì)細(xì)胞，且與谷氨酸能和GABA能神經(jīng)元共定位。此外，TRPV4的重要上游分子蛋白激酶C(PKC)而非蛋白激酶A (PKA)的蛋白水平在皮層結(jié)節(jié)中明顯升高[55]。在局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良(FCD)患者中，其TRPV4和PKC蛋白水平明顯升高。TRPV4染色在FCD的異常增生皮質(zhì)中較強(qiáng)，主要見于神經(jīng)元微柱和畸形細(xì)胞[56]。因此，TRPV4的過表達(dá)和分布模式可能與TSC和FCD引起的難治性癲癇有關(guān)。在斑馬魚幼體前腦中，TRPV4通道拮抗劑RN-1734或NMDA谷氨酸受體拮抗劑六氫煙堿酸和NO-711阻斷了電記錄的癲癇發(fā)作，但GABA再攝取抑制劑MK-801和艾芬地爾阻斷了電記錄癲癇發(fā)作。熱激活的TRPV4通道和增強(qiáng)的NMDA受體介導(dǎo)的谷氨酸傳遞與高熱誘發(fā)的癲癇發(fā)作有關(guān)[57]。

9 TRPV4在神經(jīng)源性炎癥中的作用

TRPV4的激活與炎癥和促炎細(xì)胞因子的增加密切相關(guān)。滲透壓的改變引起的TRPV4的激活，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-6在椎間盤細(xì)胞中的表達(dá)增加，表明增加的TRPV4導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的釋放增加[58]。在體外和體內(nèi)，TRPV4觸發(fā)主要促炎介質(zhì)的分泌，如趨化因子和生物活性脂質(zhì)，以及中性粒細(xì)胞的招募[59]。TRPV4敲除減弱了酸誘發(fā)的急性肺損傷的功能、組織學(xué)和炎癥特征。通過預(yù)防性使用TRPV4抑制劑GSK2193874，也獲得了類似的保護(hù)。TRPV4缺乏癥可阻止中性粒細(xì)胞對促炎刺激的反應(yīng)，包括活性氧的形成、中性粒細(xì)胞粘附和趨化，這些可能是由于Rac活化減少所致[60]。使用TRPV4拮抗劑GSK2193874抑制了LPS誘發(fā)的促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的增加，這表明阻斷TRPV4大大減少了細(xì)胞因子在敗毒癥發(fā)展過程中的產(chǎn)生[61]。堿誘導(dǎo)的TRPV4活化有助于誘導(dǎo)纖維化和炎癥。敲除TRPV4可增加促炎和單核細(xì)胞趨化蛋白-1趨化基因的表達(dá)[62]。

蛋白酶活化受體-2 (PAR2)是由4個(gè)G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)組成的家族成員，具有獨(dú)特的活化機(jī)制。蛋白酶在par的胞外N端結(jié)構(gòu)域內(nèi)分裂，揭示與分裂受體結(jié)合并激活的受配體[63]。PAR2由角質(zhì)形成細(xì)胞[64]和傷害感覺神經(jīng)元[65]表達(dá)。中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶裂解PAR2，導(dǎo)致Gαs介導(dǎo)的cAMP的形成、TRPV4激活、傷害感受神經(jīng)細(xì)胞的致敏，炎癥和疼痛[66]。組織蛋白酶S (Cat-S)裂解PAR2在獨(dú)特的位點(diǎn)E562T57，導(dǎo)致Gαs介導(dǎo)的cAMP的積累和TRPV4依賴的炎癥和疼痛[67]。在培養(yǎng)的膠質(zhì)細(xì)胞中，敲除TRPV4能減少IL-1β、TNF-α的水平，減弱神經(jīng)元凋亡，減少TRPV4介導(dǎo)的Ca2+流入和NF-κB核易位。通過使用各種各樣的拮抗劑，結(jié)果表明鈣調(diào)蛋白和蛋白激酶C信號通路參與TRPV4觸發(fā)的 NF-κB激活[68]。

10 結(jié)論與展望

TRPV4最早發(fā)現(xiàn)于2000年，是一種Ca2+滲透性強(qiáng)的非選擇性陽離子通道。TRPV4在不同細(xì)胞、組織和系統(tǒng)中的作用在過去18年中已經(jīng)被逐漸發(fā)現(xiàn)。根據(jù)目前的發(fā)現(xiàn)，已知TRPV4在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，它在多個(gè)穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮作用，包括滲透傳感和熱傳感。然而，TRPV4的激活和上調(diào)與缺血、癲癇和神經(jīng)源性炎癥有關(guān)。因此，靶向TRPV4或其上游信號通路將會(huì)成為治療這些疾病的好方法。