王 烽，賴江峰，曹玲英，邵 毅

0 引言

瞬時(shí)受體離子通道是果蠅視覺(jué)傳導(dǎo)研究中首次發(fā)現(xiàn)的一組蛋白質(zhì)超家族結(jié)構(gòu)，主要位于質(zhì)膜上[1]。瞬時(shí)受體電位(TRP)超家族根據(jù)氨基酸同源性細(xì)分為七個(gè)亞家族：TRPC(canonical),TRPV,TRPM(melastatin),TRPN(NOMPC),TRPA(ANKTM1),TRPP(polycystin) and TRPML(mucolipin)[2]。瞬態(tài)電位受體香草醛4(TRPV4)是一種廣泛表達(dá)、多模門(mén)控、非選擇性陽(yáng)離子通道，適用于鈣、鈉、鉀和鎂等離子。各種刺激因素，如適度的熱量、滲透壓、細(xì)胞腫脹、內(nèi)源性和外源性化合物，都會(huì)影響TRPV4的活性。TRPV4通道能夠在無(wú)刺激的情況下被激活，并參與多種生理功能，包括滲透壓調(diào)節(jié)、Ca2+穩(wěn)態(tài)、凋亡和自噬[3]。TRPV4在眼球各種組織中表達(dá)，包括角膜、晶狀體、睫狀體、小梁網(wǎng)和視網(wǎng)膜，由于其在各種生理功能中的作用，TRPV4已成為許多疾病狀態(tài)的一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)[4]。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，TRPV4通道在多種眼病中發(fā)揮調(diào)控作用，本文就TRPV4信號(hào)通道在近年來(lái)眼科疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為眼科疾病的病理機(jī)制研究及治療提供思路。

1 TRPV4與角膜上皮損傷

角膜對(duì)溫度、機(jī)械和化學(xué)等刺激的感受依賴于各種傷害性感受器[5]。角膜上皮是覆蓋角膜的一層上皮細(xì)胞，負(fù)責(zé)保護(hù)角膜免受環(huán)境危害。淚膜滲透壓的變化會(huì)損害組織的完整性，最終導(dǎo)致視力障礙[6]。研究表明，角膜上皮細(xì)胞可通過(guò)激活各種離子通道來(lái)調(diào)節(jié)損傷后的角膜[6]。TRPV4是參與滲透壓的重要離子通道，而TRPV4表達(dá)僅限于角膜上皮最外層的非典型結(jié)構(gòu)域，因此其功能對(duì)角膜上皮內(nèi)緊密連接的形成至關(guān)重要[7]。Luka等研究了小鼠角膜上皮細(xì)胞的腫脹、溫度、應(yīng)變和化學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)TRPV4的鈣離子流入轉(zhuǎn)導(dǎo)角膜上皮的滲透和熱輸入，并促進(jìn)半通道依賴性ATP釋放[8]。因此TRPV4-半通道-ATP信號(hào)軸可能調(diào)節(jié)過(guò)度機(jī)械、滲透和化學(xué)刺激引起的角膜疼痛。此外，Pan等[9]使用siRNA敲除TRPV4基因時(shí)，發(fā)現(xiàn)角膜上皮細(xì)胞的調(diào)節(jié)容積減少(regulatory volume decrease，RVD)活性會(huì)受到抑制，這提示TRPV4在調(diào)節(jié)角膜上皮內(nèi)的滲透壓方面起著重要作用。角膜的損傷會(huì)導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子的釋放，從而導(dǎo)致纖維化。Okada等[10]使用TRPV4拮抗劑治療角膜堿燒傷的小鼠，免疫組織化學(xué)顯示，小鼠的角膜瘢痕形成和炎癥明顯減少，研究結(jié)果顯示通過(guò)阻斷TRPV4通道激活可能有助于角膜堿燒傷傷口愈合過(guò)程中發(fā)生的嚴(yán)重纖維化和炎癥反應(yīng)。Okada等[11]建立了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)性角膜病的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)敲除TRPV4基因抑制了小鼠角膜上皮修復(fù)，而將TRPV4基因插入受損的三叉神經(jīng)可通過(guò)上調(diào)神經(jīng)生長(zhǎng)因子恢復(fù)角膜上皮的愈合，這說(shuō)明TRPV4可能是改善嚴(yán)重?fù)p傷引起的角膜傷口愈合結(jié)果的潛在藥物靶點(diǎn)。上述研究表明，TRPV4通道在角膜上皮細(xì)胞感知外在壓力源及角膜損傷的愈合修復(fù)中都發(fā)揮著重要的作用(圖1)。

2 TRPV4與青光眼

青光眼是一種不可逆的致盲性眼病，由眼壓間歇性或持續(xù)性升高導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells，RGC)凋亡，視神經(jīng)萎縮，最終導(dǎo)致視野缺損[12]。眼壓的形成與房水循環(huán)密切相關(guān)，房水動(dòng)力學(xué)異常，會(huì)引起病理性眼壓升高[13]。研究證實(shí)，TRPV4通道在調(diào)節(jié)眼壓功能方面具有關(guān)鍵作用，TRPV4通道在睫狀體非色素睫狀上皮(non-pigment epithelium，NPE)中選擇性表達(dá)，負(fù)責(zé)感知滲透性改變和分泌房水，因此這對(duì)于滋養(yǎng)眼睛的無(wú)血管結(jié)構(gòu)和將眼壓維持在生理值范圍內(nèi)非常重要[14]。Andrew等發(fā)現(xiàn)小鼠NPE細(xì)胞腫脹產(chǎn)生的低滲效應(yīng)可以直接觸發(fā)TRPV4介導(dǎo)的Ca2+向內(nèi)流動(dòng)，TRPV4通道可以被PLA2途徑釋放的花生四烯酸(arachidonic acid，AA)間接激活，最終導(dǎo)致房水的大量產(chǎn)生，這結(jié)果可能為房水分泌和眼壓調(diào)節(jié)的機(jī)制提供新的見(jiàn)解[14]。Hanan等探討了TRPV4激動(dòng)劑GSK1016790A在人類非色素睫狀上皮細(xì)胞衍生的細(xì)胞系中調(diào)節(jié)褪黑激素產(chǎn)生的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TRPV激動(dòng)劑可導(dǎo)致人NPE細(xì)胞中褪黑激素的細(xì)胞外水平呈濃度依賴性增加[15]。而褪黑激素可以通過(guò)該組織中存在的褪黑激素受體，減少睫狀上皮產(chǎn)生氯化物的增加來(lái)降低眼壓[16]。青光眼的標(biāo)志是RGC的死亡，免疫化學(xué)表明，大量的TRPV4位于RGC中的視神經(jīng)乳頭和軸突的神經(jīng)纖維層。研究發(fā)現(xiàn)，TRPV4激動(dòng)劑會(huì)增加RGC的放電率，導(dǎo)致Ca2+流入，這些通道的持續(xù)激活會(huì)導(dǎo)致RGC死亡[17]。Taylor等[18]通過(guò)免疫組織化學(xué)標(biāo)記物以及形態(tài)學(xué)染色評(píng)估TRPV4活性，對(duì)視網(wǎng)膜變性體外模型中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)激活的調(diào)節(jié)作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)抑制視網(wǎng)膜內(nèi)的TRPV4顯著提高了神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活率，改善了視網(wǎng)膜層狀結(jié)構(gòu)的維持并減弱了膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)，這表明抑制TRPV4可用作青光眼的潛在治療方法。此外，研究發(fā)現(xiàn)TRPV4通道與小梁網(wǎng)(trabecular meshwork，TM)內(nèi)的機(jī)械傳導(dǎo)有關(guān)，其中TM細(xì)胞的拉伸或通過(guò)TRPV4激動(dòng)劑的激活會(huì)導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流、黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)的磷酸化、紐蛋白的重組和應(yīng)力纖維的重塑[16]，這些都對(duì)維持眼壓至關(guān)重要。Ryskamp等[19]應(yīng)用生化和功能分析將TRPV4定位到原代人類TM(hTM)細(xì)胞的質(zhì)膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈣離子升高時(shí)，TRPV4激活會(huì)導(dǎo)致小梁網(wǎng)細(xì)胞中的應(yīng)力纖維和黏著重塑，而GSK1處理的3D小梁網(wǎng)模型會(huì)增加F-肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維的形成和纖維連接蛋白的表達(dá)，TRPV4拮抗劑可以減弱這些影響，并且發(fā)現(xiàn)眼內(nèi)注射TRPV4拮抗劑可降低青光眼小鼠眼睛的眼壓，并保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)元免受眼壓誘導(dǎo)的死亡。因此，上述研究表明TRPV4是傳統(tǒng)流出通路中潛在的眼壓傳感器，同時(shí)也是治療青光眼降低眼壓和保護(hù)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞免受損傷的新靶點(diǎn)(圖2)。

圖1 TRPV4通道在角膜上皮的維持和修復(fù)中的激活機(jī)制 低張力誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力激活TRPV4通道，通過(guò)調(diào)節(jié)體積減少(RVD)使細(xì)胞體積正?；?。角膜上皮中TRPV4的激活導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致跨上皮阻力增加，這是緊密連接組裝所需的，也與神經(jīng)生長(zhǎng)因子的釋放和角膜上皮細(xì)胞的增殖有關(guān)。

圖2 TRPV4通道在睫狀體/小梁網(wǎng)中的激活機(jī)制及作用 滲透性細(xì)胞膨脹拉伸質(zhì)膜并激活PLA2酶，PLA2酶將磷脂分解為花生四烯酸(AA)及其代謝產(chǎn)物EET。EET激活TRPV4通道，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流和隨后的信號(hào)級(jí)聯(lián)。TRPV4介導(dǎo)的鈣流入依賴的FAK磷酸化誘導(dǎo)連接蛋白重組和應(yīng)力纖維重塑，這與眼壓(IOP)的升高有關(guān)。TRPV4介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流激活A(yù)QP4也有助于眼壓的維持。此外，TRPV4的激活涉及N-乙酰基轉(zhuǎn)移酶(AANAP-P)的磷酸化，導(dǎo)致褪黑激素的產(chǎn)生。

3 TRPV4與年齡相關(guān)性白內(nèi)障

白內(nèi)障是透明晶狀體內(nèi)部的混濁，會(huì)改變晶狀體的透明度和折射率，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的視力障礙[20]。晶狀體的透明度和折射特性由內(nèi)部微循環(huán)系統(tǒng)提供的細(xì)胞生理學(xué)維持，老化對(duì)晶狀體運(yùn)輸、離子降解和水分穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響，并導(dǎo)致晶狀體水分含量的變化。這會(huì)改變晶狀體的性質(zhì)，導(dǎo)致光學(xué)質(zhì)量和調(diào)節(jié)幅度的變化，最初會(huì)導(dǎo)致中年老視，最終表現(xiàn)為年齡相關(guān)性白內(nèi)障[21]。研究表明，TRPV1和TRPV4是晶狀體中重要的滲透壓調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)鈉轉(zhuǎn)運(yùn)活性來(lái)響應(yīng)靜水壓力的變化[22]。TRPV4表達(dá)最初被認(rèn)為定位于晶狀體的上皮細(xì)胞中[23]，然而Nakazawa等[24]對(duì)晶狀體冷凍切片進(jìn)行免疫標(biāo)記，證實(shí)了TRPV4在晶狀體的所有區(qū)域都有表達(dá)。Chen等[25]測(cè)試了牛晶狀體中的壓力反饋調(diào)節(jié)機(jī)制以及是否會(huì)調(diào)節(jié)整體晶狀體的光學(xué)特性，研究結(jié)果表明，TRPV4介導(dǎo)的晶狀體靜水壓力反饋控制可以確保晶狀體水傳輸?shù)娜魏尾▌?dòng)，以及因此產(chǎn)生的水分含量，不會(huì)導(dǎo)致晶狀體功率的變化，從而導(dǎo)致整體視覺(jué)質(zhì)量的變化。因此，研究表明TRPV4是維持晶狀體內(nèi)穩(wěn)態(tài)所必需的。Nakazawa[26]研究了白內(nèi)障形成有效的關(guān)鍵化合物，發(fā)現(xiàn)由Na+/K+-ATP酶控制的晶狀體靜水壓力的相關(guān)變化有助于延緩白內(nèi)障的發(fā)展。在晶狀體中，Na+/K+-ATP酶已被證明受TRPV4調(diào)節(jié)，如果晶狀體中負(fù)壓持續(xù)存在，那么Na+/K+-ATP酶活性會(huì)降低，相反，TRPV4檢測(cè)晶狀體中的正壓并引導(dǎo)依賴P2Y/SFK的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致Na+/K+-ATP酶活性增加，從而鈉從上皮細(xì)胞中運(yùn)輸出來(lái)，以恢復(fù)壓力，而滲透壓的變化對(duì)晶狀體微循環(huán)極大影響。因此上述研究提示TRPV4在白內(nèi)障的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，可以作為預(yù)防和延緩白內(nèi)障的新靶點(diǎn)(圖3)。

圖3 晶狀體TRPV4通道對(duì)離子和水穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制 TRPV4在滲透壓或晶狀體上皮損傷時(shí)被激活，TRPV4介導(dǎo)的鈣內(nèi)流通過(guò)連接蛋白和泛素連接蛋白半通道誘導(dǎo)ATP釋放。然后ATP結(jié)合嘌呤能受體并誘導(dǎo)Src依賴性Na+/K+-ATP酶激活，恢復(fù)晶狀體中的壓力和離子穩(wěn)態(tài)。

4 TRPV4與視網(wǎng)膜疾病

4.1TRPV4與糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是一種威脅視力的糖尿病并發(fā)癥，也是導(dǎo)致視力喪失的主要原因[27]。糖尿病視網(wǎng)膜病變的主要發(fā)病機(jī)制不僅涉及視網(wǎng)膜血管的結(jié)構(gòu)改變，還涉及血管周圍神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)組織的功能障礙[28]。使用連續(xù)固定焦點(diǎn)視網(wǎng)膜電圖，RGC和雙極細(xì)胞在早期糖尿病視網(wǎng)膜病變中表現(xiàn)出異常活動(dòng)。此外，RGC和Müller細(xì)胞(一種視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞)顯示凋亡增加[29]。TRPV4在小鼠的RGC、Müller細(xì)胞和視神經(jīng)頭中表達(dá)[30-31]。TRPV4在視網(wǎng)膜內(nèi)充當(dāng)代謝、滲透、機(jī)械和炎癥信號(hào)的哨兵，并參與調(diào)節(jié)一系列病理生理功能，如RGC和光感受器的喪失、Müller細(xì)胞的肥大和病理性腫脹，以及BRB的維持。Lakk等[30]研究發(fā)現(xiàn)，TRPV4可以在Müller細(xì)胞中介導(dǎo)膽固醇依賴性多模式轉(zhuǎn)導(dǎo)。此外，高膽固醇血癥視網(wǎng)膜表現(xiàn)出類似的病理學(xué)，包括反應(yīng)性膠質(zhì)增生、視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮屏障通透性升高、RGC變性和病理性膠質(zhì)腫脹，以及TRPV4過(guò)度激活。Ryskamp等[17]的研究表明，RGC中TRPV4的激活介導(dǎo)了對(duì)膜拉伸的反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高，興奮性增強(qiáng)。持續(xù)暴露于TRPV4激動(dòng)劑會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的Ca2+內(nèi)流，這可能會(huì)激活Ca2+依賴性促凋亡信號(hào)通路，并在RGC中誘導(dǎo)時(shí)間和劑量依賴性凋亡。而DR的主要特征之一是血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)的破壞，從而導(dǎo)致血管源性水腫和神經(jīng)組織損傷。Kevin等通過(guò)定量PCR和免疫染色證明TRPV4在培養(yǎng)的牛視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的功能性表達(dá)，并且通道表達(dá)和活性都被高血糖下調(diào)，研究結(jié)果表明TRPV4功能的喪失可能導(dǎo)致糖尿病中的內(nèi)皮功能障礙[32]。Arredondo Zamarripa等[33]評(píng)估了玻璃體內(nèi)注射TRPV4拮抗劑在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠視網(wǎng)膜BRB分解的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)TRPV4拮抗劑可將BRB分解緩解至與血管抑制素相似的水平，結(jié)果表明TRPV4拮抗劑和血管抑制素通過(guò)激活互補(bǔ)途徑協(xié)同作用，抵消了對(duì)RPE通透性的影響。Ordua等[34]評(píng)估了TRPV4抑制劑是否可消除鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的視網(wǎng)膜水腫，結(jié)果顯示TRPV4基因敲除小鼠中的視網(wǎng)膜變薄，這表明TRPV4的缺失可消除視網(wǎng)膜水腫，有助于控制糖尿病視網(wǎng)膜病變中BRB分解和水?dāng)U散增加的發(fā)展?？傊@些研究強(qiáng)調(diào)TRPV4是治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的潛在靶點(diǎn)。

4.2TRPV4與視網(wǎng)膜脫離視網(wǎng)膜脫離(retinal detachment，RD)可導(dǎo)致感光細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致視力下降，其中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的病理性腫脹是RD的一個(gè)重要特征[35]。Müller細(xì)胞是貫穿視網(wǎng)膜全層的主要神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,Müller細(xì)胞的神經(jīng)源潛能可通過(guò)其靶向特異性激活相應(yīng)信號(hào)通路,啟動(dòng)膠質(zhì)反應(yīng)去分化為神經(jīng)元[36]。Matsumoto等[37]建立了急性RD小鼠模型以研究RD引發(fā)的感光細(xì)胞死亡的分子機(jī)制，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)敲除了TRPV4的小鼠中視網(wǎng)膜凋亡光感受器的數(shù)量相較于野生型小鼠減少了約50%。研究顯示在Müller膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)的TRPV4可以被RD誘導(dǎo)的這些細(xì)胞腫脹引起的機(jī)械刺激激活，導(dǎo)致細(xì)胞因子MCP-1的釋放，據(jù)報(bào)道它是Müller膠質(zhì)細(xì)胞衍生的介質(zhì)RD誘導(dǎo)的光感受器死亡的強(qiáng)介質(zhì)。并且體溫的升高可以顯著提高TRPV4通道的敏感性。因此，敲除TRPV4可以抑制RD病理?xiàng)l件下的細(xì)胞死亡，并表明Müller神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的TRPV4可能是防止RD后感光細(xì)胞死亡的新治療靶點(diǎn)。

4.3TRPV4與早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變?cè)绠a(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(retinopathy of prematurity，ROP)是兒童失明的最常見(jiàn)原因之一，它是一種分兩個(gè)階段發(fā)生的血管增生性疾病。首先，早產(chǎn)使嬰兒處于相對(duì)高氧的環(huán)境中。高氧會(huì)減少視網(wǎng)膜中包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在內(nèi)的生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致血管成熟延遲。其次，隨著視網(wǎng)膜的成熟，增加的代謝活動(dòng)使現(xiàn)有血管的氧合供應(yīng)不足，導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺血。這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致VEGF的產(chǎn)生增加，從而導(dǎo)致異常的新生血管增殖[38]。O’Leary等[39]研究了TRPV4通道對(duì)視網(wǎng)膜血管生成的作用，發(fā)現(xiàn)在早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變的小鼠氧誘導(dǎo)缺血性視網(wǎng)膜病變(oxygen-induced ischemic retinopathy，OIR)模型中，通過(guò)玻璃體內(nèi)注射TRPV4抑制劑可抑制早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變小鼠模型中缺血驅(qū)動(dòng)的新生血管形成，同時(shí)增強(qiáng)缺血視網(wǎng)膜內(nèi)的血管恢復(fù)。這可能為早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變的治療干預(yù)提供新的靶點(diǎn)(圖4)。

圖4 TRPV4通道調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜血管生成機(jī)制 TRPV4保持內(nèi)皮細(xì)胞中Rho/Rho激酶活性在最佳水平，從而導(dǎo)致生理(最佳)血管生成。然而，TRPV4的減少或缺失導(dǎo)致機(jī)械感應(yīng)異常，增強(qiáng)Rho/Rho激酶活化，導(dǎo)致血管生成異常，這可能導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變。TRPV4在視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中與TRPV1通道形成異聚體通道，抑制這兩種通道可以抑制OIR誘導(dǎo)的異常血管生成。

5 總結(jié)和展望

綜上所述，研究證明TRPV4通道在維持正常的眼部生理機(jī)能和在眼部疾病發(fā)生發(fā)展中都發(fā)揮了非常重要的作用，TRPV4是組成型表達(dá)并且能夠在無(wú)刺激的情況下自發(fā)激活，這與它通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞Ca2+水平以及細(xì)胞內(nèi)水平衡來(lái)參與控制穩(wěn)態(tài)功能有關(guān)。TRPV4在眼球不同的細(xì)胞類型中表達(dá)，這表明它在正常生理?xiàng)l件下具有多種活性。例如，TRPV4可檢測(cè)眼壓、剪切應(yīng)力的變化，并維持眼內(nèi)的滲透壓?；谄湓谘鄄坎∽冎械淖饔茫琓RPV4功能障礙是與這些疾病狀態(tài)相關(guān)的表型變化的部分原因。但是由于目前對(duì)TRPV4通道在眼部結(jié)構(gòu)中表達(dá)的定位以及具體機(jī)制還不是完全清楚，特別需要在視網(wǎng)膜病變和青光眼中的作用進(jìn)行更多研究，TRPV4應(yīng)被視為治療眼部疾病的潛在靶點(diǎn)，相關(guān)的TRPV4抑制劑的開(kāi)發(fā)也在相關(guān)眼病的治療過(guò)程中顯示出巨大的潛力，并為治療眼病提供更多的幫助。