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(1.中南大學(xué)湘雅藥學(xué)院藥理學(xué)系，湖南 長(zhǎng)沙 410078；2.中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院心內(nèi)科)

瞬時(shí)受體電位(Transient Receptor Potential，TRP)通道最初是在TRP基因突變或缺陷的果蠅感光細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的；目前已發(fā)現(xiàn)29種TRP通道成員，分為TRPC(TRPC1-7)、TRPV(TRPV1-6)、TRPM(TRPM1-8)、TRPML(TRPML1-3)、TRPP(TRPP2/3/5)、TRPA(TRPA1)、TRPN七大家族[1]。TRPM家族中的TRPM7于2001年由D. Clapham、A. Scharenberg及A. Ryazanov實(shí)驗(yàn)室分別獨(dú)立克隆，由于其獨(dú)特的雙重蛋白結(jié)構(gòu)，最初也被命名為TRP-PLIK，CHAK1，LTRPC7[2]；近年來(lái)，TRPM7已成為最具代表性、研究最廣泛的雙功能膜蛋白。

1　TRPM7的表達(dá)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在人類基因組中，TRPM7基因位于第15號(hào)染色體上，由39個(gè)外顯子組成，共編碼1865個(gè)氨基酸。TRPM7在哺乳動(dòng)物各器官中廣泛分布，是成年小鼠各器官中表達(dá)量最高的TRP通道，如在腦、心臟、腎、肺、腸和睪丸等器官中均有較高表達(dá)。與其他TRP通道成員相比，TRPM7在背根神經(jīng)節(jié)中的表達(dá)最為豐富[3]。在小鼠胚胎發(fā)育的不同時(shí)期，TRPM7的表達(dá)水平也表現(xiàn)出明顯差異：其在胚胎發(fā)育18天達(dá)到最高峰，在出生后第四天可再次出現(xiàn)表達(dá)高峰，此后可維持其表達(dá)水平直至小鼠成年。

TRPM7通道是一種跨細(xì)胞膜的、以異源四聚體形式存在的通道蛋白，在細(xì)胞膜上是一段六次跨膜結(jié)構(gòu)(S1-S6)，S5與S6之間形成通道孔徑；位于通道孔徑中的E1047或Y1049可影響通道對(duì)Ca2+的敏感性[4]。其N端與C端均位于細(xì)胞膜內(nèi)，N端主要為四個(gè)TRPM家族的同源結(jié)構(gòu)域(Melastatin Homology Domain,MHD)，C端結(jié)構(gòu)依次為：TRP box，雙螺旋結(jié)構(gòu)域(coiled-coil domain，CC)以及蛋白激酶區(qū)。TRP box是一個(gè)高度保守并富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域，大約由25個(gè)氨基酸殘基組成，可與PIP2相互作用，共同調(diào)節(jié)TRP通道的功能[1]；CC結(jié)構(gòu)域除可介導(dǎo)TRPM7亞基形成異源四聚體外，還可影響其通道部分對(duì)Mg·NTP復(fù)合物的敏感性[5]；C末端的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域?qū)儆诜堑湫挺?激酶結(jié)構(gòu)，除可將其自身及底物磷酸化外，也可被活化的caspase切割，并在不影響自身磷酸化活性的情況下增強(qiáng)離子通道功能[6]。TRPM7激酶結(jié)構(gòu)域由1580～1863位氨基酸殘基組成[7]，其中1781～1799氨基酸序列內(nèi)包含一個(gè)保守的ATP結(jié)合基序；H1751、H1808、C1804和C1810可與Zn2+絡(luò)合形成一個(gè)Zn2+結(jié)合模序，對(duì)維持激酶穩(wěn)定性有著重要作用；K1646、D1765、Q1767和D1775則為激酶活性所必需。此外，1553～1562氨基酸殘基構(gòu)成絲氨酸/脯氨酸的富集片段，1563～1670氨基酸殘基構(gòu)成二聚化區(qū)域(圖1為TRPM7亞基的基本結(jié)構(gòu))。

圖1　TRPM7亞基的基本結(jié)構(gòu)

2　TRPM7通道的離子通透性及蛋白激酶活性

2.1離子通透特性TRPM7對(duì)單價(jià)(如K+、Na+等)和二價(jià)金屬陽(yáng)離子(如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Ba2+、Ni2+等)均有通透性，但對(duì)陰離子不通透。對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的通透能力依次為：Zn2+≈Ni2+>>Ba2+>Co2+>Mg2+≥Mn2+≥Sr2+≥Cd2+≥Ca2+。其離子通透性可被分子量相對(duì)較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多胺類所抑制[8]。研究表明，位于TRPM7通道孔徑內(nèi)的部分氨基酸殘基可控制其對(duì)Ca2+和Mg2+的通透性，例如將Glu-1047或Glu-1052突變成Gln，可分別降低甚至消除其對(duì)Ca2+、Mg2+的通透性[9]；此外，D1054和D1059也可影響二價(jià)陽(yáng)離子的通透性[8]。膜片鉗技術(shù)記錄的TRPM7通道電流具有以下4個(gè)特點(diǎn)[8]：(1)電流具有明顯外向整流特性；(2)通道的失活或激活均無(wú)時(shí)間或電壓依賴性；(3)電流可被細(xì)胞內(nèi)高濃度的Mg2+抑制，但這種抑制不影響其整流特性；(4)其通道電導(dǎo)可達(dá)到40pS，且開(kāi)放時(shí)間較長(zhǎng)，一般可達(dá)幾百毫秒。

2.2蛋白激酶活性TRPM7的激酶結(jié)構(gòu)域?qū)儆讦良っ讣易澹谛蛄猩铣似浯呋Y(jié)構(gòu)域以外，幾乎與經(jīng)典的真核蛋白激酶序列無(wú)同源性。TRPM7激酶以鎂離子依賴的形式特異性磷酸化絲氨酸與蘇氨酸，其磷酸化底物主要有髓磷脂堿性蛋白(MBP)、組蛋白以及其自身等。S1511和S1567是目前已確認(rèn)的兩個(gè)自我磷酸化位點(diǎn)，二者的突變可影響激酶活性，但不影響其通道功能[10]。Ryazanova等人發(fā)現(xiàn)[10]，Mn2+和Mg2+可顯著增強(qiáng)TRPM7激酶活性；相反的，Zn2+和Co2+卻可明顯抑制其激酶活性，而Ca2+則對(duì)激酶活性無(wú)影響。但是體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在所有TRM7可通透的二價(jià)陽(yáng)離子中，只有Mg2+可直接調(diào)節(jié)激酶活性。目前僅發(fā)現(xiàn)TRPM6通道與TRPM7有著相似的雙重蛋白結(jié)構(gòu)，而且TRPM6激酶可磷酸化TRPM7激酶結(jié)構(gòu)域，進(jìn)而調(diào)控TRPM7/TRPM6通道復(fù)合物的功能[11-12]。此外，TRPM7激酶結(jié)構(gòu)域翻譯后還可被剪切并轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核中，通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)相互作用或者磷酸化組蛋白H3等，進(jìn)而發(fā)揮表觀調(diào)節(jié)因子作用[13]。與TRPM7通道功能的調(diào)節(jié)機(jī)制相比，目前對(duì)其激酶結(jié)構(gòu)域的作用仍知之甚少，還有待進(jìn)一步深入研究。

3　通道功能的調(diào)控機(jī)制

3.1鎂離子TRPM7的離子通道功能和激酶活性都依賴于細(xì)胞內(nèi)二價(jià)陽(yáng)離子濃度，但當(dāng)細(xì)胞內(nèi)二價(jià)陽(yáng)離子(如Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+等)濃度過(guò)高時(shí)，其通道功能也可受到明顯抑制[8]。研究表明，Mg2+是影響TRPM7通道功能的二價(jià)陽(yáng)離子中最重要的抑制因素，主要通過(guò)減少激活形式的通道數(shù)量來(lái)減少單通道電導(dǎo)。Chokshi等用單通道膜片鉗技術(shù)記錄Jurkat T細(xì)胞內(nèi)源性TRPM7電流發(fā)現(xiàn)，其可產(chǎn)生39pS和186pS兩個(gè)電導(dǎo)峰，但當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鎂離子濃度升高時(shí)，其電流可明顯受到抑制；Mg2+的這種抑制作用呈現(xiàn)濃度依賴性，其IC50值分別為25μM和91μM。全細(xì)胞膜片鉗實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論是在過(guò)表達(dá)體系還是內(nèi)源性表達(dá)體系中，抑制50%的通道活性均需要750μM以上的[Mg2+]i；但單通道膜片鉗實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的Mg2+抑制效能比全細(xì)胞膜片鉗實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到的要小10到20倍，說(shuō)明細(xì)胞中很可能還存在其他調(diào)節(jié)因子可影響TRPM7通道對(duì)Mg2+的敏感性。由于TRPM7獨(dú)特的蛋白結(jié)構(gòu)，其激酶結(jié)構(gòu)與離子通道結(jié)構(gòu)之間存在何種關(guān)系成為該領(lǐng)域的一個(gè)熱門問(wèn)題。2003年，Schmitz等人將位于激酶結(jié)構(gòu)域的Mg·NTP結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)突變(G1799D，K1648R)，發(fā)現(xiàn)突變不僅影響TRPM7的磷酸化活性，而且可明顯降低通道對(duì)[Mg2+]i的敏感性。但通道功能的改變并非是由于磷酸化活性的改變所引起，Matsushita等人在2005年證明了這一點(diǎn)[10]：他們將S1511/S1567進(jìn)行單點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)突變型與野生型的通道功能并無(wú)差異。隨后科學(xué)家們陸續(xù)證明細(xì)胞內(nèi)Mg2+可通過(guò)與TRPM7抑制劑waixenicin A、胞內(nèi)氯化物和Mg·NTP等因子協(xié)同作用，共同調(diào)節(jié)TRPM7通道功能。

3.2Mg·NTP細(xì)胞內(nèi)鎂離子水平對(duì)TRPM7通道功能的調(diào)節(jié)作用是被公認(rèn)的。在生理狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離Mg2+可與ATP形成Mg·ATP復(fù)合物，該復(fù)合物與激酶結(jié)構(gòu)域中的核苷酸結(jié)合位點(diǎn)(K1648)相結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮其抑制作用[14]。幾乎所有Mg·NTP復(fù)合物都可不同程度地抑制TRPM7的通道活性：ATP>TTP>CTP≥GTP≥UTP>ITP。此外，Mg·ADP也有相似的抑制作用，但Mg·AMP卻沒(méi)有，提示在細(xì)胞能量水平變化時(shí)，TRPM7通道的激活將受到限制。在1599位氨基酸殘基處截?cái)嗉っ附Y(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)TRPM7將完全喪失其通道功能[10]；而在1569位氨基酸殘基處截?cái)嗉っ附Y(jié)構(gòu)時(shí)，其部分通道功能將得到恢復(fù)[14]；若進(jìn)一步在1510位截?cái)?，其通道功能便可完全恢?fù)[6]。由此可推測(cè)，1510～1599氨基酸序列中可能包含Mg2+的結(jié)合位點(diǎn)。此外，TRPM7與TRPM6之間的相互作用可增加Mg2+及其復(fù)合物對(duì)通道抑制作用的閾值[15]。

3.3受體門控性調(diào)節(jié)近年來(lái)，很多研究發(fā)現(xiàn)磷脂酶C(phospholipase C,PLC)通路是調(diào)節(jié)TRPM7通道活性的另一重要因素。Macianskiene R等在心肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)TRPM7，發(fā)現(xiàn)Gαq受體、酪氨酸激酶受體或者GTP類似物(GTP-γ-S)都可以通過(guò)激活PLC水解PIP2，最終導(dǎo)致TRPM7通道失活。對(duì)大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞的研究也表明，神經(jīng)生長(zhǎng)因子(Nerve Growth Factor,NGF)可以通過(guò)激活PLC來(lái)減少TRPM7的外向電流[16]。但是，PIP2耗竭對(duì)TRPM7門控的影響存在一定的爭(zhēng)議，主要取決于實(shí)驗(yàn)方法以及PIP2消耗與再合成的速率。Langeslag等認(rèn)為PLC對(duì)TRPM7通道功能的調(diào)節(jié)與細(xì)胞內(nèi)Mg2+濃度有關(guān)；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Mg2+濃度維持在正常生理濃度時(shí)，G蛋白偶聯(lián)受體、緩激肽等激活PLC后可激活TRPM7通道，而并非抑制其活性。而Takezawa等則認(rèn)為TRPM7通道活性的調(diào)節(jié)與其自身激酶結(jié)構(gòu)域以及蛋白激酶A(PKA)有關(guān)，而非PLC通路。

4　TRPM7通道與疾病的研究

研究表明，TRPM7可參與細(xì)胞內(nèi)鈣/鎂平衡的調(diào)節(jié)，以及細(xì)胞增殖、遷移、黏附等過(guò)程，TRPM7功能缺陷對(duì)局部腦缺血、心血管疾病、癌癥等疾病也存在一定的潛在影響。

4.1TRPM7與缺血性腦卒中缺血性中風(fēng)是世界上殘疾和死亡的主要原因之一。研究表明，離子穩(wěn)態(tài)的破壞在腦缺血后的細(xì)胞死亡中起重要作用。谷氨酸受體途徑(NMDA)介導(dǎo)的離子失衡和神經(jīng)毒性可導(dǎo)致腦卒中后腦缺血。近年來(lái)，也發(fā)現(xiàn)TRPM7可通過(guò)非NMDA途徑參與缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制。在局部腦缺血損傷時(shí)，細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流以及pH降低均可反饋性地激活TRPM7通道，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載以及氧自由基水平升高，從而參與神經(jīng)元死亡過(guò)程[17]。TRPM7過(guò)度激活使Zn2+等毒性陽(yáng)離子內(nèi)流增加也是導(dǎo)致腦卒中的另一原因。此外，TRPM7介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流可調(diào)控eNOS活性并促進(jìn)NO生成，最終導(dǎo)致衰老時(shí)腦血管炎癥[18]。Tseveleki V等將TRPM7與腦相關(guān)疾病(如阿爾茲海默癥，多發(fā)性硬化癥和腦中風(fēng)等)進(jìn)行流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在這些小鼠疾病模型中有18種常見(jiàn)基因受到異常調(diào)控，而TRPM7正是其中之一。

4.2TRPM7與心血管疾病TRPM7在心血管疾病的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。早年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在豬、大鼠和人的心肌細(xì)胞均存在TRPM7樣電流。2010年，Du J等對(duì)心房顫動(dòng)患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在患者心肌成纖維細(xì)胞中，TRPM7介導(dǎo)的Ca2+電流明顯增加，進(jìn)而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGFβ1)表達(dá)上調(diào)，并增加成纖維細(xì)胞的分化與纖維化，這也是導(dǎo)致患者心房纖顫的主要原因。血管鈣化是慢性腎病患者存在的一個(gè)普遍現(xiàn)象，而礦物質(zhì)代謝紊亂是促成血管鈣化主要因素，尤其是細(xì)胞內(nèi)高磷水平。TRPM7在平滑肌細(xì)胞中對(duì)維持Mg2+穩(wěn)態(tài)以及血管平滑肌細(xì)胞生長(zhǎng)和分化起到重要作用[19]。研究表明[20]，在主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中Mg2+過(guò)高也可導(dǎo)致主動(dòng)脈鈣化。而在用TRPM7抑制劑2-APB或siRNA特異性干擾后，可逆轉(zhuǎn)血管鈣化現(xiàn)象，提示TRPM7可通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Mg2+濃度升高進(jìn)而參與血管鈣化。

4.3TRPM7與癌癥TRPM7參與多種癌細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化與遷移等過(guò)程，例如，減少TRPM7的表達(dá)可抑制膀胱癌、前列腺癌等癌細(xì)胞的增殖與侵襲等，因此TRPM7也被列為癌癥治療的靶點(diǎn)之一。此外，由于TRPM7對(duì)Ca2+和Mg2+具有獨(dú)特通透性，也使得其與癌癥之間的聯(lián)系更加密切。例如，TRPM7的多態(tài)性點(diǎn)突變T1482I可加重遺傳性肌萎縮和麻痹癡呆癥狀，而當(dāng)Ca2+∶Mg2+攝取比例增高時(shí)，其患病風(fēng)險(xiǎn)也將進(jìn)一步增加[20]。

TRPM7不僅結(jié)構(gòu)獨(dú)特，而且其活性在細(xì)胞生命活動(dòng)過(guò)程中也具有重要地位，是促進(jìn)器官生成與維持組織穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。在過(guò)去十年中，學(xué)者們已花費(fèi)大量精力來(lái)闡述TRPM7及其下游的調(diào)控機(jī)制，證實(shí)了TRPM7是維持細(xì)胞與其組織微環(huán)境之間的聯(lián)系所必需。對(duì)TRPM7表達(dá)與功能的深入研究將有助于理解一些重大疾病如癌癥、缺血性中風(fēng)和心血管疾病等的病理過(guò)程。使用TRPM7通道和激酶突變體以及選擇性抑制通道或激酶的藥理學(xué)工具進(jìn)行系統(tǒng)研究，也將為評(píng)估其治療價(jià)值提供重要的研究手段。此外，目前對(duì)其自身在轉(zhuǎn)錄以及翻譯水平上的調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚，是否存在其他mRNA或蛋白亞型以及其作用也仍需進(jìn)一步研究。因此，我們希望對(duì)TRPM7基礎(chǔ)作用機(jī)制以及臨床轉(zhuǎn)化的研究能夠?yàn)檫@些疾病提供新的治療方法。