劉天珍，王鳴剛，崔冰冰，苗路偉，高玉海，陳克明，馬慧萍

瞬時受體電位香草素受4型通道蛋白(Transient receptor potential vanilloid 4, TRPV4)，因其對Ca2+的高通透特性引起了學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。近幾年相關(guān)研究表明，TRPV4與氧化脅迫的發(fā)生密不可分；在眾多疾病發(fā)生、發(fā)展過程中均伴隨過度的氧化應(yīng)激。鑒于目前抗氧化應(yīng)激藥物的臨床應(yīng)用尚不理想，并且與TRPV4通道有關(guān)的藥物已逐漸進入臨床研究，因此探索TRPV4通道在氧化應(yīng)激中的作用及機制意義非凡。

1 TRPV4概述

1.1TRPV4的結(jié)構(gòu) TRPV4是作為瞬時感受器電位通道蛋白家族(Transient receptor potential，TRP)中類香草素亞家族的成員之一，該家族還包括 TRPV1，TRPV2，TPRV3，TRPV5，TRPV6[1]。TRPV4蛋白在人類中由 TRPV4基因編碼，含有871個氨基酸；與其他家族成員類似，TRPV4含有六個跨膜片段(S1～S6)，其N端和C端朝向細胞質(zhì)，在S5和S6之間存有一個離子通道孔可保障陽離子的順利通過；另外其N端具有六個ANK重復(fù)序列，一些分子(如磷脂酰肌醇4,5-二磷酸)可以牢固地結(jié)合到ANK重復(fù)序列末端，從而抑制TRPV4發(fā)揮作用[2-3]。TRP通道為一類非選擇性陽離子通道，主要對 Ca2+和Na+具有通透性并在膀胱、心臟、肺臟、腎臟等組織器官中顯著表達[4]。

1.2TRPV4的功能 TPRV4作為Ca2+通道蛋白，可參與機體多種生理過程并與多種疾病的發(fā)生息息相關(guān)?，F(xiàn)已闡明TRPV4在經(jīng)過感知滲透壓、血流切應(yīng)力、炎癥等刺激后被激活，參與全身滲透壓調(diào)節(jié)、維持細胞內(nèi)Ca2+平衡等生理過程，還可參與細胞的增殖、凋亡和自噬等[5]。還有研究表明，TRPV4 基因突變可導(dǎo)致多種骨骼和神經(jīng)病變，如3型短軀干癥、Kozlowski型脊柱干骺端發(fā)育不良癥、間向性發(fā)育不良等。在這些疾病中 TRPV4 基因突變均導(dǎo)致 TRPV4通道功能增強，但在某些疾病如家族性指端粗短畸形中 TRPV4 基因突變反而使其功能減弱?？梢钥隙ǖ氖?，TRPV4 基因突變均伴有TRPV4 通道功能的變化，通過影響下游的核轉(zhuǎn)錄因子的表達和蛋白-蛋白相互作用參與疾病發(fā)生過程，然而其詳細機制尚不明確[6-7]。

2 氧化應(yīng)激概述

氧化應(yīng)激(oidative stress，OS)是由于細胞中的活性氧(reactive oxygen species，ROS)、活性氮等自由基過度產(chǎn)生和(或)抗氧化防御機制減弱，所導(dǎo)致自由基的生成和清除之間的平衡失調(diào)而引起的組織、器官的病理反應(yīng)[8]。然而蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)會被胞內(nèi)過量的自由基氧化或損傷，從而誘導(dǎo)細胞自噬和凋亡的發(fā)生。因此，氧化脅迫被認為是自由基對機體產(chǎn)生的負面影響，亦是導(dǎo)致癌癥、冠心病以及糖尿病等慢性致死性疾病的元兇之一[9]。

3 TRPV4與氧化應(yīng)激的聯(lián)系

TRPV4由于其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及在機體中的廣泛分布決定了其重要的生理意義。當(dāng)機體受到外界不良刺激時，TRPV4被激活后介導(dǎo)細胞外Ca2+內(nèi)流引起細胞內(nèi)鈣超載。當(dāng)胞內(nèi)環(huán)境為Ca2+負荷時鈣蛋白酶被高濃度的Ca2+激活，其活性顯著增高。并引發(fā)黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，導(dǎo)致ROS等自由基數(shù)量的增加。其次，Ca2+依賴性磷脂酶A2被激活從而產(chǎn)生更多的花生四烯酸，并通過環(huán)氧合酶和脂加氧酶的作用產(chǎn)生大量的H2O2和·OH。再次，積蓄于線粒體的Ca2+可使細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，O2經(jīng)單電子還原形成氧自由基增多。與此同時，Ca2+還可使硫氧還蛋白過氧化物酶、過氧化氫酶等抗氧化酶活性下降，使得機體抵御損傷的能力大幅下降。最終導(dǎo)致機體內(nèi)部氧化與抗氧化失衡，引起氧化應(yīng)激[10-11]。當(dāng)機體產(chǎn)生大量自由基時，由于膜脂質(zhì)的過氧化及其通透性的增強，Na+-K+-ATP酶失活，細胞內(nèi)Na+濃度升高，Na+與Ca2+互換加強；惡化了線粒體膜的損傷并影響ATP的生成，肌漿網(wǎng)攝取Ca2+減少，上述過程均會使細胞內(nèi)Ca2+負荷增加[12]。因此TRPV4與鈣超載、自由基的產(chǎn)生及氧化應(yīng)激都存在著復(fù)雜而緊密的關(guān)系，但其機理有待進一步研究。

4 TRPV4與氧化應(yīng)激相關(guān)疾病

4.1心肌缺血再灌注損傷 心肌缺血后再灌注損傷(I/R)是指發(fā)生于急性心肌梗死后血栓自容再通或人工再通后對心肌細胞造成的二次損傷。恢復(fù)血流這一過程往往伴隨著自由基的生成、鈣超載等。臨床上會出現(xiàn)心肌頓抑、心律失常、心力衰竭等危及患者生命的癥狀[13]。I/R損傷的病理機制復(fù)雜多樣，目前學(xué)術(shù)界普遍認為由細胞內(nèi)Ca2+負荷、自由基所引發(fā)的氧化脅迫是造成I/R損傷的主要原因，此外炎癥作用及高能磷酸化合物的缺乏等也與之相關(guān)[14]。已有研究證實TRPV4廣泛表達于心血管系統(tǒng)并參與該類疾病的發(fā)生、發(fā)展[15]。

Jones等[16]研究表明，過量Ca2+進入心肌細胞是造成I/R損傷的主要原因，并發(fā)現(xiàn)老年人心臟組織及老年大鼠心肌細胞內(nèi)TRPV4蛋白的表達量明顯升高；老年大鼠心肌細胞處于I/R損傷早期時，細胞內(nèi)Ca2+濃度迅速升高并引起心臟收縮增強；但當(dāng)使用TRPV4阻斷劑(HC-067047)后癥狀消失或減弱；TRPV4(-/-)基因敲除大鼠心肌組織內(nèi)癥狀較弱或不會出現(xiàn)以上癥狀。既往文獻報道，TRPV4通道在大鼠I/R損傷模型中mRNA、蛋白水平表達明顯上調(diào)且伴隨細胞內(nèi)Ca2+濃度增加，抗氧化酶活力降低及氧化指標(biāo)升高，加劇了細胞凋亡與壞死；使用HC-067047后上述現(xiàn)象可發(fā)生逆轉(zhuǎn)，使用TRPV4激動劑(GSK1016790A)后上述現(xiàn)象加重。因此TRPV4在I/R損傷中作用重要，有望成為介導(dǎo)此類損傷的重要靶標(biāo)[17-18]。

4.2膀胱過度活動癥 膀胱過度活動癥(Overactive Bladder，OAB)是一種以尿急為特征的癥候群，常伴有尿頻和夜尿增加等癥狀[19]。隨著我國社會人口老齡化的增加，OAB的發(fā)生率逐年上升，這既影響了患者的身心健康，又加重了社會養(yǎng)老負擔(dān)。Janssen等[20]發(fā)現(xiàn)TRPV4和TRPV1在膀胱傳入神經(jīng)通路中起到關(guān)鍵作用，膀胱中的低閾值神經(jīng)纖維可對較低的壓力做出反應(yīng)，高閾值神經(jīng)纖維僅在高壓(>20 cmH2O)下被激活傳遞痛感。TRPV1受體在高閾值神經(jīng)纖維中表達，并與炎癥反應(yīng)和疼痛的產(chǎn)生密切相關(guān)。Roberts等[21]發(fā)現(xiàn)，TRPV4在豚鼠膀胱平滑肌及膀胱尿路上皮細胞等組織細胞中表達，且在老年豚鼠膀胱中表達更為顯著。TRPV4在膀胱尿路上皮細胞中被激活并促使Ca2+內(nèi)流從而促使尿路上皮產(chǎn)生大量的ATP，ATP是使處于休眠狀態(tài)的膀胱C纖維傳入神經(jīng)產(chǎn)生興奮而引發(fā)膀胱感覺過敏的元兇之一。值得注意的是由鈣超載誘導(dǎo)產(chǎn)生的ATP是正常排尿反應(yīng)中的數(shù)倍。TRPV4基因的突變也可能與OAB存在潛在的聯(lián)系。Landouré等[22]發(fā)現(xiàn)，腓骨肌萎縮癥2型患者不僅表現(xiàn)出進行性肌肉消瘦和感覺功能喪失，且OAB的發(fā)生率很高，有時還會出現(xiàn)失禁行為。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)羧芐酮(CBX)可抑制TRPV4通道引發(fā)的氧化性尿路上皮損傷，并改善環(huán)磷酰胺(CYP)引起的膀胱功能障礙。CBX具有抑制TRPV 4引起的Ca2+內(nèi)流和細胞損傷，可減輕CYP和丙烯醛(CYP的代謝產(chǎn)物)誘導(dǎo)的膀胱炎及細胞損傷，并有效地減弱了氧化應(yīng)激。Everaerts等[24]發(fā)現(xiàn)TRPV4可降低健康大鼠和小鼠由CYP引起的膀胱炎導(dǎo)致的排尿頻率。由此可見TRPV4在OAB中起到了至關(guān)重要的作用，有望成為治療該疾病的重要靶標(biāo)。

4.3急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS) ARDS是以頑固性低氧血癥為顯著特征的臨床綜合征，該病因發(fā)病機制復(fù)雜、致死率高而倍受關(guān)注?，F(xiàn)有研究表明，肺部炎癥反應(yīng)暴發(fā)和肺微血管內(nèi)皮屏障功能損傷是ARDS的病理生理特點，且過多的ROS和胞內(nèi)Ca2+濃縮異常升高在該疾病中起到至關(guān)重要的作用[25]。Suresh等[26]研究表明在外緣H2O2刺激下大鼠肺微血管內(nèi)皮細胞和人肺微血管內(nèi)皮細胞將處于氧化應(yīng)激的狀態(tài)，蛋白酪氨酸激酶(Fyn基因的產(chǎn)物)使TRPV4磷酸化引起胞內(nèi)Ca2+濃度升高，并使得肺微血管內(nèi)皮屏障通透性增強。在使用外部氧化劑或誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生更多ROS時屏障功能進一步惡化。與之類似，處于激活狀態(tài)下的TRPV4會引位于肺泡的毛細血管和上皮細胞腫脹，導(dǎo)致肺泡充血。過量的Ca2+還可導(dǎo)致肺水腫等。使用TRPV4抑制劑可降低細胞中的Ca2+的濃度并減輕肺水腫以及心力衰竭期間出現(xiàn)的靜脈壓升高[27-28]。

另一方面，Balakrishna等[29]在氯氣和鹽酸誘導(dǎo)的ARDS小鼠模型中首次發(fā)現(xiàn)了肺損傷與酰胺類化合物之間的關(guān)系。肺損傷會產(chǎn)生一系列內(nèi)源性TRPV4激動劑-酰胺類化合物，并引起肺部的炎癥反應(yīng)、肺微血管內(nèi)皮屏障通透性增強進而導(dǎo)致肺水腫和嚴(yán)重的肺缺氧。與ARDS小鼠相比，經(jīng)HC-067047治療的小鼠血清中各類炎性細胞因子含量、中性粒細胞數(shù)量等顯著降低。由此可見，TRPV4抑制作用可抵消肺水腫和肺部炎癥，并改善急性肺損傷中的肺功能和血氧飽和度，在ARDS中起到了重要作用，有望成為治療該病的重要靶標(biāo)。

4.4糖尿病 糖尿病是一種伴有高血糖及長期代謝紊亂的慢性疾病，其致病機制為胰島素分泌不足或功能失效，眼、腎、心臟等器官會因長期處于高糖環(huán)境而受到慢性損傷或引起功能異常[30]。2型糖尿病中胰島B細胞凋亡及功能失效是氧化脅迫和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的共同結(jié)果[31]。高血糖會造成包括大血管、微血管及神經(jīng)病變等慢性并發(fā)癥。

周圍型糖尿病神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)是糖尿病最常見并發(fā)癥之一，臨床表現(xiàn)為對稱性疼痛和感覺異常。高血糖會導(dǎo)致線粒體產(chǎn)生過量的自由基，且葡萄糖氧化和脂質(zhì)過氧化所產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物會對機體造成氧化損傷，甚至誘導(dǎo)細胞的凋亡和自噬。眾所周知，哺乳動物神經(jīng)中磷脂含量很高，因此更易受到自由基的攻擊。此外，神經(jīng)元的抗氧化防御能力較弱[32]。細胞內(nèi)Ca2+超負荷在DPN的病因中也起重要作用。有人利用野生型和TRPV4基因敲除小鼠的DRG神經(jīng)元研究發(fā)現(xiàn)，紫杉醇激活TRPV4引起異常性疼痛并產(chǎn)生過多的ROS，TRPV4拮抗劑可以部分減輕疼痛和氧化應(yīng)激[33]。

糖尿病性視網(wǎng)膜病變是一種特異性眼底病變疾病，通常視網(wǎng)膜會滋生微動脈瘤并伴隨出血和水腫等癥狀，嚴(yán)重影響了患者生活質(zhì)量?，F(xiàn)有研究表明，TRPV4與糖尿病視網(wǎng)膜水腫形成相關(guān)。雖然在TRPV4在糖尿病大鼠模型的視網(wǎng)膜中表達量有所降低，但其活性極高可引起鈣離子內(nèi)流并誘導(dǎo)和放大炎癥反應(yīng)、血視網(wǎng)膜屏障破壞、滲透性增強等，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜水腫。使用TRPV4抑制劑治療后的大鼠病癥得以緩解[34]。Arredondo等[35]研究表明，在非糖尿病情況下血管抑制素可以限制Ca2+、鈣調(diào)蛋白激活eNOS的過程來減少NO的產(chǎn)生，從而起到保護血視網(wǎng)膜屏障免受TRPV4激活引起的通透性增加。由此可見，TRPV4在糖尿病形成及其并發(fā)癥中起到了重要的作用，有望成為介導(dǎo)該病的新靶標(biāo)。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，TRPV4在引起機體氧化脅迫中起到舉足輕重的作用。激動 TRPV4 通道后伴隨著Ca2+內(nèi)流的增加還原型輔酶Ⅱ被活化，并且線粒體氧化呼吸鏈上電子傳遞的阻斷進一步促使 ROS 的生成。同時過量的Ca2+又會抑制抗氧化酶 SOD和 CAT 等抗氧化劑活力進而減少ROS 的清除，最終使 ROS 產(chǎn)生增加，機體損傷加重。反之，抑制 TRPV4后ROS的生成減少，機體損傷減輕。TRPV4通道是氧化應(yīng)激敏感的TRP通道之一，氧化應(yīng)激可以激活該通道，TRPV4 通道活化后介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流和氧化應(yīng)激，這種潛在的正反饋機制進一步加重細胞損傷。正在進行的和即將到來的TRPV4 通道抑制劑的臨床試驗的結(jié)果將為未來的人類疾病研究提供依據(jù)，同時進一步的研究將揭示 TRPV4通道抑制劑直接作為多種疾病的治療劑的真正潛力，TRPV4 有望成為抗氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中的新的治療靶點[36]。