王云起 官子月 高召兵 鄭月明**

（1）中國科學院上海藥物研究所，神經(jīng)精神疾病研究中心，上海 201203；2）中國科學院中山藥物創(chuàng)新研究院，中山 528400）

瞬時受體電位（transient receptor potential，TRP）通道是一類廣泛表達的非選擇性陽離子通道，存在于多種類型的細胞和組織中，通過調(diào)節(jié)陽離子的跨膜流動產(chǎn)生人體的多種感官刺激，如溫度、視覺、味覺、疼痛等。TRPM7 通道是TRPM家族一員，人類基因組中編碼TRPM7 通道的基因位于15 號染色體的長臂上，由39 個外顯子組成，全長134.34 kb［1］。TRPM7 同時具有離子通道和激酶結(jié)構(gòu)域，以特殊的雙功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)參與機體的多種生理和病理過程，與神經(jīng)退行性疾病、癌癥、心血管疾病等多種疾病密切相關(guān)。因此本文將主要綜述與TRPM7通道有關(guān)的生理和病理學研究進展，以及靶向該通道的小分子調(diào)節(jié)劑的研發(fā)進展。

1 TRP家族

TRP通道基因最早在研究果蠅時被發(fā)現(xiàn)，在對果蠅的視覺系統(tǒng)研究中發(fā)現(xiàn)了一種視覺受損的突變果蠅，對穩(wěn)定光具有瞬時響應，因而該基因被稱為瞬時受體電位［2］。TRP家族是一個龐大的離子通道家族，根據(jù)蛋白質(zhì)序列的同源性，將哺乳動物TRP家族分為TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和TRPML 6 個亞家族，共28 個成員。除此以外，在果蠅、斑馬魚等無脊椎動物中還存在著TRPN 通道［3-5］。目前已被證實有100 多個TRP 通道編碼基因存在于各種生物體內(nèi)，幾乎在每種細胞中都有表達。大多數(shù)TRP 通道位于質(zhì)膜中，發(fā)揮控制陽離子出入細胞和調(diào)節(jié)離子跨膜流動電化學勢的作用。已有的研究發(fā)現(xiàn)，TRP通道與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是極具前景的藥物靶標［6-7］。

TRPM亞家族是TRP家族中最大的亞家族，包含TRPM1～8，共8 個成員［8］，廣泛表達于哺乳動物的各個組織中，具有不同的生物特性和生理功能，可被多種刺激調(diào)節(jié)，如溫度、電壓、離子和配體等［9］。根據(jù)序列相似性，將8 個通道成員分為4組：TRPM1/TRPM3、TRPM2/TRPM8、TRPM4/TRPM5、TRPM6/TRPM7［8，10］。TRPM1 在色素細胞中表達，與良性痣和黑色素瘤等皮膚和眼部疾病相關(guān)［11］。TRPM2是大腦中最豐富的TRP通道，調(diào)節(jié)腦內(nèi)神經(jīng)元發(fā)育，外周組織分布的TRPM2 參與炎癥反應，調(diào)節(jié)胰島素分泌，作為溫度傳感器參與體溫調(diào)節(jié)［12-13］。TRPM3在大腦、腎臟等組織表達，該通道的激活可致血管收縮、胰島素分泌及炎癥性痛覺過敏等［14］。TRPM4 和TRPM5 通透一價陽離子，可被電壓和鈣離子激活，是味覺刺激轉(zhuǎn)導必需的通道［15］。TRPM6 與TRPM7 結(jié)構(gòu)相似，胞內(nèi)C端也具有功能性α 激酶，TRPM6 的功能喪失型突變易引起低鎂血癥伴繼發(fā)性低鈣血癥（hypomagnesemia with secondary hypocalcemia，HSH）［16］。TRPM8 可被電壓、pH、滲透壓等多種因素調(diào)節(jié)，主要參與冷感受［17］。TRPM 亞家族各個成員的長度、結(jié)構(gòu)和功能都不完全相同，TRPM6 和TRPM7 由于具有特殊的α 激酶結(jié)構(gòu)域得到了更多的關(guān)注。

2 TRPM7的結(jié)構(gòu)和功能特征

2.1 TRPM7的結(jié)構(gòu)特點

TRPM7 是含有離子通道和蛋白激酶結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白，包括位于細胞膜內(nèi)的N端和C端，以及位于細胞膜上的六次跨膜結(jié)構(gòu)域（S1～S6）（圖1）。人TRPM7 編碼1 865 個氨基酸，小鼠TRPM7 編碼1 863 個氨基酸，序列相似性為94%［18］。2001 年Kuriyan 等［19］結(jié)晶并解析了TRPM7 的C 端分離激酶結(jié)構(gòu)域（1 580～1 863），2018 年Clapham 等［20］利用冷凍電鏡，解析了TRPM7-EDTA、TRPM7-Mg2+和TRPM7-DVF 的結(jié)構(gòu)，自此揭示了TRPM7通道的完整結(jié)構(gòu)。TRPM7 蛋白的N 端含有4 個TRPM 家族的同源結(jié)構(gòu)域（melastatin homology domain，MHD），參與通道組裝和轉(zhuǎn)運。6 個跨膜區(qū)段（S1～S6）形成離子通道結(jié)構(gòu)域，每個區(qū)段長度約為21個氨基酸殘基，S5和S6間包含預測的孔螺旋和孔環(huán)（pore region），位于通道孔區(qū)的兩個帶負電荷的氨基酸（E1047 和E1052）對于通道的Ca2+和Mg2+的通透性以及pH 敏感性極為重要［21］。C 端靠近跨膜區(qū)是一個高度保守且富含脯氨酸的TRP 盒，由24 個氨基酸組成，可與磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PⅠP2）相互作用［1］；TRP 盒后連接著雙螺旋結(jié)構(gòu)域（coiled-coil domain，CC），以反平行四聚體結(jié)構(gòu)參與四聚體跨膜區(qū)和二聚激酶結(jié)構(gòu)域之間的連接，是通道組裝和轉(zhuǎn)運的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［22］。C端含有α激酶結(jié)構(gòu)域，包含一個鋅指同源域以維持激酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通過絲氨酸/蘇氨酸磷酸化自身和底物參與細胞骨架動力學、細胞生長、增殖和基因表達等過程［23］。

2.2 TRPM7的功能特性

TRPM7 是一種非選擇性陽離子通道，可通透多種二價陽離子，通透性從高至低依次為Zn2+、Ni2+、Co2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Sr2+、Cd2+等［24］，同時也對單價陽離子如Na+、K+通透，可被La3+、Gd3+等三價陽離子阻斷。TRPM7 電流的反轉(zhuǎn)電位約為0 mV，在負的膜電位下介導較小的內(nèi)向電流，在正的膜電位下介導大的外向電流，表現(xiàn)出外向整流現(xiàn)象，該特性與細胞外二價陽離子阻斷單價陽離子流入有關(guān)［25］。去除胞外的二價陽離子后，TRPM7 通道因通透單價陽離子，外向整流的現(xiàn)象消失。TRPM7 通道的失活或激活均無時間或電壓依賴性，其電流可被細胞內(nèi)外高濃度的Mg2+抑制，因此在全細胞膜片鉗實驗中，通常用不含Mg2+或添加Mg2+螯合劑的內(nèi)液記錄電流［25］。TRPM7 的α激酶屬于非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，最主要的功能在于磷酸化和自磷酸化，S1511 和S1567 是主要的自磷酸化位點，可以磷酸化α螺旋和非α螺旋結(jié)構(gòu)域的絲氨酸與蘇氨酸殘基［26］。在LN18（人膠質(zhì)母細胞瘤細胞系）細胞中，半胱天冬酶在D1510處切割使得TRPM7激酶結(jié)構(gòu)域與通道分離，可以增強離子通道活性但不影響激酶的功能［27］。TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)域可以通過蛋白酶水解的方式分離出來，以Zn2+依賴的方式轉(zhuǎn)移到細胞核，結(jié)合多個染色質(zhì)重塑復合物成分，磷酸化特定的組蛋白，改變?nèi)旧|(zhì)共價修飾結(jié)構(gòu)，最終影響細胞分化和胚胎發(fā)育，參與基因的表達調(diào)控［28］。

3 TRPM7的生理功能特征

TRPM7 廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)，在哺乳動物的心、肝、脾、肺、腎、消化道等多種組織及器官中皆有表達，特別是在心臟、垂體、骨骼和脂肪組織中表達水平最高［29］。TRPM7可以影響細胞生長、發(fā)育、增殖和遷移，HEK293細胞中過表達TRPM7 可使細胞圓化、從基底上脫離，最終導致細胞死亡［30］，對機體的離子穩(wěn)態(tài)和胚胎發(fā)育等起到不可或缺的作用。

TRPM7 的離子通道部分可以通透多種二價陽離子，Mg2+和Ca2+是TRPM7 電流的主要攜帶者［31］。Mg2+是細胞中僅次于鉀離子的第二豐富的陽離子，調(diào)節(jié)多種細胞功能、酶、離子通道、新陳代謝以及信號通路等，是不可缺少的生物調(diào)節(jié)因子［32-33］，鎂穩(wěn)態(tài)紊亂與包括癌癥在內(nèi)的多種炎癥驅(qū)動的慢性病的病理生理學有關(guān)［34］。DT-40 細胞中TRPM7 的缺失會阻止細胞周期進程，通過補充Mg2+才能使其繼續(xù)進行，因此TRPM7在G1期被激活，很可能是在這一階段介導Mg2+流入保持細胞的生長增殖［35］。除了細胞增殖，TRPM7在調(diào)節(jié)全身的鎂離子平衡中也發(fā)揮了重要作用，攜帶缺失激酶結(jié)構(gòu)域?qū)е耇RPM7 通道功能障礙的小鼠糞便中Mg2+的排泄量明顯增加，意味著小鼠的腸道對Mg2+的吸收存在缺陷，長期缺乏Mg2+最終可能導致低鎂血癥、高血壓等疾?。?6-38］。在牙齒發(fā)育過程中，TRPM7 相對表達水平在牙釉質(zhì)形成的成熟階段上調(diào)，在成釉細胞高度表達。通過構(gòu)建TRPM7 激酶缺失的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)此類小鼠門牙牙釉質(zhì)的體積比正常小鼠小，且明顯低礦化，補充Mg2+可以恢復前者的部分活性，通透Mg2+的TRPM7通道在其中無疑發(fā)揮重要作用［39-40］。

Ca2+是大量生命活動的基礎(chǔ)，是最常用的細胞內(nèi)信使，從心肌和骨骼肌收縮、受精到胚胎發(fā)育，Ca2+無一不存在其中，破壞Ca2+的穩(wěn)態(tài)會干擾生命體的正常生理過程［41-42］。TRPM7 在被激活和長時間的氧/葡萄糖剝奪后， 使用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導分化PC12 神經(jīng)元細胞和初級海馬神經(jīng)元細胞，細胞活性氧水平和TRPM7 通道的表達水平顯著增加，使得大量Ca2+進入神經(jīng)元細胞，導致神經(jīng)元死亡。通過非選擇性陽離子抑制劑和siRNA 抑制TRPM7 的表達均可保護神經(jīng)元細胞，因此TRPM7 對Ca2+穩(wěn)態(tài)的維持及神經(jīng)元細胞的保護起到重要作用［43］。在對人類胚胎肺成纖維細胞內(nèi)鈣信號的研究中發(fā)現(xiàn)，遷移的成纖維細胞中存在獨特的“鈣閃爍”，通過共聚焦成像可以發(fā)現(xiàn)“鈣閃爍”是由一類陽離子通道介導的鈣離子流入觸發(fā)的，在此細胞中敲低TRPM7 后“鈣閃爍”幾乎消失，確證了TRPM7在此過程中的傳感器作用，揭示了它在細胞遷移中的新功能［44］。

除了二價陽離子，TRPM7 也能通透K+等一價陽離子。在酸性條件下質(zhì)子可以增加內(nèi)向電流至原來的十倍，酸性越強，質(zhì)子作用越強，質(zhì)子通過與二價陽離子（Ca2+、Mg2+）競爭結(jié)合位點使單價陽離子通過TRPM7 通道［45-46］。在缺血、炎癥等組織損傷的病理條件下容易出現(xiàn)低pH 值的情況，結(jié)合TRPM7 的pH 敏感性，TRPM7 在此類病理條件下很可能引起疼痛加劇以及酸中毒等情況加重患者的病痛［47］。

除離子通道結(jié)構(gòu)域外，TRPM7 還擁有α 激酶結(jié)構(gòu)域。目前關(guān)于激酶區(qū)是否影響TRPM7 離子通道的功能存在爭議，但是激酶活性喪失型突變體改變激酶結(jié)構(gòu)，進而影響通道對鎂離子的敏感性已有報道［48］。TRPM7 的α 激酶可以自磷酸化結(jié)構(gòu)中的絲氨酸/蘇氨酸殘基富集區(qū)域，在不影響其催化功能的情況下促進肌球蛋白ⅠⅠ等底物的磷酸化，發(fā)揮蛋白激酶活性；由于肌球蛋白ⅠⅠ是驅(qū)動細胞收縮的主要蛋白質(zhì)，TRPM7 激酶以此調(diào)控細胞骨架張力參與到細胞黏附、肌球蛋白絲穩(wěn)定性等過程中［26，49］。此外，TRPM7的C端可經(jīng)蛋白質(zhì)水解裂解出TRPM7 激酶部分，裂解激酶進入細胞核與核蛋白結(jié)合，磷酸化特定核組蛋白從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、DNA 損傷修復等過程參與細胞基本功能，最終影響細胞分化和胚胎發(fā)育［28］。

在動物水平上，從哺乳動物早期胚胎發(fā)育到出生后功能性神經(jīng)元網(wǎng)絡的形成，TRPM7 都是必不可少的［38］。通過使用Ⅰck-Cre小鼠敲除發(fā)育胸腺細胞中的TRPM7，敲除鼠12 周時出現(xiàn)了胸腺細胞顯著減少、胸腺結(jié)構(gòu)異常的現(xiàn)象，胸腺髓質(zhì)細胞中STAT3活性和豐度降低使得胸腺結(jié)構(gòu)逐漸喪失，如果從小鼠胚胎中完全敲除TRPM7 基因，胚胎將在第7.5 天時直接死亡［50］。除此之外，攜帶TRPM7功能喪失突變的斑馬魚顯示出嚴重的生長遲緩和骨骼發(fā)育的改變［51］。非洲爪蟾胚胎中抑制細胞背側(cè)邊緣區(qū)的TRPM7 蛋白表達會造成嚴重的原腸胚缺陷等等［52］，這些都表明了TRPM7在機體參與不同的生理過程以及維持生命體正常的生長發(fā)育過程中不可或缺。

4 TRPM7與疾病

TRPM7在多種人類疾病中扮演著重要的角色，其功能紊亂可引發(fā)神經(jīng)退行性疾病、缺血性細胞死亡、癌癥、心血管疾病等病癥［1，53-55］。目前和TRPM7相關(guān)的多數(shù)疾病主要與TRPM7通道功能異常進而打破胞內(nèi)離子平衡有關(guān)。在乳腺癌、前列腺癌中，可通過TRPM7 通道的下調(diào)或失活抑制Ca2+流入發(fā)揮抗腫瘤能力［56-57］。在缺血性中風中，抑制TRPM7 可防止缺血性細胞死亡并保持神經(jīng)元功能［54］。此外，TRPM7還與高血壓相關(guān)的Mg2+失調(diào)和血管功能障礙有關(guān)［58］。

4.1 神經(jīng)退行性疾病

神經(jīng)變性是所有引起神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能逐漸喪失的病理事件的集合，包括細胞損傷、疾病發(fā)展以及細胞死亡。在神經(jīng)元的生長、存活以及分化過程中，Ca2+和Mg2+都起到至關(guān)重要的作用［59-60］。由于TRPM7 廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中且可以調(diào)節(jié)這兩種離子的平衡，使得TRPM7 可能在阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）和帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）等神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮重要作用［61-62］。在AD的發(fā)病機制中，腦中蓄積的β淀粉樣蛋白（Aβ）被認為是AD發(fā)病的重要機制之一，激活TRPM7 通道增加Ca2+流入可啟動對Aβ的基礎(chǔ)自噬機制，最終改善認知功能［61］。在家族性阿爾茨海默?。╢amilial Alzheimer’s disease，F(xiàn)AD）中，早老素（presenilin）突變導致可調(diào)節(jié)TRPM7通道的PⅠP2代謝失衡，突變細胞中TRPM7通道電流減少、自噬活性減弱，通過恢復TRPM7通道正常的活性可恢復正常的基礎(chǔ)自噬并且減少Aβ 的產(chǎn)生［63］。另外，AD 的認知障礙也與突觸結(jié)構(gòu)和功能的喪失有關(guān)，Cofilin是一種肌動蛋白調(diào)節(jié)蛋白，在受刺激的神經(jīng)元中通過磷酸化成蛋白束，可與積累的Aβ 前體共同抑制突觸蛋白運輸，損傷突觸傳遞和可塑性，TRPM7 α 激酶可通過與Cofilin 相互作用，抑制Cofilin 去磷酸化從而保護突觸，治療AD［64-65］。黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的喪失是PD的重要發(fā)病機制之一，TRPM7在大腦黑質(zhì)的神經(jīng)元中表達，而斑馬魚TRPM7 突變的幼苗會出現(xiàn)游泳能力減弱等行為和發(fā)育缺陷，通過補充外源性多巴胺可以挽救部分缺陷，表明多巴胺能神經(jīng)元部分依賴于TRPM7的表達，TRPM7的缺失或許是PD發(fā)病的重要原因之一［66］。

最近一項研究發(fā)現(xiàn)，TRPM7 的離子通道區(qū)域會對神經(jīng)元的突觸囊泡內(nèi)吞產(chǎn)生作用，條件性敲除TRPM7 的小鼠神經(jīng)內(nèi)分泌細胞和神經(jīng)元的突觸囊泡內(nèi)吞作用存在缺陷，神經(jīng)元的興奮性和抑制性突觸傳遞的突觸前抑制在短期內(nèi)被增強［67］，這些現(xiàn)象可能與細胞無法正常攝入Ca2+有關(guān)，提示TRPM7 缺陷的動物表現(xiàn)出神經(jīng)退行性疾病的癥狀可能是離子平衡紊亂所致，TRPM7 功能障礙導致的突觸囊泡內(nèi)吞作用可能是此類疾病的潛在分子機制之一。

4.2 缺血性中風

缺血性中風是一種以血管堵塞為主要癥狀的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是全球第二大死因［68］。中風治療主要側(cè)重于恢復大腦的血流量和治療中風引起的神經(jīng)損傷，缺血發(fā)生過程中，細胞質(zhì)內(nèi)過多的Ca2+會造成線粒體、細胞骨架和蛋白質(zhì)合成的不可逆損傷，最終使神經(jīng)元死亡，因此，抑制過量的細胞外Ca2+流入和抑制細胞內(nèi)部Ca2+的釋放被認為是治療缺血性中風的治療重要途徑。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體、α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（AMPA）受體和L 型Cav 通道曾經(jīng)被認為是缺血期間細胞外Ca2+進入胞質(zhì)的主要途徑［69］，阻斷這些受體和通道可以作為防止細胞內(nèi)鈣超載，進而保護缺血性細胞損傷的的重要手段。然而，臨床試驗中的相關(guān)藥物并未達到理想的效果，部分患者出現(xiàn)肝腎功能損害、皮膚刺激、惡心等不良反應，嚴重者甚至出現(xiàn)心肌梗塞、心力衰竭、肺炎和卒中復發(fā)［70］。

目前，已發(fā)現(xiàn)TRPM7 通道在大腦缺血導致的神經(jīng)元損傷中扮演重要作用［71］，其通透的Ca2+和Zn2+在缺血性皮質(zhì)和海馬組織中含量增高，誘導線粒體功能障礙致使神經(jīng)元損傷［72］。在腦灌注不足的大鼠海馬中，TRPM7 的mRNA 和蛋白質(zhì)水平顯著增加，而TRPM7 轉(zhuǎn)錄本與細胞內(nèi)Ca2+和活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平呈正相關(guān)的關(guān)系，證明TRPM7參與了海馬的缺氧損傷［73］。這些結(jié)果表明，抑制或下調(diào)TRPM7 通道或許有助于緩解缺血性神經(jīng)元損傷，TRPM7 可作為中風過程神經(jīng)保護的潛在靶點［52］。

4.3 腫瘤

TRPM7 和腫瘤的密切關(guān)系已在多種類型的癌癥中得到證實，包括乳腺癌、卵巢癌、胃癌、頭頸癌、鼻咽癌、胰腺癌、前列腺癌、視網(wǎng)膜母細胞瘤和白血病等［74-80］。TRPM7 能在癌細胞中發(fā)揮多種功能，影響癌細胞的存活、細胞周期進程、增殖、生長、遷移、侵襲和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）等。在乳腺癌、膠質(zhì)母細胞瘤及肺癌的細胞系和組織中，TRPM7 表達量均有明顯增加［77］。在乳腺癌細胞系MDAMB-468 中沉默TRPM7 可抑制部分EMT 的標志物表達［81］。人膠質(zhì)母細胞瘤U87細胞中TRPM7 轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)表達水平明顯高于正常人星形膠質(zhì)NHA細胞，阻斷TRPM7的表達可顯著降低腫瘤細胞侵襲及轉(zhuǎn)移能力［82］。

TRPM7 在腫瘤中的病理功能角色復雜多樣，在不同甚至同種腫瘤中，TRPM7 可以通過不同的途徑參與病理過程。以乳腺癌為例，在人乳腺癌細胞系MCF-7 中，TRPM7 的表達水平明顯高于正常組織細胞，影響腫瘤細胞的生長速率，通過siRNA沉默TRPM7 降低了MⅠC （Mg2+-inhibited cationic current）電流，此前TRPM7 通過鈣離子和錳離子的流入成為這一電流的貢獻者，而降低外部鈣離子濃度或者沉默TRPM7可使MCF-7細胞生長速率減慢［56］。在另一種人乳腺癌細胞系MDA-MB-231中，TRPM7 非選擇性抑制劑2-氨基乙基二苯基硼酸酯（2-APB）改變了MDA-MB-231 的細胞周期，使S期細胞百分比增加，G0/G1期細胞減少，通過抑制TRPM7從而降低癌細胞增殖［80］。同樣是在這一細胞系中，正常組細胞表現(xiàn)出典型的紡錘形，通過shRNA敲低TRPM7后的乳腺癌細胞則更接近圓形，明顯降低了細胞的遷移速率和能力［83］。除此之外，如控制鈣鎂離子的流入調(diào)控TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)磷酸化，調(diào)節(jié)TRPM7 激酶與肌動蛋白等底物的活性從而改變細胞結(jié)構(gòu)參與乳腺癌細胞遷移等多種機制也參與腫瘤的病理過程中［84］。TRPM7在惡性腫瘤中通過多種機制發(fā)揮重要作用，因此利用TRPM7 作為人類惡性腫瘤的分子生物標志物和治療靶標具有極大的潛在價值。

4.4 心血管疾病

高血壓發(fā)病的重要原因之一是細胞內(nèi)Mg2+濃度降低，導致血管過度收縮或血管功能障礙。研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高血壓大鼠的血管平滑肌細胞中Mg2+內(nèi)流的減少與血管TRPM7 的下調(diào)有關(guān)［55］，TRPM7 表達不足或活性缺陷可能導致血管產(chǎn)生炎癥、纖維化和收縮，這在高血壓疾病相關(guān)的血管重塑過程中十分重要，通過增強TRPM7 通道提高細胞內(nèi)Mg2+水平可使血管舒張并減弱血管收縮，防止高血壓的發(fā)生［85］。

TRPM7 通道是第一個在心肌成纖維細胞（cardiac fibroblasts，CFs）上檢測到的TRP 家族通道，是人和小鼠心肌成纖維細胞主要的鈣調(diào)控通道［86］。與健康者心房肌細胞比較，心房顫動患者心房肌細胞TRPM7 表達升高3～5 倍，其介導的鈣電流明顯增加，誘導轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）表達上調(diào)，增加成纖維細胞的分化與纖維化，最終導致心房纖顫。下調(diào)或沉默TRPM7 后，Ca2+流入顯著降低，抑制基礎(chǔ)房顫成纖維細胞的分化，表明TRPM7 通過調(diào)節(jié)鈣信號和TGF-β 等通路在心肌纖維化過程發(fā)揮著重要作用［86-88］。

4.5 其他疾病

從胚胎期開始到成年，心臟到骨髓逐漸檢測到TRPM7 的表達，成年后的表達低于胚胎期，證明了TRPM7在小鼠早期發(fā)育中的重要地位，TRPM7條件性敲除小鼠的股骨更短以及部分早產(chǎn)兒心臟中TRPM7 含量低導致心血管不穩(wěn)定可以證實這一點［89-90］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，TRPM7 可以調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB 等通路參與到炎癥性疾病中，如炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，ⅠBD）和腎小管上皮細胞炎癥［91-92］。敲低TRPM7 阻斷了腸細胞中TLR4/NF-κB途徑激活，此途徑的激活會促進下游炎性因子的釋放，致使腸組織損傷。同時TRPM7 的敲低可以激活MEK/ERK 通路、增強細胞增殖，通過兩種通路的共同作用阻斷細胞凋亡，減弱炎癥。在腎上皮細胞中，TRPM7 的敲低降低了MAPK 的活化以減少一些可誘發(fā)炎癥的蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子的激活。對于HSH 而言，早在2002年已經(jīng)確定了TRPM6是HSH的致病因素［93-94］，然而只有TRPM6/TRPM7 異四聚體才能發(fā)揮通道功能，通過對兩個存在HSH 患者的家族進行全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)患者的TRPM7基因出現(xiàn)了罕見突變，其中G1046A 能夠誘導TRPM7 通道功能喪失，由此TRPM7可以確定為HSH的候選基因［95］。

5 TRPM7小分子調(diào)節(jié)劑

盡管TRPM7 在多種疾病中扮演著重要角色，但是目前TRPM7 特異性的調(diào)節(jié)劑并不多，早期研究發(fā)現(xiàn)TRPM7 可被多種內(nèi)源性物質(zhì)調(diào)節(jié)，如細胞內(nèi)游離的Mg2+、PⅠP2、胞質(zhì)的酸堿度，近年來小分子調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)成為熱點，靶向TRPM7 通道所開發(fā)的小分子調(diào)節(jié)劑有11 種，僅有CCT128930 進入臨床前研究階段。其余化合物停留在生物學檢測階段，數(shù)量極少且缺乏特異性。如2-APB，通過干擾多種與鈣信號有關(guān)的蛋白質(zhì)和細胞質(zhì)酸化機制等方式抑制TRPM7電流，IC50為178 μmol/L［96-98］；廣譜絲氨酸蛋白酶抑制劑和抗凝血劑Nafamostat 抑制TRPM7 通道，IC50達到617 μmol/L［99］；香芹酚和幾種5-脂氧合酶抑制劑（NDGA、AA861 和MK886） 也需要在較高濃度下阻斷TRPM7 電流［100-101］。缺少特異性TRPM7調(diào)節(jié)劑和已發(fā)現(xiàn)的小分子調(diào)節(jié)劑存在的作用位點不明確、特異性不強、有效劑量過高等問題，使得開展TRPM7 小分子調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)和作用機制研究越發(fā)緊迫。近年來，隨著高通量篩選技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些對TRPM7有相對特異性的小分子抑制劑（表1）和激動劑（表2）。

Table 1 Inhibitors of TRPM7 channel表1 TRPM7通道抑制劑

Table 2 Agonists of TRPM7 channel表2 TRPM7通道激動劑

5.1 抑制劑

Waixenicin A 是 從 軟 珊 瑚 （Sarcothelia edmondsoni）中提取的天然萜類化合物，是第一個有效且相對特異性的TRPM7 通道抑制劑，可以抑制海馬神經(jīng)元中的TRPM7 通道調(diào)節(jié)鈣離子內(nèi)流及骨架蛋白，從而影響海馬神經(jīng)元的生長發(fā)育［102］。Waixenicin A 對TRPM7 同源性最高的TRPM6 通道無抑制作用，僅輕微影響TRPM2、TRPM4 和Ca2+釋放激活的Ca2+通道（CRAC 通道）。在細胞內(nèi)液含有700 μmol/L Mg2+的亞生理條件下，Waixenicin A對TRPM7 通道的IC50為16 nmol/L，去除細胞內(nèi)液Mg2+后，其效應大幅度降低，IC50達到7 μmol/L，說明Waixenicin A可以與胞內(nèi)Mg2+協(xié)同抑制通道活性。但是在過表達TRPM7 缺乏激酶結(jié)構(gòu)域（TRPM7-ΔK）的HEK293 細胞中發(fā)現(xiàn)，在細胞內(nèi)液和外液完全不含Mg2+的情況下，300 nmol/L Waixenicin A 也可以完全抑制TRPM7 樣電流［98］。根據(jù)以上結(jié)果可以猜測，Waixenicin A 的效應不依賴Mg2+，二者協(xié)同作用的產(chǎn)生很可能是由于Mg2+和L1648 殘基（Mg2+結(jié)合位點） 結(jié)合后，使得TRPM7 轉(zhuǎn)變成能和Waixenicin A 高親和力結(jié)合并有效阻斷通道的構(gòu)象狀態(tài)，這一新型天然化合物的發(fā)現(xiàn)為此類化合物藥效團結(jié)構(gòu)活性的研究提供了新的方向。最近在研究者構(gòu)建的缺氧-缺血性腦損傷小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，Waixenicin A 對新生小鼠的腦部形態(tài)和短期、長期功能恢復都具有顯著的改善，且提示鈣調(diào)蛋白質(zhì)依賴的激酶、p38和Cofilin等因子可能參與其中，該結(jié)果進一步支持TRPM7 是具有前途的神經(jīng)保護藥物開發(fā)靶點［103］。

小電導鈣激活鉀（small conductance calcium activated potassium，SK）通道抑制劑，如奎寧、CyPPA、喹啉、NS8593、SKA31 和UCL1684 也可抑制TRPM7 通道，NS8593 是其中活性最強的分子。NS8593最早作為SK通道抑制劑上市，如今被證明是TRPM7 通道高活性、高選擇性、可逆的抑制劑。當細胞內(nèi)液不含有Mg2+時，NS8593 對TRPM7 通道的IC50為（1.6±0.1）μmol/L，在細胞內(nèi)液含有300 μmol/L Mg2+時，NS8593對TRPM7的IC50值為（5.9±0.5）μmol/L，說明此化合物效應也會受到Mg2+的影響。NS8593對其他TRP家族通道無明顯的調(diào)節(jié)效應（TRPM2、TRPM5、TRPM8、TRPC6、TRPV1 及TRPA1），對TRPM6 電流抑制的IC50約為26.7 μmol/L，是對TRPM7的IC50的5倍以上，證明其對TRPM7 的良好選擇性。位于激酶域催化位點的高度保守的殘基K1646R突變可阻斷TRPM7 的激酶功能且不影響通道功能，該突變體電流可被10 μmol/L NS8593 抑制，說明NS8593 對TRPM7 的 抑 制 作 用 不 需 要 激 酶 結(jié) 構(gòu) 域［104］。TRPM7 孔環(huán)的兩個保守性殘基（E1047、Y1049）對二價陽離子的滲透至關(guān)重要。E1047Q 突變可導致通道對單價陽離子的滲透增加而不通透二價陽離子，該突變體對于NS8593 的抑制作用無影響，但TRPM7-Y1049P 突變體對NS8593 的親和力提高，與野生型TRPM7 相比，NS8593 對Y1049P 突變的IC50值降低至原來的1/4 左右。這些結(jié)果表明，TRPM7 孔道區(qū)參與了和NS8593 的相互作用。目前，NS8593 被廣泛用作TRPM7 通道研究的工具分子。

鞘氨醇（SPH）是質(zhì)膜鞘脂的核心組成部分，SPH和其合成同系物FTY720均可有效抑制TRPM7通道的活性。FTY720是鼠尾草素（ⅠSP-1）的衍生物，于2010 年獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準作為一種治療多發(fā)性硬化癥的口服藥物［108］，對TRPM7 的IC50為0.7 μmol/L，是TRPM7的強效抑制劑。SPH 和FTY720 作用機制類似，主要通過掩蔽PⅠP2的負電荷，進而降低TRPM7單通道開放概率使通道失活［105］。

針對目前TRPM7 強效抑制劑不足的問題，官子月等［106］利用ⅠonWorks Barracuda 高通量篩選平臺發(fā)現(xiàn)CCT128930 是一個強效TRPM7 通道抑制劑。該分子對TRPM7 通道的IC50在0.86 μmol/L 左右，與TRPM6和TRPM8亞型相比，CCT128930選擇性抑制TRPM7 通道，抑制效應部分可逆。CCT128930 對TRPM7 的抑制幾乎不受生理Mg2+的影響，在含Mg2+內(nèi)液中其對TRPM7 通道的IC50為0.63 μmol/L，在無Mg2+內(nèi)液中為0.86 μmol/L。通過大量的單個位點突變實驗，發(fā)現(xiàn)TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)域不影響CCT128930 的抑制活性，位于通道結(jié)構(gòu)域孔道區(qū)的E1047等氨基酸殘基是這一分子抑制效應的關(guān)鍵性殘基。

5.2 激動劑

TRPM7 激動劑數(shù)量比抑制劑更少，目前僅有兩個分子選擇性相對良好——Naltriben 和Mibefradil。灌流Naltriben（50 μmol/L）可顯著增強U87 細胞中的內(nèi)源性TRPM7 樣電流，且電流能夠隨著對Naltriben 的洗脫而降低，因而Naltriben對TRPM7通道的激活是可逆的［111］。Naltriben在無Mg2+細胞內(nèi)液和低PⅠP2 的條件下均可激活TRPM7通道，EC50值約為20 μmol/L；在細胞內(nèi)液中含Mg2+的時候，由Naltriben引起的電流幅度增加更為明顯，且在50 μmol/L 的濃度下對其他TRP 通道（TRPM2、TRPM8和TRPV1）無明顯的激活作用。因此，Naltriben 被認為是強激動活性、高選擇性、可逆的TRPM7 激動劑［109］。通過一系列孔道區(qū)、TRP 盒和激酶結(jié)構(gòu)域的TRPM7 殘基的突變體研究表明，Naltriben 增強TRPM7 通道的關(guān)鍵位點可能位于TRP結(jié)構(gòu)域中。此外，Naltriben以競爭性方式干擾NS8593和Mg2+對TRPM7電流的抑制作用。

Mibefradil 是另一個活性較好的TRPM7 激動劑，其結(jié)構(gòu)與NS8593 相似，但兩者對通道功能的影響不同。Mibefradil 曾作為Ca2+拮抗劑用于高血壓、心絞痛和充血性心力衰竭等心血管疾病的臨床治療［112］，但因其與多種常用藥物發(fā)生致命的藥物相互作用而退出市場［113］。Mibefradil 能夠刺激TRPM7 介導的Ca2+內(nèi)流，EC50為53 μmol/L，對TRPM7 通道的激活作用迅速且完全可逆，同時對TRPA1、TRPV1、TRPM3 等TRP 通道無影響，具有較好的選擇性。對TRP 盒的S1107 位突變（S1107E）后發(fā)現(xiàn)，Mibefradil對此突變體未產(chǎn)生激活作用，因而認為Mibefradil 通過調(diào)節(jié)通道門控發(fā)揮對TRPM7 的激活作用。與Naltriben 不同，Mibefradil對TRPM7通道的激動作用高度依賴于胞內(nèi)Mg2+，Mibefradil 在細胞內(nèi)生理Mg2+濃度下可有效激活TRPM7 電流，而細胞內(nèi)高濃度的Mg2+會完全消除其激動效應［110］。

2016 年Valinsky 等［114］發(fā)現(xiàn)，鹽皮質(zhì)激素家族中的醛固酮對TRPM7 也有激動效應，醛固酮對TRPM7 的電流有48%的激動的同時，增加了34%的TRPM7 膜蛋白表達。該結(jié)果提示，調(diào)節(jié)體內(nèi)的某些調(diào)節(jié)因子影響TRPM7的表達也是增強TRPM7通道的有效途徑。

6 展 望

TRPM7 是一個具有離子通道結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域的雙功能跨膜蛋白，調(diào)節(jié)細胞Ca2+和Mg2+的穩(wěn)態(tài)，磷酸化底物參與細胞基本功能。TRPM7 在人體組織中廣泛表達，在細胞的生長、分化、遷移、胚胎的早期發(fā)育等生理過程中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，影響人類多種疾病的進程。因此，TRPM7被認為是多種疾病的潛在治療靶點。然而，TRPM7 在各類疾病類型中的具體作用機制尚不夠清晰，不同組織和器官中的信號通路也有待深入闡明，特別是TRPM7 作為疾病治療的藥物靶點的有效性有待進一步研究和確證。例如，雖然TRPM7在多種神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞株中顯著過表達，但已報道的TRPM7 蛋白的表達水平與癌癥患者的疾病嚴重程度和生存率之間的相關(guān)性不強，限制了TRPM7作為抗神經(jīng)膠質(zhì)瘤有效藥物靶點的研究。

目前，靶向TRPM7 通道開發(fā)的選擇性小分子調(diào)節(jié)劑存在數(shù)量少（僅11種）、活性弱、選擇性差和深入開發(fā)不佳的問題。其中，僅有CCT128930進入臨床前研究階段，其余化合物停留在生物學檢測階段。值得注意的是，現(xiàn)有的TRPM7 小分子抑制劑也是其他通道的調(diào)節(jié)劑，因此普遍存在選擇性不佳的問題，如CCT128930 原作為Akt2 激酶抑制劑，在高通量篩選中發(fā)現(xiàn)其對TRPM7 具有強的抑制效應和一定的相對選擇性，但其本質(zhì)并非特異性作用于TRPM7 通道。我們也正在開展基于此結(jié)構(gòu)母核的構(gòu)效關(guān)系優(yōu)化。同時，已有的TRPM7 抑制劑主要是細胞和組織水平的體外活性研究，系統(tǒng)的動物體內(nèi)藥效評價明顯不足，降低了靶向TRPM7的藥物發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化的積極性。此外，已有調(diào)節(jié)劑作用機制的研究也有待深入，目前主要是不同TRPM亞型間的選擇性和定點突變的結(jié)果，無法闡明其具體結(jié)合位點和分子機制，制約了基于結(jié)合口袋的虛擬篩選和合理藥物設(shè)計與改造。因此，優(yōu)化和擴大篩選通量，研究苗頭化合物的藥效和作用機制，結(jié)合已解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，開展系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系優(yōu)化，有助于發(fā)現(xiàn)活性強、選擇性高、體內(nèi)藥效好的化合物，同時促進TRPM7 作為特定疾病類型有效藥物靶標的確證。此外，目前靶向TRPM7 的調(diào)節(jié)劑主要是作用于離子通道結(jié)構(gòu)域，激酶區(qū)的調(diào)節(jié)劑研究相對薄弱，而激酶結(jié)構(gòu)域的重要功能及其與通道結(jié)構(gòu)域之間的相互調(diào)節(jié)作用是TRPM7 蛋白重要的生理病理功能所不可或缺的，靶向TRPM7 激酶區(qū)的調(diào)節(jié)劑發(fā)現(xiàn)也有待加強。