瞬时受体电位A1通道在偏头痛中的研究进展*

宋晓文 陈金波 吴欣彤

（滨州医学院附属医院，滨州256000）

瞬时受体电位通道超家族 (transient receptor potential channel, TRP channel) 是一类分布广泛的非选择性阳离子通道，家族成员均以四聚体的形式发挥功能，四聚体中的每个亚基均存在六个跨膜螺旋(S1-S6)，其中S1-S4结构域为配体结合的反应位点，S5和S6与孔道形成有关[1]。 瞬时受体单位A1通道 (transient receptor potential cation channel subfamily a-member 1,TRPA1) 又称ANKTM1，是TRP离子通道超家族中的一员，主要分布在三叉神经节、迷走神经节及背根神经节等初级感觉神经元上[2]。TRPA1受体具有增加机体视觉、味觉、嗅觉、听觉、触觉和热、渗透感等感受器感知能力，进而促使机体相关细胞感知和应对环境的变化[2,3]。偏头痛是一种临床常见的慢性神经血管性疾病，以强烈的头痛可伴随恶心、畏光和畏声为主要特征[4]。全球成年人群偏头痛患病率为11%，我国约为9.3%，其可导致病人失能给家庭和社会造成沉重负担，偏头痛的发病原因和病理机制仍有诸多问题未明确[5]。临床诊断主要依赖病人的主诉和排除性证据，缺乏客观临床标志物以便临床医师对疾病的诊断鉴别、治疗效果及预后评估等。TRPA1受体可被多种外源性及内源性化学刺激物激活，参与组织器官对伤害性刺激的调节，目前研究者越来越多聚焦于TRPA1在三叉脑膜传入神经中所起的作用[6,7]。近年来，国内外大量研究致力于偏头痛发病过程中生物活性物质的研究，以期找到相关标志物从不同层面反映偏头痛的病因和病理生理，为未来偏头痛病人提供个体化、精细化诊疗提供理论依据。根据近5年的文献报道，本文对TRPA1在偏头痛疾病中的作用进行概述。

1.TRPA1的结构和性质

首次发现TRPs是在研究果蝇视觉传导系统研究中得知其存在，TRPs是由细胞膜上的一类重要阳离子通道构成的蛋白超家族[1,5]。在哺乳动物类中，TRPs通道划分为TRPC、TRPV、TRPM、TRPML、TRPA和 TRPP (The polycystin transient receptor potential ) 6个亚家族，成员均有S1-S6的6次跨膜结构域组成的同源或异源四聚体，且NH2和COOH末端定位于胞浆内，S1-S4结构域可通过门控小孔作为配体结合的反应位点，S5-S6跨膜结构域亲水区形成孔道，在细胞质内的S6单环末端构成了一个低限阀，它可通过开关调控阳离子进入通道[7,8]。研究证实，TRPs的功能与Ca2+密切相关，而Ca2+作为细胞内的第二信使在细胞内参与多种信号机制的激活与调控[9,10]。TRPA1[2]首次从人类肺成纤维细胞中分离出类似锚蛋白跨膜蛋白，学者们[3]在小鼠背根神经节中发现其表达一种被称作ANKTM1的锚蛋白，经蛋白-基因序列分析证实其为TRPs家族一员，即TRPA1。TRPA1是TRP离子通道超家族中的一员，具备TRPs分子结构和功能，“A”指的是锚蛋白(ankyrin)，较其他TRPs成员不同的是其N端存在至少14个与锚蛋白结合的重复序列[1,4,11]。同时，在TRPA1的N端包含有2个螺旋的钙结合基序结构域，但结构域的作用尚未见明确报道[12]。TRPA1主要分布于背根神经、三叉神经和迷走神经等初级感觉神经元上，且TRPA1主要表达的小神经元上可与TRPV1共表达，同时绝大多数也表达CGRP和SP。故它们的共表达特性为研究TRPA1和相关神经传导物质在功能上的相互联系提供了形态学基础[13]。目前研究证实[6,13]，在一些非神经细胞上也有TRPA1的表达，如内耳毛细胞、血管内皮细胞、胰岛细胞、心肌细胞和滑膜成纤维细胞等。

2. TRPA1的功能

近年来发现TRPA1参与温度、化学、机械性刺激等所导致的痛觉的形成，且对于热感应有所影响作用，具有独特的生理可塑性[8,10]，随着深入的研究，大量证据表明TRPA1在痛觉的产生及痛觉敏感性增强的病理过程中起重要作用[2~4]。最新研究表明[1,9]，TRPA1基因敲除的小鼠研究进一步明确了TRPA1的多种功能和通道作用机制。目前由于对TRPA1的研究中缺乏特异性的阻断剂等药理学研究策略，故目前研究局限于低度特异性拮抗剂、RNAi、遗传信息模型和间接测定研究方法等。

众多研究已报道了异源表达的TRPA1可被有害低温(低于17℃)直接刺激激活，其作为冷觉感受器的功能已被广泛研究[2,3]。另有相关研究[12]表明，异源表达的TRPA1无法被低温激活，且通过记录小鼠第一次对冷产生反应的时间，发现野生型、杂合型和基因敲除的小鼠对于冷刺激的行为反应表现相似，推测TRPA1可能不参与急性冷刺激的感应产生，但小鼠长时间有害低温的行为反应则需要TRPA1的参与。也有研究认为低温并不直接激活TRPA1，而是由于低温导致细胞内贮存的Ca2+释放，因而促使Ca2+依赖性的离子通道的激活，这些离子通道包括TRPA1通道；研究者[5,10,11]用原位杂交技术筛选小鼠内耳中表达的所有TRPA1通道时，发现在小鼠新生毛细胞的感觉上皮中高表达TRPA1，相关文献[7,9]报道在胚胎发育期小鼠、青蛙的毛细胞等有TRPA1的表达。通过RNAi剔除TRPA1的表达可在很大程度上降低毛细胞的传导电流，异凝集素B消极的背根神经节神经元产生体细胞膜电流可被TRPA1阻断剂HC-030031抑制，且在TRPA1基因敲除的小鼠中相关的指标消失，推测TRPA1作为听觉感受器起作用[9,13]；TRPA1可通过G蛋白和缓激肽(bradykinin, BK)偶联的受体B2R与BK信号肽偶联，这表明TRPA1介导疼痛病理过程的某个环节[7,12]。如果给予基因敲除小鼠缓激肽引发的急性痛反应更低，且时间长了急性痛反应可消失，这表明TRPA1对于缓激肽引发的炎症疼痛感觉起调节作用[27]。研究者通过基因敲除的小鼠与野生型、杂合型小鼠给予芥子油干预进行对比实验，结果得出基因敲除小鼠明显表现出更少的疼痛反应，这表明TRPA1参与调节由芥子油引起的疼痛感觉[3,12]。曾有研究者通过在响尾蛇的三叉神经节上特异性的TRPA1高水平表达结合相关动物实验结果，推测TRPA1可能参与蛇类红外感知能力[5,13]，再深入研究且综合生物信息学、解剖学和功能研究的结果表明，TRPA1的温觉感受功能在蛇类红外感知中扮演重要的角色。

3. TRPA1通道的激活

数条受体激活途径可开启TRPA1通道，TPRs通道均可被磷脂酶C (protein kinase C, PKC) 激活，且在TRPA1受体激活过程中G蛋白偶联受体也发生了重要作用[7,9,12]。除了受体激活途径外，还有配体激活途径，目前已报道有一系列的化学刺激（激动剂）可激活TRPA1受体通道，如桂皮醛（肉桂）、异硫氰酸盐类（芥子油、绿芥末等）、芥末油（芥末）、丙烯醛（香烟）等[1,2,7]。TRPA1激动剂根据激活形式可分为亲电子和非亲电子类，亲电子激动剂大部分通过与TRPA1通道N端的半胱氨酸残基形成可逆性的共价修饰来实现激活作用；而非亲电子性激动剂对TRPA1通道有双向调节作用，即低浓度表现激活作用，高浓度表现为拮抗作用，这具体机制可能与非半胱氨酸位点相互作用有关[12,14]。近研究[1,7,14]认为内源性氧化产物与外源性亲电子物质作用相似，激动剂通过与TPRAl的N端半胱氨酸残基共价相互作用激活TRPA1。最近研究[7,13]发现，在组织损伤、炎症、氧化应激及硝化应激过程中释放的内源性化合物也可激活TRPA1，如前列腺素J2、一氧化氮 (nitric oxide, NO) 等。TRPA1受体激活后会引起钙调素基因相关肽 (calcitonin gene, related peptide, CGRP)、P物质(substance P, SP)、缓激肽等神经肽类物质的释放，引起炎症性疼痛产生[1,10~14]。同时，TRPV1受体激活后可增加细胞Ca2+内流，增强内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS) 磷酸化且活化蛋白激酶A (protein kinase A, PKA)，产生更多的NO等氧自由基物质，最终可增加伤害性刺激对机体伤害，或者与其他通路形成正反馈机制参与疼痛病理生理变化[7,11,14]。根据近年来研究[1~4,15]推测，肿瘤化疗药物产生显着的氧化应激反应导致周围神经 痛 (chemotherapeutic-induced peripheral neuropathy,CIPN)，TRPA1作为氧化应激反应产物的受体主要分布于感觉神经元上，认为参与CIPN 的产生，但这个问题仍然备受争议。

4. TRPA1与偏头痛

偏头痛属于慢性中枢神经系统功能障碍性疾病一种，发作时以单侧或双侧头部搏动样疼痛为典型临床表现，发作前可伴有视觉、感觉和运动等先兆[4]。全球成年人群偏头痛患病率为11%，我国约为9.3%，其可导致失能，严重影响病人的身心健康及生活质量，给家庭及社会带来巨大的经济负担[5]。有关偏头痛病理生理机制学说，虽己取得明显进展及深入认识，但其明确的机制目前尚未见报道[4,5]。因此，目前尚缺乏客观临床标志物以便临床医师对疾病的诊断鉴别、治疗效果及预后评估等，同时，针对于偏头痛有效治疗和预防慢性化等方案，目前国内外尚无报道[2]。近年来，TRPA1和偏头痛疾病的关系已成为焦点。

近年来大量基础实验和流行病学研究结果表明，TRPA1在痛觉的产生及痛觉敏感性增强的病理过程中起重要作用，硬脑膜是颅内重要的疼痛感受部位，三叉神经主要密集分布于硬脑膜及其血管周围区域，免疫组化和原位杂交研究显示三叉神经节细胞表达TRPA1，部位与TRPV1共表达，阳性细胞主要表达于脑膜神经纤维基质周围血管[7,12~14]。大多偏头痛由内源性或外源性药物引起的头痛[5]。有文献[5,12]强调，在机体接触某些食物（如酒精、巧克力等）或暴露于特定环境（如空气污染、香烟烟雾、寒冷等）等高度异质性的一系列触发因素中可引起偏头痛发作，可能这些物质参与内源性的细胞膜脂质过氧化产生的氧化应激反应[16]，也可能这些物质作用于感觉神经末梢，激活TRPA1受体和/或TRPA1高表达，进而引起一系列神经源性炎症反应[8~10,17]。在偏头痛疾病病理生理机制中，偏头痛发作和偏头痛慢性化可能受一个复杂且相互作用的系统调控，这一调控系统中三叉神经的外周及中枢痛觉通路激活后引起偏头痛病人颅内痛觉产生和颅内血流改变，这些支配血管的感觉神经含有大量血管活性物质，如SP、CGRP、NO等[7,12,15]。基于偏头痛发病机制中的三叉神经血管学说，缓激肽、前列腺素、低PH值、炎症分泌物等致炎因子可以直接或间接兴奋TRPA1离子通道，激活的离子通道参与伤害性冲动传导，即从初级感受神经传入纤维传递到二级神经元即三叉神经脊束尾侧核、丘脑等中枢感受器而产生疼痛感觉[1,12,14]。致炎因子也可通过化学敏感神经传入纤维，兴奋TRPA1受体，促使CGRP、SP、神经激肽A、速激肽等血管活性物质释放，从而调节相应神经血管支配的硬脑膜血流增加和脑血管通透性增加，且血管活性物质影响硬脑膜肥大细胞，促使细胞释放类胰蛋白水解酶激活硬脑膜的化学感受器，形成硬脑膜-TRPA1-神经活性物质正反馈机制，从而加重偏头痛发作和偏头痛慢性化形成[7,12,16]。

对于颅外组织接受到疼痛等伤害性刺激后兴奋颅内初级感觉神经分支，促使硬脑膜相应部位释放血管活性神经肽。研究[7,18]表明，通过吸入有害物质（如氯化铵、丙烯醛、芥末油、伞桂酮等）刺激三叉神经支配的鼻黏膜上的TRPA1、TRPV1受体，激活的受体将伤害性信号通过三叉神经支配的鼻黏膜传入纤维侧支传递到硬脑膜及脑血管，促使脑膜血管舒张，最终诱发偏头痛发作。然而，上述反应的确切机制仍有待进一步研究明确。文献报道[17~19]，菊科类药物（如小白菊）作为TRPA1的部分激动剂，具有抗偏头痛作用的一种生物活性化合物，通过小白菊药物初步适度激活TRPA1受体，促使该受体保持稳定持久的脱敏状态和感觉神经元（包括脑膜三叉神经末梢）机能的丧失，从而内外源性刺激均不可刺激组织释放CGRP等血管活性物质，起到通道依赖性镇痛作用[19]。推测小白菊等菊科类药物可能具有阻止偏头痛急性期三叉神经血管-CGRP系统血管舒张过程的作用，起到治疗偏头痛发作的效果[20]。目前，TRPs受体拮抗剂治疗偏头痛的研究少见，且缺乏临床疗效报道案例和大型流行病学研究。以TRPA1为靶点的基础实验和临床研究可能为未来治疗偏头痛和预防慢性化等头痛疾病药物的研究开辟新方向。

目前关于偏头痛相关疾病的相关活性物质主要有：CGRP、多巴胺、SP等物质，但根据目前国内外研究可知，此类物质在偏头痛发作时升高，发作后下降，也有报道发作时不升高，个体间的差异不同，没有统一的诊断水平，且此类生物活性物质半衰期过短，其检测方法不统一，不同研究结果差异较大[1~4]。根据目前偏头痛发病机制的研究可知，三叉神经炎症学说占据主要位置，相关活性物质激活三叉神经微血管系统，可促进中枢即外周的神经元敏感性改变，参与偏头痛的痛觉发生及调控过程[1,2]。研究证实，TRPA1物质半衰期长，易于化验检测和TRPA1水平在一定时间段的演变，且根据其功能及参与偏头痛发病过程，具有一定的敏感性和特异性，但目前缺少临床试验证据[2,20]。有研究针对偏头痛遗传因素遗传学标志物检测，偏头痛基因因素包括单基因致病和多基因或多因素相互作用结果，存在易变性和复杂性，目前尚未见明确基因报道[3,19]。国外有研究显示，通过表观遗传学标志物中DNA甲基化或组蛋白修饰等调控基因表达方式探讨了CGRP、TRPA1是与偏头痛发作有密切关系的一种生物活性物质[7~10]。有研究显示，外周血细胞TRPA1启动子区的甲基化差异与痛觉敏感度有关，这提示通过外周血细胞的表观遗传学变化可揭示偏头痛发病机制之一[2,20]。TRPA1在偏头痛硬脑膜感觉神经元上感受伤害性刺激中起到重要作用，通过血液检测其水平变化、遗传学相关技术（基因测序、表达芯片等）及表观遗传学研究方法成熟测定用于偏头痛的临床诊断、治疗、预测评估，这些具有大量实验研究意义。

5.结语与展望

近年来，TRPA1在偏头痛疾病中的作用及机制，已受到国内外研究者越来越多的重视，但TRPA1的激活对偏头痛发生发展的影响尚无定论。大量研究证明TRPA1可作为新型镇痛药作用靶点起到镇痛作用，阻止急性疼痛向超敏状态的转变，目前已有治疗神经性病理痛疾病相关药物进入三期临床试验[18]。研究以TRPA1或其作用通路中某一特定环节为靶点的新药物将具有重要的临床价值与广泛的应用前景，可能为偏头痛疾病的治疗和/或预防提供新思路，同时，也为偏头痛临床诊疗及预后评估的稳定、特异及敏感性生物标志物的实验研究提供思路。

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