钙激活氯离子通道TMEM16A在部分组织中的研究进展

赵祺

细胞中氯离子的跨膜运动运动与大量的生理过程相关。这其中包括几乎所有上皮细胞的分泌功能，感觉冲动的传递，以及各种解剖部位的平滑肌收缩[1]。

以前的研究，在不同上皮组织上已经确定，氯离子的分泌主要有两种不同的方式：包括cAMP刺激的和钙离子激活的。早期利用囊性纤维化（CF）患者呼吸上皮的研究证实了cAMP刺激的Cl-分泌。然而，这些组织也同样表现出表现出明显的Ca2+激活的氯离子介导的电流，特别是给药刺激Ca2+通道后，如离子霉素或A1387。此外，从CF患者胰腺肿瘤中分离出的细显示出类似的Cl-分泌情况。这就可能会导致，观察到的Ca2+激活的氯离子电流在没有cAMP刺激的Cl-电流的情况下，起到了补偿的作用。991年，Kartner等人证明了CF基因可以在本身无Cl-分泌的无脊椎动物（Sf9细胞）导致cAMP刺激的Cl-电流的出现[1]。然而，在CF患者上皮组织中观察到Ca2+激活的氯离子的电流仍不清楚。

随着囊性纤维化跨膜调节剂（CFTR）的重大发现，许多科学家也对Ca2+激活的氯离子通道（CaCC）的身份进行鉴定。在追求CaCC的分子同一性时，一种蛋白质现在被称为CLCA1受到了早期的关注。最初这种推测的CaCC是从牛气管中克隆和分离出来（bCLCA1）。这种115-kD的abCLCA1蛋白，翻译后修饰为38-kDa蛋白，是一种能够产生宏观电流的通道。然而，这个通道对1M二硫苏糖醇（DTT;还原剂）具有敏感性，这是以前没有报道的天然CaCC的抑制剂。但是当bCLCA1重组为COS-7Cetls时，电流对100pM尼氟酸（CaCC抑制剂）不敏感，而CaCC则完全敏感。还有几个小组发表了以CLCA3为重点的研究，证明该蛋白是从细胞分泌的，并作为细胞外蛋白酶发挥作用。本文与观察到的来自天然通道的功能差异基本证实了CLCA家族不是CaCC，蛋白质组更有可能是细胞外蛋白酶[2]。

最近，一种新的CaCC的身份被确定，就是TMEM16A。在1008年，TMEM16A首次被三个不同的小组描述为CaCC。正如前面所讨论的，早期的被认为是CaCCs的离子通道没有表现出类似于本地识别的通道的电生理特性。然而，TMEM16A是第一个显示Ca2+激活的氯离子通道，与在许多组织[3]中发现的天然通道相匹配的激活。Yang等人在亚微摩尔和低微摩尔Ca2+的浓度下，TMEM16A表现出轻微的电压依赖性，这与天然蛋白质相似[1]。这一效应在更大的去极化电位下被更大程度地激活。此外，该组利用对小鼠进行静脉注射的小干扰RNA（SiRNA）的方法，阐明该通道在唾液分泌中可能发挥的作用。皮罗卡品（毒蕈碱激动剂）刺激唾液分泌受到明显抑制，颌下腺TMEM16A免疫染色相应减少。本文也阐述了这种特定的CaCC不仅普遍存在，而且也确定是CaCC的可能性[3]。

在上述这些初步发现之后，大量的研究集中在TMEM16A的物理特征上。有研究将TMEM16A融合到GFP中证明，TMEM16A在质膜中作为二聚体存在[4]。

在确定TMEM16A为CaCC之前，有研究表明，该基因的破坏会导致气管软化，在新生小鼠生命的头几天内是致命的[4]。在发现TMEM16A作为CaCC之后，Ousingsawat等人。从全身TMEM16A基因敲除小鼠的新生鼠中分离气管，用Ussingchamber研究了其电流[5]。对药物激动剂，如ATP和CCH的反应，这些药物会引起细胞内Ca2+的释放但是在敲除小鼠中显著衰减，表明TMEM16A在Ca2+激活的氯离子电流中起主要作用。在最初的研究幾年后，该组成功地利用FOXJ1启动子构建了在纤毛呼吸上皮中敲除TMEM16A的模型。再次，利用Ussingchamber进行研究，同样电流显著衰减。而传统的全细胞膜片钳也显示出类似的反应[5]。

有些文章也证明了，TMEM16A存在于人支气管上皮细胞中。许多研究也利用不同的呼吸道细胞系，也确定了TMEM16A的存在。而且原代呼吸道上皮细胞的培养，以及永生化细胞系，证明了TMEM16A在呼吸病理中的意义。细胞因子白细胞介素-4（IL-4）已被确定可以在呼吸道中上调TMEM16A蛋白的表达。IL-4也是呼吸性甲状腺肿的主要参与者，如慢性顽固性肺病（COPD）和哮喘[4]。从哮喘患者中分离出的呼吸道上皮的免疫荧光清楚地表明TMEM16A表达增加[5]。此外，在原代培养的人支气管上皮中，TMEM16A似乎调节粘蛋白的分泌，而粘蛋白是炎症性气道疾病[3]的主要特征之一。总之，TMEM16A可能会是针对气道炎症疾病的靶向治疗的基石。

另一方面，TMEM16A为囊性纤维化的治疗提供了新的治疗靶点。以前发表的使用cftr-/-小鼠只表现出了轻微的病症，这与人类观察到的疾病相反。与人体病理比较，小鼠病理程度最低的器官中含有大量的Ca2+激活的氯离子的分泌。而这种分泌阻止了严重的病理在肺内发展[1]。考虑到这一点，许多研究集中在增加TMEM16A在人体组织中的功能或表达，以帮助减轻CF的症状或潜在地逆转CF的一些相关病理[4]。

类似于TMEM16A最开始报导在呼吸道上皮中介导Ca2+激活的氯离子的分泌，新生小鼠的结肠上皮也是研究的方向。而且也在几种人结肠上皮细胞系中观察到TMEM16A。HT-29和T84细胞株均表现出TMEM16A的表达，特别是免疫印迹的结果[3]。一些研究也表明，该通道可能在结肠癌的演变中发挥潜在作用。已观察到TMEM16A参与细胞凋亡而且通道的上调可以增加肿瘤的生长和侵袭[4]。也有一些研究表明TMEM16A可能参与炎症性肠病等疾病发展的机制。

与TMEM16A相关的治疗在结肠上皮中还没有临床应用，而且关于CaCC如何参与这些非常复杂的疾病等许多问题仍未解决。但小分子抑制剂有可能在结肠癌治疗中作为辅助治疗起到作用。

虽然本文的大部分内容主要集中在呼吸道和结肠上皮，但值得注意的是，TMEM16A在其他几个上皮组织中被描述为CaCC[5]。已观察到胰腺导管细胞系中表达TMEM16A。此外，来自小鼠、大鼠和人类起源的胆道上皮在功能上被证明表达TMEM16A[4]。因此许多其他上皮组织可能表达TMEM16A，并可能是未来的研究努力。

鈣激活氯离子通道TMEM16A，是一种天然蛋白质，广泛地表达于多种上皮组织。虽然该通道大部分的结构和功能已被阐明，但关于潜在的蛋白质-蛋白质相互作用仍有许多未知。这些相互作用可以揭示该通道在癌症和炎症性气道疾病等复杂疾病中可能发挥的功能。继续研究提高TMEM16A在CF患者质膜中蛋白表达的治疗方法仍在深入研究中，希望有一天能成为改善CF症状和相关病理的重要组成部分。希望随着持续的研究，靶向治疗可以及时转化为临床使用，以造福广大患者。

参考文献：

[1]Browner， M.; Ferkany， J.W.; Enna， S.J. Biochemical identification of pharmacologically and functionallydistinct gaba receptors in rat brain. J. Neurosci. 1981， 1， 514-518.

[2]Cozens， A.L.; Yezzi， M.J.; Kunzelmann， K.; Ohrui， T.; Chin， L.; Eng， K.; Finkbeiner， W.E.; Widdicombe， J.H.;Gruenert， D.C. Cftr expression and chloride secretion in polarized immortal human bronchial epithelial cells.Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 1994， 10， 38-47.

[3]Devor， D.C.; Singh， A.K.; Lambert， L.C.; DeLuca， A.; Frizzell， R.A.; Bridges， R.J. Bicarbonate and chloride secretion in calu-3 human airway epithelial cells. J. Gen. Physiol. 1999， 113， 743-760.

[4]Gallos， G.; Remy， K.E.; Danielsson， J.; Funayama， H.; Fu， X.W.; Chang， H.Y.; Yim， P.; Xu， D.; Emala， C.W.， Sr.Functional expression of the TMEM16 family of calcium-activated chloride channels in airway smooth muscle. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2013， 305， L625-L634.]

[5]Manoury， B.; Tamuleviciute， A.; Tammaro， P. TMEM16A/anoctamin 1 protein mediates calcium-activated chloride currents in pulmonary arterial smooth muscle cells. J. Physiol. 2010， 588， 2305-2314.