TRPM2通道与炎症反应①

索婷姣 蒋丽娜 赵自刚 （河北北方学院微循环研究所，张家口 075000）

瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）通道由700~2 000 个氨基酸残基组成，位于细胞膜或胞内细胞器膜上的一类重要的非选择性阳离子通道，在研究果蝇光反应异常突变时发现。目前，哺乳动物TRP 通道家族可分为6 大亚家族，共28 种通道蛋白，具体包括 TRPC（TRP canonical）、TRPV（TRP vanilloid）、TRPM（TRP melastain）、TRPA（TRP ankyrin）、TRPP（TRP polycystin）和 TRPML（TRP mucolipin）通道亚家族。在诸多TRP 亚家族中，TRPM 通道分布最广泛，生物学功能最多样。TRPM亚家族包括TRPM1~TRPM8等8个成员。TRPM2通道是新近发现的一种非谷氨酸依赖性离子通道，通过介导阳离子内流，尤其是Ca2+，参与体内诸多信号通路的调节过程，从而参与多种病理过程中炎症反应的发生与进展，进而参与非感染性因素、感染性因素引起炎症相关疾病的发生发展。本文主要综述TRPM2通道参与炎症反应，以及在炎症反应相关疾病中作用的研究进展。

1 TRPM2通道的结构与分布

1.1 TRPM2 通道的结构 人类TRPM2 基因位于21q22.3 号染色体，由32 个外显子组成，大小约为90 kb；TRPM2蛋白包含1 503个氨基酸（小鼠和大鼠均为1 507 个），分子质量为170 kD。TRPM2 蛋白约含700 个氨基酸的N 末端区域，以及与之相连约300 个氨基酸的6 次跨膜结构、约100 个氨基酸的高卷曲螺旋区域（coiled-coil region，CCR）、约30 个短氨基酸的连接区域以及其特有的约含300个氨基酸的C 末端腺苷二磷酸核糖（adenosine diphosphate ribose，ADPR）焦磷酸酶同源结构域构成［1］。作为6次跨膜蛋白（S1-S6），TRPM2 通道的离子通透区域位于S5 和S6 之间，其N 末端和C 末端均位于细胞内。另有由25个氨基酸构成相对保守、独特的TRP结构域，位于 S6 尾端的 C 末端。C 末端含有与 ADPR 焦磷酸酶NUDT9 高度同源的水解酶结构域（NUDT9 homology domain，NUDT9-H，也称Nudix 样结构域），用以结合ADPR，使通道开放，引起Na+、K+、Ca2+等阳离子进入细胞［2］。

1.2 TRPM2通道的分布 TRPM2通道几乎分布于所有的组织和细胞。具体的组织如脑、骨髓、胰腺、胃、肠、骨骼肌、脂肪、心脏、血管、胎盘等，其中大脑表达最高，而且在海马体、大脑皮层、丘脑和中脑等组织中均有分布；具体细胞包括内皮细胞、免疫细胞、小胶质细胞、心肌细胞、平滑肌细胞和胰岛细胞等，其中树突状细胞（dendritic cell，DCs）表达最高［3］。

1.3 TRPM2 通道的激活和抑制 研究表明，氧化应激过程中TRPM2依赖ADPR/聚ADP核糖聚合酶1（poly ADP-ribose polymerase 1，PARP-1），引起 Ca2+内流［4］。TRPM2通道门控剂的潜在来源是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）糖水解酶，例如外切酶CD38。细胞内外的CD38 通过水解 NAD+产生 cADPR 和 ADPR，激活TRPM2 通道。H2O2通过线粒体的 cADPR/ADPR 或PARP-1/PARG 途径，协同激活TRPM2 通道。因此，ADPR 被认为是TRPM2 通道最有效的激活剂。TRPM2通道的其他激活剂包括NAD、四氧嘧啶以及活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）、活性氮自由 基（reactive nitrogen species，RNS）和 H2O2等［5-6］。以上激活剂通过直接或间接的方式激活TRPM2 通道，引起相应的生理或病理作用。其中，ROS 诱导的PKC激活和TRPM2-S的Ser39磷酸化，使TRPM2-S与 TRPM2 的解偶联，解除了 TRPM2-S 对 TRPM2 的抑制，引起TRPM2通道开放［3］。

TRPM2 通道的拮抗剂包括邻氨基苯甲酸（anthranilic acid，ACA）、12-deacetylscalaradial（DSD）、氟灭酸（flufenamic acid，FFA）、克霉唑和姜黄素、单磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）、8-溴-环二磷酸腺苷核糖（8-bromo-cyclodiphosphate ribose，8-Br-cADPR）和2-氨基乙氧基二苯（2-aminoethoxydiphenyl borate，2-APB）、还有一些金属阳离子等［7-9］，目前尚无特异性拮抗剂。因此，深入研究、开发TRPM2 特异性抑制剂，有助于更好地了解TRPM2功能。

2 TRPM2通道参与炎症反应的免疫学基础

2.1 激活TRPM2通道通过免疫细胞启动炎症反应的作用 鉴于TRPM2 通道在单核细胞、中性粒细胞、DCs、T 淋巴细胞和巨噬细胞等免疫细胞中大量表达［10］，且TRPM2通道通过控制外源性细菌衍生肽和内源性炎症趋化因子，引起中性粒细胞、DCs和巨噬细胞定向迁移，故TRPM2通道在炎症发生中的作用受到关注。

当发生细菌感染或组织损伤导致细胞损伤、氧化应激和炎症反应时，细胞因子、趋化因子和CD38、NAD+底物在炎症部位蓄积，CD38 将NAD+转化为Ca2+、cADPR和ADPR，激活TRPM2通道，细胞外Ca2+内流，并与趋化因子受体连接协同，而持续Ca2+信号诱导细胞骨架肌动蛋白的重排，并允许中性粒细胞遵循趋化梯度进入炎症部位。因此，在炎症反应发生过程中，激活TRPM2 通道促进中性粒细胞产生IL-8、IL-6、IL-10 以及 TNF-α，促进炎症反应；抑制TRPM2 通道可以抑制中性粒细胞聚集与迁移，进而减轻炎症反应［11］。在硫酸葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导结肠炎的小鼠炎症肠病模型中，敲除TRPM2 基因，明显减少了C-X-C 趋化因子配体2（C-X-C motif chemokine ligand 2，CXCL2）表达、中性粒细胞浸润，并缓解了重症结肠炎的症状［12］。血管内皮细胞（vascular endothelial cells，VECs）作为血管内皮屏障的重要介质，在炎症损伤部位，大量产生的ROS，诱导中性粒细胞和VECs 的TRPM2通道激活，细胞内Ca2+增加，引起VECs损伤、血管通透性增加，同时中性粒细胞迁移能力增强，通过内皮屏障，迁移到组织，导致炎症反应与水肿形成［13］。

抑制T细胞的TRPM2通道活化，减少Ca2+内流，进而可以阻止刀豆蛋白A（concanavalin A，ConA）介导的 T 细胞死亡，从而影响 T 细胞的增殖能力［14］。激活DCs 的TRPM2 通道，促进了DCs 的分化和迁移，而缺乏TRPM2 的DCs 则表现为成熟受损和趋化因 子 激 活 的 定 向 迁 移 受 损［11，15］。 H2O2通 过 激 活TRPM2 通道，引起Ca2+内流，在单核细胞中触发Pyk2 磷酸化，从而以Ras 依赖的方式活化Erk，诱导Rela 核转位，进而激活趋化因子IL-8/CXCL8 基因转录［16］。在人 U937 单核细胞系，TRPM2 通道活化介导了趋化因子产生，进一步诱导中性粒细胞的迁移和浸润，引起组织损伤。siRNA 敲低TRPM2 表达，导致H2O2介导的Ca2+缺乏，从而减少随后的核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）激活IK-8/CXCL8 趋化因子的基因转录［12］。可见，TRPM2 通道介导的 Ca2+内流是ROS 刺激单核细胞产生细胞因子的重要机制。此外，TRPM2 抑制剂FFA 通过调节Ca2+抑制了肥大细胞脱颗粒，减少炎症反应，改善食物过敏反应［17-18］。

上述研究表明，TRPM2 激活导致持续的Ca2+内流、免疫细胞定向迁移、细胞因子产生，加剧炎症反应和组织损伤；免疫细胞TRPM2通道的活化参与了炎症反应的启动过程。

2.2 激活TRPM2 通道通过NLRP3 炎症小体活化参与炎症反应的作用 核苷酸结合寡聚域样受体蛋 白 3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎症小体活化参与多种病理过程中炎症反应的发生过程，TRPM2 通道活化参与了ROS 依赖性NLRP3 活化的过程，在NLRP3炎症小体活化过程中发挥着关键作用。研究表明，TRPM2 介导了脂质体/晶体诱导巨噬细胞的NLRP3炎症小体激活、IL-1β 释放，引起炎症反应；TRPM2缺乏的巨噬细胞，NLRP3 炎症小体活化和IL-1β 分泌的能力严重受损［19］。同样，TRPM2-KO 或抑制TRPM2 通道消除了巨噬细胞和单核细胞中ROS 依赖的 NLRP3 炎症小体活化［20］。TRPM2 缺乏能够降低由尿酸单钠（monosodium urate，MSU）晶体诱导的NLRP3炎症小体活化，从而减弱了MSU 晶体引起的炎症反应［21］。高渗透压或氧化应激引起的TRPM2通道激活，有助于角膜上皮细胞NLRP3 炎症小体激活和IL-1β 高表达，提示TRPM2 可能抑制高渗透压诱导的角膜上皮炎症［22］。高血糖激活TRPM2通道，介导Ca2+内流引起p47 phox 活化，增加ROS 生成及其与硫氧还蛋白相互作用蛋白介导的NLRP3 炎症小体活化，引起炎症反应，是导致2型糖尿病的关键因素［23］。非感染因素引起肺损伤的研究发现，ROS通过激活TRPM2 通道介导NLRP3 活化参与了机械通气引起的肺损伤，以及PM2.5 暴露引起的肺损伤［24-25］。在氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）引起PC12 细胞损伤的模型上，敲低TRPM2 通道，抑制了 PC12 细胞的 NLRP3 活化、CSCL2 表达以及ROS 含量，从而降低炎症反应与细胞损伤［26］。在小鼠癫痫模型上，TRPM2-KO 显著降低了海马组织NLRP3 活化、CXCL2 mRNA 表达以及炎症细胞因子IL-1β、TNF-α 等表达，从而降低神经炎症反应，改善神经功能［27］。体外抑制TRPM2表达，降低了白癜风患者来源的角化细胞以及T 淋巴细胞的NLRP3 表达，降低T淋巴细胞因子的产生［28］。此外，在淀粉样蛋白β 引起小胶质细胞炎症反应的过程中，TRPM2通道活化也参与了 ROS 引起 NLRP3 的活化［29］。以上研究均提示，TRPM2 通道活化参与了多种因素诱导的NLRP3 炎症小体活化、炎症细胞因子分泌及炎症反应的发生、发展。因此，靶向TRPM2通道，可能有效治疗与NLRP3 炎症小体活化相关的炎症疾病［20］。

2.3 激活TRPM2通道抑制炎症反应的作用 与前述研究报道不同的是，在许多病理过程中，激活TRPM2 通道反而会发挥抑制炎症反应的作用。研究发现，激活巨噬细胞TRPM2 通道，促进Ca2+内流，通过吞噬细胞膜去极化抑制了NADPH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）介导的ROS 产生，进一步减轻炎症反应［30］；在腹腔注射脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）30 mg/kg，小鼠中，野生型（wild type，WT）小鼠存活率是 TRMP2-KO 小鼠的 5 倍；TRPM2 缺陷增加了趋化因子配体 2、IL-6 和 TNF-α 等的表达，促进了炎症反应；TRPM2 通道活化抑制了巨噬细胞NOX 介导的ROS 产生，进而抑制LPS 诱导的肺部炎症反应和损伤。针对盲肠结扎穿孔（cecal ligation and puncture，CLP）致脓毒症小鼠模型的研究发现，注射 CLP 后 24 h，TRPM2-KO 小鼠的血液、肝、肺和脾脏细菌负荷显著多于WT 小鼠，死亡率增加，死亡率与细菌负荷呈正相关；TRPM2 通过增强免疫细胞的细菌杀伤能力提高宿主的防御能力，该作用是通过调节血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）表达来实现的［31］。进一步研究发现，在CLP 后，TRPM2-KO 小鼠腹膜巨噬细胞自噬、HO-1 活性降低，HO-1诱导剂在CLP 处理后的TRPM2-KO 小鼠腹膜巨噬细胞自噬、细菌清除率和存活率均增加，说明TRPM2通过HO-1增加腹膜巨噬细胞自噬提高清除细菌的能力［32］。

与上述研究相似的是，TRPM2 通道在不同细菌引起的感染性疾病也发挥了抑制炎症反应的作用。气管滴注铜绿假单胞菌（pseudomonas aeruginosa，PA）攻击后，与 WT 小鼠相比，TRPM2-KO 小鼠肺组织PA 保留率显著增加、死亡率更高，该作用与定位在肺泡巨噬细胞吞噬体的TRPM2通道活化、增强吞噬体的酸化作用、进而提高巨噬细胞的杀菌能力有关［33］。在大肠杆菌引起的败血症小鼠模型上，TRPM2-KO 小鼠表现出高死亡率，巨噬细胞清除细菌的能力减弱，引起宿主防御入侵细菌的能力下降，加重炎症反应；TRPM2 缺失不会直接影响溶酶体酸化，但可能会影响溶酶体与含大肠杆菌吞噬体的融合，从而降低巨噬细胞的杀菌能力；增加胞质Ca2+浓度可以恢复TRPM-KO 小鼠腹膜巨噬细胞的杀菌活性，说明TRPM2通过调节巨噬细胞吞噬体成熟，在消除入侵的病原体中起着至关重要的作用［34］。进一步发现，TRPM2-KO 小鼠清除大肠杆菌能力降低的机制与骨髓中性粒细胞清除细菌的能力下降低以及分泌释放弹性蛋白酶减少有关［35］。小鼠感染李斯特氏菌后，TRPM2-KO 小鼠中性粒细胞耗竭，对李斯特菌的清除能力下降，中性粒细胞TRPM2 通道缺乏促进了细菌在小鼠的脾脏和肝脏中的传播，肝脓肿数量增加，加重局部和全身炎症反应［36］。此外，长期感染幽门螺杆菌后，TRPM2-KO小鼠ROS、炎症细胞因子产生增多，巨噬细胞氧化应激增强，进而表现出增加的胃部炎症和减少的细菌定植［37］。

3 小结与展望

综上所述，免疫细胞的TRPM2通道激活以及通过NLRP3 炎症小体活化参与了炎症反应的启动过程，这一过程主要是在氧化应激、晶体诱导等非感染性因素作用下发生的，抑制TRPM2通道活性有利于减轻炎症反应；在LPS、PA、大肠杆菌等细菌性感染因素参与以及CLP 引起脓毒症的病理过程中，TRPM2 通道活化则发挥了抑制炎症反应的作用，与巨噬细胞、中性粒细胞等免疫监视细胞清除细菌的能力增强有关。可见，不同致病因素引起TRPM2通道活化在炎症反应中的作用不同，相关机制仍需要深入研究。作为感染性因素引起重度炎症反应的代表，脓毒症的死亡率取决于感染的严重程度和宿主对感染的反应，针对TRPM2 通道，对脓毒症进行免疫调节、进而干预炎症反应，可能为脓毒症的治疗提供新的治疗策略。此外，非感染因素以及继发性感染引起的炎症反应失控是重症失血性休克难治的关键因素，且在失血性休克发生过程中，伴有急性失血引起的氧化应激、肠源性感染，鉴于TRPM2 通道在炎症反应中的关键作用，故推测TRPM2 通道可能在失血性休克的发生发展中也具有重要的作用，但未见相关报道。今后应加强TRPM2 通道在失血性休克发展进程中的作用与机制研究，可能为防治重症失血性休克提供新的思路。目前对于TRPM2 通道活化在炎症反应中的作用表现为两种相反态度，这可能与细胞内［Ca2+］变化后的病理生理作用密切相关。相信深入研究TRPM2通道活化通过引起［Ca2+］变化进而参与炎症反应的机制，可进一步拓展靶向TRPM2通道的药物靶点，并为炎症相关疾病提供新的治疗策略。