TRPM家族对细胞钙/镁平衡调控的研究进展

张 厉，杨春喜，贺石生

(1.上海市第十人民医院同济大学附属第十人民医院骨科，上海200072;2.南京医科大学第一临床医学院，江苏南京210029)

瞬时受体电位通道M 型(melastatin-related transient receptor potential，TRPM)是位于细胞膜上的一类重要的阳离子通道家族，其命名源于第一个成员TRPM1(melastatin)。根据系谱发生分析分为4 组:TRPM1、TRPM3;TRPM6、TRPM7;TRPM2、TRPM8;TRPM4、TRPM5。TRPM 蛋白是由6 个跨膜片段和胞内氨基、羧基残端结构域组成。氨基残端高度保守，包含大量(约700 个氨基酸单位)TRPM 同源性序列。功能性TRPM 为四聚体，其氨基残端与羧基残端的完整性对其发挥正常功能是不可缺少的。TRPM 家族成员可以被不同因素激活，包括电压、温度、细胞体积的改变和脂质复合物等内外源性的配基，通透Ca2+、Mg2+及其他阳离子，并调控生物体一系列生命活动。

1 调控细胞Ca2 +平衡的TRPM 成员

正常情况下，细胞内钙浓度为10－5～10－4mmol/L，作为细胞质内一种主要的第二信使，广泛参与心肌传导、神经肌肉活动、凝血及酶活性等重要生理功能的调节［1］。

1.1 TRPM1

TRPM1 是TRPM 家族最早发现的成员，对Ca2+与Mg2+均具有通透性的非选择性阳离子通道，表达于视网膜、脑、心脏等组织。调控黑素细胞的色素沉着和视网膜双极细胞感光后去极化等过程。视锥与视杆细胞受光线刺激后，通过介导与G 蛋白偶联的mGluR6 受体信号通路，可开放TRPM1 通道，引起Ca2+等离子内流，使视网膜双极细胞除极化［2］，此通路缺陷可导致先天性静止性夜盲症(congenital stationary night blindness，CSNB)。PIP2-DAG-PKC 通路也参与TRPM1 的激活，水解PIP2造成的DAG 浓度下降可以抑制TRPM1 电流，相反，DAG 类似物OAG(2-acetyl-1-oleoyl-sn-glycerol)可以加强TRPM1电流［3］。

1.2 TRPM2

TRPM2 对于单价阳离子Na+、K+和Cs+及二价阳离子Ca2+和Mg2+等均有通透性。TRPM2 羧基残端含有一个与ADP-核糖水解酶-9(NUDT9)高度同源的结构域，其功能上与经典的核糖水解酶相似，但它不能切割单核苷酸和多磷酸双核苷酸盐。TRPM2可以被Ca2+、ADPR、cADPR、NAD+和H2O2等激活，可以被一些非特异性阻断剂如氟芬那酸、克霉唑、益康唑等抑制［4］。

1.3 TRPM3

TRPM3 是Ca2+、Na+和Mg2+等离子的非选择性阳离子通道，通透顺序为Ca2+＞Zn2+＞Mg2+＞Ni2+。主要表达于脑、肾脏组织及感觉神经元，介导胰岛素分泌，血管平滑肌细胞收缩，感受躯体化学、温度刺激、产生避害行为等活动［5］。TRPM3 可以被鞘氨醇及其前体二氢鞘氨醇激活［6］。硫酸乙炔睾酮(pregnenolone sulphate，PS)、高浓度硝苯砒啶可以激活TRPM3，而双氢睾酮、黄体酮及其代谢产物、17β-雌二醇等可抑制TRPM3 的活性［7］。此外，TRPM3可以被Gd3+、La3+抑制，被细胞外渗透压下降导致的细胞肿胀激活［8］。

1.4 TRPM4 与TRPM5

TRPM4 表达于人体的心脏、胰腺、胎盘、前列腺、B 细胞、T 细胞及单核细胞系等，与TRPM5 均为非选择性单价阳离子通道，对Ca2+与Mg2+均没有通透性。但是，细胞内Ca2+可以激活TRPM4 与TRPM5产生钙激活非选择性阳离子流(Ca2+-activated non-selective cationic currents，NSCCa)，从而介导一系列细胞生理活动［9］。TRPM5 在氨基酸结构上与TRPM4 约50%同源，主要表达于味觉感受细胞及消化道。

1.5 TRPM8

TRPM8 主要分布于周围感觉神经元，参与感知周围环境温度的过程，主要激活因素是低温(＜24 ℃)，也可以被某些“凉性化合物”如薄荷醇、桉油精及Icilin 等激活。Gq蛋白激活分解PIP2产生的下游第二信使三磷酸肌醇与二酰甘油可以通过激活CaM 与PKC 通路抑制TRPM8 活性，而Gs 蛋白通过腺苷酸环化酶激活cAMP-PKA，抑制TRPM8 活性。非Ca2+依赖性磷脂酶A2(iPLA2)激活产生的分解产生四烯酸及溶血磷脂分别促进和抑制TRPM8的活化［10］。TRPM-8 抑制因子包括升温、克霉唑、BCTC［N-(4-tert-butylphenyl)-4-(3-chloropyridin-2-yl)piperazine-1-carboxamide］及其亚型sM8α 与sM8β［11］。

2 调控细胞Mg2 +平衡的TRPM 成员

成人体内含镁约1.1 mol，99%分布于细胞内，细胞内含量仅次于钾，居第2 位。镁参与多种重要的生命过程，涉及蛋白质及核酸的合成，调控离子通道等，并在许多酶反应中起关键作用。近年来TRPM6和TRPM7 成为机体Mg2+平衡调控的研究的热点。TRPM6 与TRPM7 在氨基酸排列顺序上高度(50%)同源，均为同时包含离子通道与激酶结构域的双功能蛋白。其羧基末端包含丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可使自身或底物磷酸化，但在氨基酸序列上与经典的丝氨酸/苏氨酸激酶不具同源性，而是属于α-蛋白激酶家族成员。

2.1 TRPM6

TRPM6 特异性分布于十二指肠、结肠、及肾脏远曲小管等上皮细胞组织，对Mg2+稳态维持具有极其重要的作用。其离子通透顺序为:Zn2+＞Ba2+＞Mg2+=Ca2+=Mn2+＞Sr2+＞Cd2+＞Ni2+。TRPM6 基因突变可造成肠道和肾小管上皮的Mg2+转运异常，引发低镁血症继发低钙血症。TRPM6 表达缺陷可导致小鼠胚胎死亡、神经管畸形及血清Mg2+浓度下降，而高Mg2+喂养可以降低小鼠死亡率［12］。蛋白激酶1受体(receptor for activated C-kinase 1，RACK1)可选择性结合TRPM6 的α 激酶第6、7、8β 折叠结构，与苏氨酸1851 位点相互作用，使TRPM6 自磷酸化来抑制其活性。预先使用PMA(12-myristate 13-acetate-PMA)激活PKC 可以通过减少RACK1 与TRPM6 的相互作用来降低RACK1 的抑制作用［13］。雌激素受体活化抑制子(repressor of estrogen receptor activity，REA)也可与TRPM6 的α 激酶第6、7、8β 折叠结构结合抑制TRPM6 的活性［14］。长期用雌激素处理可以从转录水平上调TRPM6 的表达，而17β-雌二醇可以阻断REA 与TRPM6 结合而快速激活TRPM6。MsrB1蛋白在过氧化状态情况下，可以下调α 激酶结构域的甲硫氨酸氧化过程，降低H2O2对TRPM6 通道活性的抑制［15］。另外，ATP 通过与α 激酶结构中的ATP 结合序列GXG(A)XXG 1955 loop 相互作用，抑制TRPM6通道活性，且此过程也不依赖α 激酶的磷酸化作用［16］。

2.2 TRPM7

TRPM7 广泛表达于哺乳动物的心、肝、脾和脑等组织器官，其中在肾脏和心脏中表达最高，离子通透顺序为Ni2+＞Zn2+＞Ba2+＞Mg2+＞Ca2+～Mn2+～Sr2+＞Cd2+。TRPM7 基因缺陷的细胞可因细胞内镁缺乏而停止生长，向培养基中补充Mg2+可以弥补这一缺陷，提示TRPM7 具有调节细胞Mg2+平衡的作用［17］。TRPM7 通道可能同许多膜蛋白一样通过磷酸化作用而激活，Gq蛋白因为可以通过激活PLC-β 或PLC-γ 水解PIP2而强烈抑制TRPM7 活性，表明TRPM7 的激活有赖于PIP2。广谱蛋白酪氨酸激酶抑制剂染料木黄酮及非受体型酪氨酸激酶(Src)的抑制剂herbimycin A 均可抑制TRPM7［18］，提示Src 可能通过酪氨酸残基磷酸化功能激活TRPM7通道。但也有不一致的发现，激酶区缺失的TRPM7 突变体的离子通道仍然有活性，但对镁离子的调节更加敏感［19］。升高细胞内Mg2+、Zn2+和Mn2+等二价阳离子浓度可以抑制TRPM7 的活性，Mg2+-ATP 对于TRPM7 的抑制作用来源于Mg2+，与细胞内ATP 的浓度无关，其机制可能为二价阳离子通过屏蔽PIP2的负电荷或通过与TRPM7 的激酶区或TRPM7 的调节蛋白结合后发挥作用［20］。也有实验发现激酶区域的核苷酸结合位点可能协同激酶区域外的Mg2+结合位点共同调节TRPM7 活性。Mg2+与Mg2+-核苷酸复合物可以互相协同发挥作用，且点突变导致磷酸转移酶缺失后此作用消失，完全切除激酶区域的TRPM7 反而重新获得Mg-NTP 的敏感性，但不能区分核苷酸的种类［21］。

3 展望

TRPM 对于细胞Ca2+、Mg2+稳态的调控是近年来的研究热点之一。但目前关于TRPM 的大部分知识都是来自于体外转染体系，且由于缺乏选择性的抑制剂或激动剂，使得在活体组织细胞上深入研究TRPM 通道及药物开发的难度大大地增加。通过透彻研究，就可能靶向调节TRPM，进而调控Ca2+和Mg2+稳态，就可以为一系列包括夜盲症、缺血再灌注损伤、高血压、血管硬化、糖尿病、骨质疏松和异位骨化等多发病的治疗带来新的希望。

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