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瞬时受体电位通道C 亚族参与高血压心室肥厚机制研究的新进展
田小芍* 陈 明 审校
【摘要】 心肌肥厚的发生及逆转一直是心血管病研究的热点。传统观点认为Ca 2+超载是心肌肥厚发生的基础。近年的相关研究提示瞬时受体电位通道C 亚族（Transient receptor potential channels, TRPC ）可能通过调节细胞内Ca 2+变化而参与心肌肥厚的发生发展过程。也有新的证据表明TRPC 通道参与并调节心室肥厚过程主要是通过TRPC 通道本身的激活与调节，心脏微结构域的作用及钙调神经磷酸酶（calcineurin, CaN)、活化的T 细胞核因子（nuclear factor of activated T cells, NFAT ）等信号传导效应因子间相互协调的信号传导实现的。TRPC 通道可能成为阻止和逆转心室肥厚的药物作用新靶点。
【关键词】 TRPC 通道；心室肥厚；Ca 2+；信号转导通路
New progress of the study on the effect and mechanism of TRPC channels in the development of hypertension induced ventricular
hypertrophy
【Abstract 】
The development and reversal of myocardial hypertrophy is always as a hot spot in the study of cardiovascular disease. Tradition-ally, Ca 2+ overload is seen as the foundation of myocardial hypertrophy. Recent years, related studies found transient receptor potential channels (TRPC) may play a certain role in the development of myocardial hypertrophy through adjusting the alteration of intracellular Ca 2+. Besides, new evidences have demonstrated the regulating effect of TRPC channels in ventricular hypertrophy mainly achieves through the activation and self regulation of TRPC channels, the effect of microdomain in the heart and the coordination with signaling effectors such as calcineurin and NFAT (nuclear factor of activated T cells). TRPC channels may become a new pharmacological target on the inhibition and reversal of ventricular hypertrophy. 【Key words 】 TRPC channels; Ventricular hypertrophy; Ca 2+ ; Signaling pathway
CaN-NFAT 信号转导途径实现的。本文综述TRPC 通道各亚型在高血压左心室肥厚发生发展和逆转中作用和机制研究的新进展。
1.TRPC 通道的结构组成和特点
TRP 是位于细胞膜上的一类重要阳离子通道，以四聚体形式构成Ca 2+内流通道。迄今为止，在哺乳动物中已发现了28种TRP 通道亚型，根据其同源性不同，分为7个亚族，分别是TRPC 、TRPV 、TRPM 、TRPP 、TRPA 、TRPML 、及TRPN [1] 。瞬时受体通道C 亚族（transient receptor potential channel, TRPC ）是TRP 的一个重要的亚家族，包括TRPC1-7的七个亚型，根据结构同源性和功能倾向性TRPC 家族可以划分为四个亚群，TRPC1、TRPC2、TRPC3/6/7和TRPC4/5，TRPC2在人类没有表达，TRPC 各亚型组织分布差异大且存在种属差异。
TRPC 通道由6个跨膜的
螺旋组成，在第5个和第6
个跨膜结构之间有一个内嵌的发卡样通道结构，这是TRPC 通道蛋白的结构基础。每个TRPC 亚基包含一个跨膜区域和与之相邻的N 和C 末端，N 和C 末端位于细胞内，是蛋白与蛋白之间相互作用来协调通道转运、锚定、定位、门控和功能调节的重要位点。TRPC 通道末端含有3-6个与锚蛋白（ankyrin ）
作者单位：400016 重庆市 重庆医科大学附属第一医院 心内科
心肌肥厚是心脏在各种病理刺激（包括高血压、机械性负荷异常、心肌梗死、瓣膜功能异常、心律失常、内分泌紊乱以及心脏收缩蛋白的基因突变等）下向各种心脏病发展的一种调节性反应，是以胚胎期基因的重新表达和心肌细胞增生肥大为标志，并伴有蛋白合成增加及心肌细胞外基质胶原沉积和纤维化的过程。高血压引起的左室肥厚是心肌肥厚最常见病理形式之一。心肌细胞肥大的信号转导机制非常复杂，一般从细胞水平将心肌肥大分为三个环节：即胞外的肥大信号刺激、 胞内信号转导及核内基因转录活化，并最终诱导细胞肥大表型变化。现在研究认为，细胞内钙信号传递途径是诱导心肌肥大发生发展的最重要信号传递通路之一，而 CaN-NFAT 信号通路在细胞内Ca 2+增加诱导的心肌肥厚中起关键性的作用。
TRPC 通道是非电压依赖的Ca 2+通道，以往研究发现，TRPC 通道参与受体介导的钙依赖的平滑肌及腺体的分泌和收缩功能、脑源性神经生长因子（BDNF ）介导的神经分化、血管收缩、气道调节和抗原刺激引起的淋巴细胞免疫反应等。近年大量研究资料表明：TRPC 通道在高血压左室肥厚的发生发展过程中起至关重要的作用，且这种作用最可能是通过Ca 2+-
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结合的部位，N 末端的锚蛋白重复序列和卷曲螺旋区域是四聚体通道组件的基本元件，锚蛋白与TRPC 通道相互作用能够抑制肌醇三磷酸受体（IP 3R ）和兰尼碱受体（ryanodine recep-tor ）调节的细胞内Ca 2+释放[2]。TRPC 通道是相同或者不同TRPC 亚基构成的功能性四聚体。TRPC 亚家族内部及各亚家族之间还可以发生低聚反应，甚至在整个特定的TRP 家族范围内也可以发生这种反应，这使不同的细胞类型能够产生高度特异的通道[3]。典型的TRPC 通道主要存在于质膜中或者含有微囊的特殊脂质微结构域中，TRPC 通道也可以存在于其他诸如高尔基体或者内质网及肌浆网等细胞器的膜上[4]。TRPC 通道结构及其组织分布的多样性在一定程度上决定了细胞功能的多样性。TRPC 家族的7个成员都是非选择性Ca 2+通透性离子通道，它们参与G 蛋白耦联受体信号、受体络氨酸激酶信号途径和细胞内钙库的消减等引发的非电压门控的Ca 2+内流过程。
2.TRPC 通道的调节
2.1 TRPC 通道的激活机制
目前TRPC 通道激活的确切机制仍存在争议。但大多认为神经内分泌因子的刺激是TRPC 激活的主要因素，磷脂酶C （PLC ）途径是是其主要的激活机制。另外，机械牵张力对一些张力敏感性TRPC 通道亚型有直接激活作用。具体机制见下图：
血管紧张素II 、内皮素-1、儿茶酚胺等神经递质和生长因子等分别作用于G 蛋白耦联受体和受体酪氨酸激酶，激活PLC 后产生两个第二信使：肌醇三磷酸（IP 3）和甘油二酯（DAG ）。IP 3诱导肌浆网Ca 2+库的释Ca 2+和衰减从而激活TRPC 通道，引发钙库操纵性Ca 2+内流（SOCE ），负载的
TRPC 通道称为钙库操纵性Ca 2+通道(store-operated Ca 2+ chan-nels, SOCs)，可能包括的TRPC 通道亚型有TRPC1、TRPC3、TRPC6、TRPC4；DAG 及其代谢产物直接激活TRPC 通道，引起受体操纵性Ca 2+内流（ROCE ）
，负载的TRPC 通道称为ROCs （receptor-operated Ca 2+ channels ），可能包括TRPC3和TRPC6。机械张力刺激可直接激活的TRPC 通道称为SACs （stretch-activated Ca 2+ channels ），TRPC1和TRPC6可能具有SACs 特性。Ca 2+释放-激活通道蛋白Orail 和Ca 2+感受器STIM1(间质相关分子) 在功能上可能对TRPC 通道介导的Ca 2+内流有调节作用。TRPC 介导的Ca 2+内流能够直接或者通过与其他Ca 2+内流机制如离子交换模式（Na +/Ca 2+交换）或者L 型Ca 2+通道等介导的Ca 2+内流在功能上相协调而激活CaN ，进而通过激活转录因子NFAT 来调节肥厚相关基因β-肌球蛋白重链（β-MHC ）、B 型钠尿肽（BNP ）的表达，同时也增加TRPC 基因的转录。一氧化氮（NO ）、心房钠尿肽（ANP ）、BNP 均可能通过激活鸟苷酸环化酶（cGMP ）从而激活蛋白激酶G 而使之发生磷酸化，从而抑制TRPC 通道特别是TRPC6的活性。RyR 代表兰尼碱受体，是一种调节Ca 2+释放的蛋白复合物。
2.2 TRPC 通道的调控机制
TRPC 通道的门控机制是复杂并受一系列决定因素影响的。除外细胞类型、TRPC 亚单位多聚化的形成和表达水平及它们在细胞内的定位，相互作用蛋白Homer （霍默，是一种位于细胞膜上的支架蛋白）、Orail 和STIM1等的调节作用也对TRPC 的功能和活性产生影响。TRPC 通道的转位也属于门控调节的一部分，TRPC 通道可以存在于亚细胞膜的小囊泡内，当受到激动剂的刺激时它们就会从囊泡内释放出来并与膜融合
来导电[6]。另外，TRPC 通道的调控机制还包括TRPC 亚型和
图1 TRPC 通道的激活示意图[5] (Circulation Research, 2011,108(2):265-272）
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亚家族间的相互作用及其与其他Ca 2+的调节机制之间的相互协调作用[7][8]。
Bush 等[9]在2006年提出TRPC 和CaN/NFAT 信号通路通过一种正反馈调节机制促进心肌肥厚。病理性压力刺激激活TRPC 通道使胞内Ca 2+增加，从而激活CaN-NFAT 信号通路，诱导肥厚相关基因的表达，而TRPC 家族本身的基因表达又受CaN-NFAT 信号通路调节，他们形成一种正反馈调节使心脏中肥大基因的表达处于一个稳定的状态。也有研究[10]显示NFAT 在一定程度上参与了心肌细胞中TRPC 通道在肥大信号刺激下表达的上调。
2010年，Koitabashi 等[11]提出鸟苷酸环化酶/蛋白激酶G （cGMP/PKG ）信号通路对心肌肥大有抑制效应，PKG 通过cGMP 被BNP/ANP 激活后可能通过抑制TRPC6进而抑制NFAT 活性来负向调节肥厚基因的表达。同年，Kinoshita 等[12]的研究也提示肥厚因子BNP 和ANP 可能通过这种负反馈调节机制来抑制心肌细胞的肥大效应，但具体机制仍有待深入研究。
3.TRPC 通道与左室肥厚
3.1 TRPC 通道参与左室肥厚的机制
近年大多认为心肌细胞内 Ca 2+增加是导致心肌细胞肥大的最基本信号，是引起初级和次级应答基因变化的一个始动因素和媒介，同时也是心肌肥厚发生发展的中心环节。2002年，Molkentin 等[13]提出心肌细胞存在一条新的心肌肥大的信号转导通路，即CaN-NFAT 信号传导通路：心肌细胞外Ca 2+内流和细胞内Ca 2+紊乱，使心肌细胞内Ca 2+处于持续性高水平状态，激活CaN ，进而活化NFAT 使其去磷酸化后转位入核与锌
指转录因子结合，调节心脏中ANP 、BNP 、β-MHC 等多种心肌肥厚相关基因的表达，导致心肌细胞蛋白核酸合成增加，心肌细胞体积增大，形成心肌肥厚。随后的多项研究[6][7][8] 均证实了这条通路在心肌肥厚发生发展过程中有重要作用。CaN-NFAT 信号通路的激活要求细胞内Ca 2+急剧增加并超过一定的水平，ICRAC （钙离子释放所激活的离子流）是一种钙库操纵性Ca 2+内流的形式，而NFAT 的激活及其调控的细胞因子的表达需要这种持续的Ca 2+的内流来维持。
近年大量研究表明 [7][8] [9]，TRPC 通道参与高血压左室肥厚的发生发展过程，并指出TRPC 通道作为一种非电压依赖的Ca 2+通道，是心肌细胞肥大前Ca 2+变化的必要调节者，它通过调节细胞内Ca 2+变化，激活CaN-NFAT 信号通路来参与并调节心肌肥厚发生发展过程。
3.2 TRPC 通道各亚型参与左室肥厚的研究进展
最近多项研究显示TRPC 通道在高血压左室肥厚发上发展过程中起到极其重要的作用。2007年，Ohba 等[14]通过小RNA 干扰下调TRPC1基因减弱了Ca 2+库操纵性钙内流（SOCE ），并且抑制了内皮素-1、血管紧张素-II 和去甲肾上腺素所诱导的心肌肥厚。2009年，Seth 等[15]从肥大的心脏上分离出的心肌细胞显示出机械牵张敏感性电流，这种作用在
TRPC1表达缺失的小鼠心脏中是减弱的，同时也发现TRPC1表达缺失的小鼠不管是在压力负荷还是神经激素刺激下均很明显地避免了心肌肥厚和心衰的发生。2010年，Vindis 等[16]发现5-羟色胺处理的大鼠心肌细胞TRPC1表达是上调的，siRNA 下调TRPC1基因的表达可以抑制NFAT 的激活，并能抑制由5-羟色胺受体触发的心肌肥厚，这再次明确了TRPC1通道与心肌肥厚的关系。
TRPC3在许多病理性心肌肥大的
齿动物模型中表达均
是上调的[8][17]。Nakayama 等[8]发现，心脏中表达的TRPC3能调节脂质筏区域内由缓冲作用形成的Ca 2+池，这种Ca 2+池可以与PLC-依赖性信号通路耦联。过表达TRPC3的转基因鼠心肌细胞内SOCE 和NFAT 的转录活性是增加的，在神经激素或者压力负荷过重刺激后心肌不断增生和肥大，而且心脏肥厚程度也表现出随神经激素的量以及压力负荷刺激的增加而增加的剂量依存关系，而这种剂量依存关系可以通过靶向阻断CaN A β而得到改善[8]。Kiyonaka 等[18]用TRPC3选择性阻滞剂Pyr3（三磷酸腺苷2的衍生物，0.1mg/kg per day ）阻滞了小鼠压力负荷诱导的左室肥厚，并且减弱了肥厚效应因子NFAT 的活性。
关于TRPC6的研究主要集中在TRPC6作为抗肥大效应的靶点上。之前有学者指出TRPC6的过表达增强了CaN/NFAT 信号通路的传导
[10]
，最近Koitabashi 等
[11]
的研究显
示cGMP/PKG 信号可以抑制Ca 2+通道电导的作用和NFAT 的活性，这种抑制作用直接受TRPC6的两个磷酸化位点其中一个磷酸化作用的调节。也有研究指出通过磷酸化或功能性抑制TRPC6能通过抑制5型磷酸二酯酶信号途径来防止病理性心肌肥厚 [19]。Kinoshita 等[12]研究发现缺失GC-A 基因的小鼠的心脏中CaN/NFAT 是激活的，这可能是由于解除了GC-A 信号对TRPC6的抑制作用。TRPC6是心脏ANP/BNP-鸟苷酸环化酶A （GC-A ）信号通路介导的抗肥大作用的关键靶点，阻断TRPC6很可能是防止病理性心室重构的有效治疗策。
对于TRPC 通道的其他亚型或者亚群在心肌肥厚中作用的相关研究相对较少，Bush 等[9]发现人衰竭的心脏中TRPC5表达也是增加的。Wu 等[7]研究发现TRPC3 、TRPC6或TRPC4表达显性失活的转基因小鼠心脏中TRPC3/6/7或TRPC4/5亚家族活性降低了，由神经内分泌激动剂及压力负荷过重导致的心室肥厚也有所减弱，并提出这是通过抑制CaN-NFAT 信号通路的活性来实现的。
4.TRPC 通道的阻滞剂和激动剂
目前TRPC 通道的阻滞剂主要有pyr3、BTP1和BTP2以及SKF-96365等。pyr3是一种吡唑化合物，是选择性TRPC3阻滞剂，能够减弱B 细胞的活性及心肌肥厚的发生。BTP1和BTP2也属于吡唑类，对TRPC 通道有阻断作用，但为非亚型选择性[20]。SKF-96365能够选择性阻滞TRPC3/6/7亚家族的
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活性[21]。TRPC 通道的激动剂主要就是OAG （1-油酰基-2-乙酰基-sn-丙三醇），是化学合成的二酰甘油类似物，可以通过蛋白激酶C 途径激活TRPC 通道，但同时也激活L 型钙通道[22]。TRPC 通道特异或者非特异的阻滞剂和激动剂已经广泛用于对体外分离培养的细胞的干预，从不同角度观察TRPC 通道与某些病理生理过程的相关性，而这也是以TRPC 通道为靶点寻找和研发能够阻止和逆转左室肥厚药物的突破口。但是可能由于动物体内各个系统的复杂性，目前只有极少试验研究采用直接动物体内TRPC 阻滞剂和激动剂干预的方式。尽管已经有日本学者报道较小剂量的TRPC3选择性阻滞剂Pyr3在体阻滞了小鼠压力负荷诱导的左心室肥厚，但是这有待更多在体实验进一步明确。
5．总结和展望
TRPC 通道参与心室肥厚机制的研究还刚起步，目前国内外研究主要探讨TRPC 通道各亚族参与心室肥厚的具体机制及相关调控机制，但已经有可喜的成果。作为心肌肥厚机制研究的重要方向之一，TRPC 通道有望成为早期逆转心室肥厚和心衰防止的药物作用新靶点。但是由于TRPC 通道几乎在全身各个组织都有表达，且不同亚型之间存在复杂的相互作用，目前研究中所用到TRPC 通道的阻滞剂大多缺乏组织的特异性和亚型的选择性，在体内运用容易产生毒副作用。因此，寻找一种或者一类TRPC 通道的特异性阻滞剂，希望其在逆转心室肥厚的同时又能尽可能地避免对其他系统的毒副作用，这还有待更多的努力和深入研究。
activation of calcineurin signaling. J Biol Chem , 2006, 281(44): 33487–33496.
10 Kuwahara K, Wang Y , McAnally J, et al. TRPC6 ful ? lls a calcineurin
signaling circuit during pathologic cardiac remodeling. J Clin Invest., 2006, 116:3114–3126.
11 Koitabashi N, Aiba T, Hesketh GG, et al. Cyclic GMP/PKG-dependent
inhibition of TRPC6 channel activity and expression negatively regulates cardiomyo-cyte NFAT activation Novel mechanism of cardiac
stress modulation by PDE5 inhibition. J Mol Cell Cardiol , 2010,
48:713–724.
12 Kinoshita H, Kuwahara K, et al. Inhibition of TRPC6 Channel Activity
Contributes to the Antihypertrophic Effects of Natriuretic Peptides-Guanylyl Cyclase-A Signaling in the Heart. Circ Res, 2010, 106(12):1849-1860.
13 Fiedler B, Molkentin JD. Inhibition of calcineurin-NFAT
hypertrophy signaling by cGMP-dependent protein kinase type I in cardiac myocytes. Proc Natl Acad Sci , 2002, 99(17):11363-11368.
14 Ohba T, Watanabe H, Murakami M, et al. Upregulation of TRPC1 in
the development of cardiac hypertrophy. J Mol Cell Cardiol , 2007, 42(3):481-483.
15 Seth M, Zhang ZS, Mao L, et al. TRPC1 Channels Are Critical for
Hypertrophic Signaling in the Heart. Circ Res , 2009, 105:1023–1030.16 Vindis C, DAngelo R, Mucher E, et al. Essential role of TRPC1
channels in cardiomyopathy hypertrophy mediated by 5-HT2A
参考文献
1 Christensen AP, Corey DP. TRP channels in mechanosensation: direct or indirect activation? Nat Rev Neurosci, 2007, 8:510-521.
2 Lepage PK, Boulay G. Molecular determinants of TRP channel assembly. Biochem Soc Trans , 2007, 35:81–83.
3 Alessandri-Haber N, Dina OA, Chen X, et al. TRPC1 and TRPC6 channels cooperate with TRPV
4 to mediate mechanical hyperalgesia and nociceptor sensitization. J Neurosci, 2009, 29:6217–6228.
4 Berbey C, Weiss N, Legrand C, et al. Transient receptor potential canonical type 1 (TRPC1) operates as a sarcoplasmic reticulum calcium leak channel in skeletal muscle. J Biol Chem , 2009, 284(52):36387–36394.
5 Eder P, Molkentin JD. TRPC Channels As Effectors of Cardiac Hypertrophy . Circ Res , 2011,108(2):265-272.
6 Singh BB, Lockwich TP, Bandyopadhyay BC, et al. V AMP2-dependent exocytosis regulates plasma membrane insertion of TRPC3 channels and contributes to agonist-stimulated Ca2+ influx. Mol Cell , 2004, 15(4):635–646.
7 Wu X, Eder P, Chang B, et al. TRPC channels are necessary mediators of pathologic cardiac hypertrophy. Proc Natl Acad Sci , 2010, 107(15):7000-7005.
8 Nakayama H, Wilkin BJ, Bodi I, et al. Calcineurin-dependent cardiomyopathy is activated by TRPC in the adult mouse heart. FASEB J, 2006, 20:1660-1670.
9 Bush EW, Hood DB, Papst PJ, et al. Canonical transient receptor potential channels promote cardiomyocyte hypertrophy through
综述
Review
312
中国分子心脏病学杂志 V o l u m e 12 N o .5 O c t o b e r 2012
phosphodiesterase 5 inhibition. J Biol Chem , 2010, 285(17):13244-53.20 He L-P, Hewavitharana T, Soboloff J, et al. A functional link
between store-operated and TRPC channels revealed by the 3,5-bis(tri ? uoromethyl) pyrazole derivative, BTP2. J Biol Chem , 2005, 280:10997–11006.
21 Sabourin J, Robin E, Raddatz E. et al.A key role of TRPC channels in
the regulation of electromechanical activity of the developing heart. Cardiovasc Res , 2011, 92: 226–236.
22 Hirose M, Takeishi Y , Niizeki T, et al. Diacylglycerol kinase ζ inhibits
ventricular tachyarrhythmias in a mouse model of heart failure. Circ J , 2011, 75: 2333–2342.
serotonin receptors. Biochem Biophys Res Commun , 2010, 391(1):979-983.
17 Niizeki T, Takeishi Y , Kitahara T, et al. Diacylglycerol kinase-epsilon
restores cardiac dysfunction under chronic pressure overload: a new speci ? c regulator of Galpha (q) signaling cascade. Am J Physiol Heart Circ Physiol , 2008, 295(1):245–255.
18 Kiyonaka S, Kato K, Nishida M, et al. Selective and direct inhibition
of TRPC3 channels underlies biological activities of a pyrazole compound. Proc Natl Acad Sci , 2009, 106:5400–5405.
19 Nishida M, Watanabe K, Sato Y, et al. Phosphorylation of TRPC6
channels at Thr69 is required for anti-hypertrophic effects of