姚鏡課題組在TRPV1通道的“記憶性”脫敏研究中取得新進(jìn)展
2019年02月25日，《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS，影響因子9.504）在線刊發(fā)了我院細(xì)胞生物學(xué)系姚鏡教授課題組的最新研究進(jìn)展，文章標(biāo)題為“Recovery from tachyphylaxis of TRPV1 coincides with recycling to the surface membrane（TRPV1通道長(zhǎng)時(shí)程脫敏后的功能恢復(fù)伴隨有通道蛋白向細(xì)胞膜的循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)）”（ PNAS published ahead of print February 25, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1819635116 ）。
辣椒素受體TRPV1通道大量表達(dá)于感覺(jué)神經(jīng)末梢，響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)外多種刺激，在生物體的溫度感應(yīng)、疼痛感知及傳導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮重要功能。TRPV1通道是一種對(duì)Ca2+有高通透性的非選擇性陽(yáng)離子通道，而當(dāng)Ca2+經(jīng)由激活后的TRPV1通道內(nèi)流進(jìn)入細(xì)胞后，會(huì)誘發(fā)TRPV1通道的脫敏反應(yīng)。進(jìn)入脫敏狀態(tài)后的神經(jīng)感覺(jué)器官對(duì)包括辣椒素在內(nèi)的其他傷害性刺激都變得不再敏感，這也是辣椒素雖然可以致痛，卻可作為止痛劑來(lái)使用的原因。前期研究發(fā)現(xiàn)脫敏后的TRPV1通道仍然保持著脫敏前的特性，提高激動(dòng)劑的濃度到一定水平則能夠再次完全地激活通道，從而提出了痛覺(jué)適應(yīng)性調(diào)節(jié)（pain adaptation）的概念（Yao et al., PLos Biol., 2009）。
進(jìn)一步的研究結(jié)果表明TRPV1通道的Ca2+依賴性脫敏反應(yīng)具有“記憶性”，即TRPV1通道的脫敏程度和引起脫敏反應(yīng)的刺激強(qiáng)度呈正相關(guān)性，刺激強(qiáng)度越高，則脫敏程度越嚴(yán)重。由于TRPV1拮抗劑能有效緩解嚙齒動(dòng)物模型的炎癥、關(guān)節(jié)炎和癌癥的疼痛行為，而使得TRPV1成為了一個(gè)高度有效的疼痛靶點(diǎn)，但迄今報(bào)道的TRPV1通道拮抗劑在減輕神經(jīng)疼痛及炎癥的同時(shí)，卻伴隨有體溫過(guò)高的副作用而不能進(jìn)一步用于臨床治療。因此，特異性誘導(dǎo)TRPV1進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)程脫敏狀態(tài)（tachyphylaxis, 也就是不應(yīng)期），是目前臨床鎮(zhèn)痛療法發(fā)展的一個(gè)主要方向。然而，在感覺(jué)器官內(nèi)TRPV1進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)程脫敏狀態(tài)的細(xì)胞機(jī)制一直未被闡明。
在此次發(fā)表的最新研究中，研究人員（1）首先成功構(gòu)建了一個(gè)高靈敏度TRPV1熒光探針，在不影響通道功能的前提下，將pHluorin GFP插入到TRPV1通道胞外孔區(qū)附近，使得利用實(shí)時(shí)顯微技術(shù)來(lái)追蹤TRPV1轉(zhuǎn)運(yùn)成為可能?！咀ⅲ簆Hluorin GFP在酸性pH條件下熒光會(huì)淬滅變暗?！浚?）將快速超微光片顯微成像系統(tǒng)（Light sheet imaging）與膜片鉗電生理聯(lián)用，實(shí)時(shí)跟蹤觀察了融合表達(dá)有pHluorin GFP的TRPV1通道蛋白在不同刺激時(shí)的循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，結(jié)果表明TRPV1通道的激活引起該離子通道由細(xì)胞膜向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，從而有效降低細(xì)胞膜上TRPV1的表達(dá)量，使細(xì)胞的痛覺(jué)響應(yīng)進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)程不應(yīng)期。進(jìn)一步的Ca2+熒光成像實(shí)驗(yàn)顯示高強(qiáng)度刺激時(shí)所引起的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高的更多，持續(xù)的時(shí)間亦更長(zhǎng)，而胞內(nèi)鈣信號(hào)強(qiáng)度可以成比例地決定TRPV1向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的數(shù)量及再循環(huán)回到細(xì)胞膜上的速率。（3）通過(guò)對(duì)在膜泡運(yùn)輸中具有重要作用的鈣感受器synaptotagmin（Syt）蛋白家族在蛋白和功能水平的篩選，發(fā)現(xiàn)其中的Syt1和Syt7在鈣調(diào)節(jié)的TRPV1脫敏轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用：Syt1特異性地調(diào)節(jié)在低強(qiáng)度刺激條件下TRPV1于細(xì)胞膜附近的快速轉(zhuǎn)運(yùn)，而Syt7主要影響高強(qiáng)度刺激下TRPV1經(jīng)過(guò)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的慢速再循環(huán)過(guò)程。從而很好地揭示了TRPV1通道“記憶性”脫敏發(fā)生的機(jī)理。
我院博士研究生田泉、胡娟和謝暢為本文的共同第一作者。法國(guó)國(guó)家健康與醫(yī)學(xué)研究院（INSERM）的李棟棟研究員和我院姚鏡教授為共同通訊作者。李棟棟研究員近期的研究主要集中于研發(fā)新型動(dòng)態(tài)細(xì)胞成像技術(shù)和光敏控制方法，為在細(xì)胞及亞細(xì)胞水平上深入探索中樞神經(jīng)系統(tǒng)動(dòng)作機(jī)制及其在病變過(guò)程的變異提供重要線索和技術(shù)支撐。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金“海外及港澳學(xué)者合作研究基金項(xiàng)目”及“面上項(xiàng)目”、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃、湖北省自然科學(xué)基金和武漢大學(xué)自主科研基金等的資助。
姚鏡課題組主要圍繞膜離子通道的生理與生物物理學(xué)特性開展研究，聚焦于膜離子通道的門控（開啟或關(guān)閉）機(jī)制與功能調(diào)控，以闡述離子通道在神經(jīng)信號(hào)調(diào)控以及免疫反應(yīng)中的作用為主要研究目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注與痛覺(jué)及傷害性傳導(dǎo)密切相關(guān)的離子通道的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。早前和上海交大李勇課題組的一項(xiàng)合作研究成功揭示了SUMO/deSUMO化動(dòng)態(tài)修飾是TRPV1炎性痛覺(jué)敏化的必要條件，該項(xiàng)研究結(jié)果得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注與積極正面評(píng)價(jià)，并被 “Faculty of 1000”收錄和推薦（Wang et al., Nat. Commun. 2018）。
TRPV1通道“記憶性”脫敏的分子機(jī)制模式圖
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