TRPV2通道結(jié)構(gòu)與功能研究進展

田甜

【摘 要】TRPV2通道是一種溫度敏感型TRP通道，能被高于52℃的傷害性高溫所激活，此外還可以響應(yīng)滲透壓、機械和化學(xué)等刺激，在維持機體生理功能中具有重要作用。與其他TRP通道相比，TRPV2通道的功能性研究存在重重困難，一方面是由于激活TRPV2通道的高溫刺激很難在生理條件下達到，另一方面由于缺乏靶向TRPV2通道的專一性抑制劑或激動劑。我們綜述TRPV2通道的結(jié)構(gòu)以及生理學(xué)功能方面的研究進展，旨在為全面了解TRPV2作用機制提供參考。

【關(guān)鍵詞】TRPV2通道；溫度感受；信號通路

0 前言

TRP通道最早發(fā)現(xiàn)在無脊椎動物果蠅的視神經(jīng)中，當(dāng)光照射在果蠅的視神經(jīng)上，野生型果蠅發(fā)生持續(xù)性的光誘導(dǎo)電流，而一株突變體發(fā)生瞬時膜電位變化，于是將這個突變體蛋白命名為瞬時受體勢通道[1]。根據(jù)氨基酸序列相似性，將TRP通道分為：TRPC（canonical）、TRPV（vanilloid）、TRPA（ANKTM1）、TRPM（melastatin）、TRPP（polycystin）、TRPML （mucolipin）、 TRPN （NompC）七個亞家族，TRPN通道只存在于一些脊椎動物如斑馬魚中，在哺乳動物中不表達[2]。在TRP家族中，溫度敏感型TRP通道能夠感受溫度的變化，包括感受傷害性熱的TRPV1（≥42℃），TRPV2通道（≥52℃），感受非傷害性熱的TRPV3 （≥32℃），TRPV4（≥27℃）， 感受非傷害性冷的TRPM8（≤34℃）以及感受傷害性冷的TRPA1（≤17℃）[3]。

1 TRPV2通道的結(jié)構(gòu)

TRPV2與TRPV1序列相似性最高，最早也是作為TRPV1通道的類似蛋白被發(fā)現(xiàn)的，為了更好地了解TRPV2通道，我們將TRPV2通道與TRPV1通道的結(jié)構(gòu)進行比較。

如圖1所示，TRP通道結(jié)構(gòu)由N末端（NTD）、S1-S6跨膜螺旋、S5-孔道-S6結(jié)構(gòu)以及C末端（CTD）四部分組成。TRPV2通道的NTD結(jié)構(gòu)相對保守，包含六個錨蛋白重復(fù)序列（ARD），ARD中的33個殘基通過蛋白互作在細胞通路、構(gòu)建細胞骨架、轉(zhuǎn)錄和細胞內(nèi)定位中起著重要的作用[6]。TRPV1通道的ARD（大約263個氨基酸）是三磷酸腺苷（ATP）或鈣調(diào)蛋白的結(jié)合位點，而TRPV2通道的ARD（大約246個氨基酸）并不能結(jié)合ATP或鈣調(diào)蛋白[7]。

在TRPV1與TRPV2通道中，位于錨蛋白重復(fù)序列和跨膜螺旋之間的連接區(qū)保守，連接區(qū)不僅在離子通道的溫度感受中起重要作用[8]，同時也建立了ARD、跨膜蛋白和附近啟動子之間的通信網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，TRPV2通道連接區(qū)的螺旋環(huán)螺旋（HLH）與S1前段螺旋（Pre-S1-Helix）構(gòu)成了一個類似于V型的搖籃，剛好能夠容納位于細胞膜與胞質(zhì)交界處的TRP 區(qū)域。TRP 區(qū)域像是夾在連接區(qū)與S1前段螺旋之間的三明治，起著細胞膜內(nèi)外信息交流的作用。TRPV1通道的TRP 區(qū)域與S6螺旋形成一個直接穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)，而TRPV2通道的S6螺旋通過一個環(huán)連接到TRP區(qū)域，意味著TRPV2通道的"偶聯(lián)"程度比TRPV1低。

2 TRPV2通道的生理學(xué)功能

表達在免疫系統(tǒng)中的TRPV2通道通過蛋白激酶A （PKA） 信號途徑，參與物理刺激引起的肥大細胞脫顆粒作用[9]。如圖2所示，PKA連接蛋白ACBD3先與TRPV2通道結(jié)合，將TRPV2通道連接到PKA上，使TRPV2通道在肥大細胞中被磷酸化激活，TRPV2通道的激活使胞內(nèi)鈣離子濃度升高，從而促進肥大細胞脫顆粒[9]。TRPV2通道也通過 PI3K信號途徑參與了巨噬細胞的吞噬作用，淋巴細胞與腫瘤細胞的生長，以及胰島素的分泌。TRPV2通道通過PI3K信號途徑移位到細胞膜上，使細胞膜去極化，然后募集 Src 激酶， akt 激酶和蛋白激酶C到吞噬體上，促進巨噬細胞的吞噬作用[10]。TRPV2通道通過PI3K信號途徑與其他離子通道在免疫突觸處形成聚合體，促進淋巴細胞的生長[11]。溶血磷脂能夠誘導(dǎo)TRPV2通道移位到細胞膜上，使胞內(nèi)鈣離子濃度升高，高濃度的鈣離子促進前列腺癌細胞的繁殖[12]。在胰腺β細胞中TRPV2通道參與調(diào)節(jié)胰島素分泌，胰島素能激活PI3K，刺激TRPV2通道從胞內(nèi)移位到細胞膜上，使鈣離子濃度升高，鈣離子的流入又能進一步促進胰島素的分泌[13]。最近的一項研究報道，TRPV2通道可能通過鈣調(diào)磷酸酶依賴性途徑，調(diào)節(jié)棕色脂肪細胞的產(chǎn)熱和分化[14]。如圖2所示，TRPV2通道介導(dǎo)的鈣離子流入能夠激活鈣調(diào)磷酸酶，從而維持產(chǎn)熱基因的正常表達。而在TRPV2-/-小鼠中，產(chǎn)熱基因表達水平下降，脂肪組織增加，不能維持體溫[14]。除了維持產(chǎn)熱基因的正常表達，TRPV2通道也抑制棕色脂肪細胞的早期分化，在TRPV2-/-小鼠中，棕色脂肪細胞分化速度加快[15]。

3 討論

綜上所述，TRPV2通道廣泛地表達在組織和細胞中，能夠通過PKA、IP3K等信號途徑參與機體生理功能。由于機體復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境以及缺乏專一性抑制劑和激動劑，現(xiàn)有的工作大部分是使用基因敲除研究TRPV2通道的功能，或者使用TRPV2非專一性激動劑和抑制劑檢測通道可能參與的生理學(xué)過程，導(dǎo)致一些問題仍未解決，例如TRPV2通道能夠維持產(chǎn)熱基因的正常表達以及抑制棕色脂肪細胞早期分化，那么這種作用所依賴的上下游途徑是怎樣的？TRPV2通道在≥52℃高溫下被激活，體內(nèi)很難達到這么高的溫度刺激，TRPV2通道在體內(nèi)是怎樣行使溫度感受的功能？這些機制都需要進一步研究，相信隨著TRPV2通道蛋白冷凍電鏡結(jié)構(gòu)的解析以及越來越多地研究手段的出現(xiàn)，TRPV2通道功能機制也將越加清晰。

【參考文獻】

[1]Cosens， D.J. and A. Manning， Abnormal electroretinogram from a Drosophila mutant. Nature， 1969. 224（5216）： p. 285-7.

[2]Voets， T.， TRP channels and thermosensation. Handb Exp Pharmacol， 2014. 223： p. 729-41.

[3]Ferrer-Montiel，A.， et al.， Advances in modulating thermosensory TRP channels. Expert Opin Ther Pat， 2012. 22（9）： p. 999-1017.

[4]Huynh， K.W.， et al.， Structure of the full-length TRPV2 channel by cryo-EM. Nat Commun， 2016. 7： p. 11130.

[5]Liao， M.， et al.， Structure of the TRPV1 ion channel determined by electron cryo-microscopy. Nature， 2013. 504（7478）： p. 107-12.

[6]Peralvarez-Marin， A.， P. Donate-Macian， and R. Gaudet， What do we know about the transient receptor potential vanilloid 2 （TRPV2） ion channel？ Febs j， 2013. 280（21）： p. 5471-87.

[7]Lau， S.Y.， E. Procko， and R. Gaudet， Distinct properties of Ca2+-calmodulin binding to N- and C-terminal regulatory regions of the TRPV1 channel. J Gen Physiol， 2012. 140（5）： p. 541-55.

[8]Yao， J.， B. Liu， and F. Qin， Modular thermal sensors in temperature-gated transient receptor potential （TRP） channels. Proc Natl Acad Sci U S A， 2011. 108（27）： p. 11109-14.

[9]Stokes， A.J.， et al.， A TRPV2-PKA signaling module for transduction of physical stimuli in mast cells. J Exp Med， 2004. 200（2）： p. 137-47.

[10]Link， T.M.， et al.， TRPV2 has a pivotal role in macrophage particle binding and phagocytosis. Nat Immunol， 2010. 11（3）： p. 232-9.

[11]Bertin， S. and E. Raz， Transient Receptor Potential （TRP） channels in T cells. Semin Immunopathol， 2016. 38（3）： p. 309-19.

[12]Liberati， S.， et al.， Loss of TRPV2 Homeostatic Control of Cell Proliferation Drives Tumor Progression. Cells， 2014. 3（1）： p. 112-28.

[13]Aoyagi， K.， et al.， Acute inhibition of PI3K-PDK1-Akt pathway potentiates insulin secretion through upregulation of newcomer granule fusions in pancreatic beta-cells. PLoS One， 2012. 7（10）： p. e47381.

[14]Sun， W.， K. Uchida， and M. Tominaga， TRPV2 regulates BAT thermogenesis and differentiation. Channels （Austin）， 2016： p. 1-3.

[15]Sun， W.， et al.， Activation of TRPV2 negatively regulates the differentiation of mouse brown adipocytes. Pflugers Arch， 2016. 468（9）： p. 1527-40.

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