王云起 官子月 高召兵 鄭月明**

（1）中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，神經(jīng)精神疾病研究中心，上海 201203；2）中國(guó)科學(xué)院中山藥物創(chuàng)新研究院，中山 528400）

瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential，TRP）通道是一類廣泛表達(dá)的非選擇性陽(yáng)離子通道，存在于多種類型的細(xì)胞和組織中，通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)離子的跨膜流動(dòng)產(chǎn)生人體的多種感官刺激，如溫度、視覺、味覺、疼痛等。TRPM7 通道是TRPM家族一員，人類基因組中編碼TRPM7 通道的基因位于15 號(hào)染色體的長(zhǎng)臂上，由39 個(gè)外顯子組成，全長(zhǎng)134.34 kb［1］。TRPM7 同時(shí)具有離子通道和激酶結(jié)構(gòu)域，以特殊的雙功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)參與機(jī)體的多種生理和病理過(guò)程，與神經(jīng)退行性疾病、癌癥、心血管疾病等多種疾病密切相關(guān)。因此本文將主要綜述與TRPM7通道有關(guān)的生理和病理學(xué)研究進(jìn)展，以及靶向該通道的小分子調(diào)節(jié)劑的研發(fā)進(jìn)展。

1 TRP家族

TRP通道基因最早在研究果蠅時(shí)被發(fā)現(xiàn)，在對(duì)果蠅的視覺系統(tǒng)研究中發(fā)現(xiàn)了一種視覺受損的突變果蠅，對(duì)穩(wěn)定光具有瞬時(shí)響應(yīng)，因而該基因被稱為瞬時(shí)受體電位［2］。TRP家族是一個(gè)龐大的離子通道家族，根據(jù)蛋白質(zhì)序列的同源性，將哺乳動(dòng)物TRP家族分為TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和TRPML 6 個(gè)亞家族，共28 個(gè)成員。除此以外，在果蠅、斑馬魚等無(wú)脊椎動(dòng)物中還存在著TRPN 通道［3-5］。目前已被證實(shí)有100 多個(gè)TRP 通道編碼基因存在于各種生物體內(nèi)，幾乎在每種細(xì)胞中都有表達(dá)。大多數(shù)TRP 通道位于質(zhì)膜中，發(fā)揮控制陽(yáng)離子出入細(xì)胞和調(diào)節(jié)離子跨膜流動(dòng)電化學(xué)勢(shì)的作用。已有的研究發(fā)現(xiàn)，TRP通道與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是極具前景的藥物靶標(biāo)［6-7］。

TRPM亞家族是TRP家族中最大的亞家族，包含TRPM1～8，共8 個(gè)成員［8］，廣泛表達(dá)于哺乳動(dòng)物的各個(gè)組織中，具有不同的生物特性和生理功能，可被多種刺激調(diào)節(jié)，如溫度、電壓、離子和配體等［9］。根據(jù)序列相似性，將8 個(gè)通道成員分為4組：TRPM1/TRPM3、TRPM2/TRPM8、TRPM4/TRPM5、TRPM6/TRPM7［8，10］。TRPM1 在色素細(xì)胞中表達(dá)，與良性痣和黑色素瘤等皮膚和眼部疾病相關(guān)［11］。TRPM2是大腦中最豐富的TRP通道，調(diào)節(jié)腦內(nèi)神經(jīng)元發(fā)育，外周組織分布的TRPM2 參與炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)胰島素分泌，作為溫度傳感器參與體溫調(diào)節(jié)［12-13］。TRPM3在大腦、腎臟等組織表達(dá)，該通道的激活可致血管收縮、胰島素分泌及炎癥性痛覺過(guò)敏等［14］。TRPM4 和TRPM5 通透一價(jià)陽(yáng)離子，可被電壓和鈣離子激活，是味覺刺激轉(zhuǎn)導(dǎo)必需的通道［15］。TRPM6 與TRPM7 結(jié)構(gòu)相似，胞內(nèi)C端也具有功能性α 激酶，TRPM6 的功能喪失型突變易引起低鎂血癥伴繼發(fā)性低鈣血癥（hypomagnesemia with secondary hypocalcemia，HSH）［16］。TRPM8 可被電壓、pH、滲透壓等多種因素調(diào)節(jié)，主要參與冷感受［17］。TRPM 亞家族各個(gè)成員的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)和功能都不完全相同，TRPM6 和TRPM7 由于具有特殊的α 激酶結(jié)構(gòu)域得到了更多的關(guān)注。

2 TRPM7的結(jié)構(gòu)和功能特征

2.1 TRPM7的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TRPM7 是含有離子通道和蛋白激酶結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白，包括位于細(xì)胞膜內(nèi)的N端和C端，以及位于細(xì)胞膜上的六次跨膜結(jié)構(gòu)域（S1～S6）（圖1）。人TRPM7 編碼1 865 個(gè)氨基酸，小鼠TRPM7 編碼1 863 個(gè)氨基酸，序列相似性為94%［18］。2001 年Kuriyan 等［19］結(jié)晶并解析了TRPM7 的C 端分離激酶結(jié)構(gòu)域（1 580～1 863），2018 年Clapham 等［20］利用冷凍電鏡，解析了TRPM7-EDTA、TRPM7-Mg2+和TRPM7-DVF 的結(jié)構(gòu)，自此揭示了TRPM7通道的完整結(jié)構(gòu)。TRPM7 蛋白的N 端含有4 個(gè)TRPM 家族的同源結(jié)構(gòu)域（melastatin homology domain，MHD），參與通道組裝和轉(zhuǎn)運(yùn)。6 個(gè)跨膜區(qū)段（S1～S6）形成離子通道結(jié)構(gòu)域，每個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度約為21個(gè)氨基酸殘基，S5和S6間包含預(yù)測(cè)的孔螺旋和孔環(huán)（pore region），位于通道孔區(qū)的兩個(gè)帶負(fù)電荷的氨基酸（E1047 和E1052）對(duì)于通道的Ca2+和Mg2+的通透性以及pH 敏感性極為重要［21］。C 端靠近跨膜區(qū)是一個(gè)高度保守且富含脯氨酸的TRP 盒，由24 個(gè)氨基酸組成，可與磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PⅠP2）相互作用［1］；TRP 盒后連接著雙螺旋結(jié)構(gòu)域（coiled-coil domain，CC），以反平行四聚體結(jié)構(gòu)參與四聚體跨膜區(qū)和二聚激酶結(jié)構(gòu)域之間的連接，是通道組裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［22］。C端含有α激酶結(jié)構(gòu)域，包含一個(gè)鋅指同源域以維持激酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通過(guò)絲氨酸/蘇氨酸磷酸化自身和底物參與細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和基因表達(dá)等過(guò)程［23］。

2.2 TRPM7的功能特性

TRPM7 是一種非選擇性陽(yáng)離子通道，可通透多種二價(jià)陽(yáng)離子，通透性從高至低依次為Zn2+、Ni2+、Co2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Sr2+、Cd2+等［24］，同時(shí)也對(duì)單價(jià)陽(yáng)離子如Na+、K+通透，可被La3+、Gd3+等三價(jià)陽(yáng)離子阻斷。TRPM7 電流的反轉(zhuǎn)電位約為0 mV，在負(fù)的膜電位下介導(dǎo)較小的內(nèi)向電流，在正的膜電位下介導(dǎo)大的外向電流，表現(xiàn)出外向整流現(xiàn)象，該特性與細(xì)胞外二價(jià)陽(yáng)離子阻斷單價(jià)陽(yáng)離子流入有關(guān)［25］。去除胞外的二價(jià)陽(yáng)離子后，TRPM7 通道因通透單價(jià)陽(yáng)離子，外向整流的現(xiàn)象消失。TRPM7 通道的失活或激活均無(wú)時(shí)間或電壓依賴性，其電流可被細(xì)胞內(nèi)外高濃度的Mg2+抑制，因此在全細(xì)胞膜片鉗實(shí)驗(yàn)中，通常用不含Mg2+或添加Mg2+螯合劑的內(nèi)液記錄電流［25］。TRPM7 的α激酶屬于非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，最主要的功能在于磷酸化和自磷酸化，S1511 和S1567 是主要的自磷酸化位點(diǎn)，可以磷酸化α螺旋和非α螺旋結(jié)構(gòu)域的絲氨酸與蘇氨酸殘基［26］。在LN18（人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系）細(xì)胞中，半胱天冬酶在D1510處切割使得TRPM7激酶結(jié)構(gòu)域與通道分離，可以增強(qiáng)離子通道活性但不影響激酶的功能［27］。TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)域可以通過(guò)蛋白酶水解的方式分離出來(lái)，以Zn2+依賴的方式轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，結(jié)合多個(gè)染色質(zhì)重塑復(fù)合物成分，磷酸化特定的組蛋白，改變?nèi)旧|(zhì)共價(jià)修飾結(jié)構(gòu)，最終影響細(xì)胞分化和胚胎發(fā)育，參與基因的表達(dá)調(diào)控［28］。

3 TRPM7的生理功能特征

TRPM7 廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)，在哺乳動(dòng)物的心、肝、脾、肺、腎、消化道等多種組織及器官中皆有表達(dá)，特別是在心臟、垂體、骨骼和脂肪組織中表達(dá)水平最高［29］。TRPM7可以影響細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、增殖和遷移，HEK293細(xì)胞中過(guò)表達(dá)TRPM7 可使細(xì)胞圓化、從基底上脫離，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡［30］，對(duì)機(jī)體的離子穩(wěn)態(tài)和胚胎發(fā)育等起到不可或缺的作用。

TRPM7 的離子通道部分可以通透多種二價(jià)陽(yáng)離子，Mg2+和Ca2+是TRPM7 電流的主要攜帶者［31］。Mg2+是細(xì)胞中僅次于鉀離子的第二豐富的陽(yáng)離子，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能、酶、離子通道、新陳代謝以及信號(hào)通路等，是不可缺少的生物調(diào)節(jié)因子［32-33］，鎂穩(wěn)態(tài)紊亂與包括癌癥在內(nèi)的多種炎癥驅(qū)動(dòng)的慢性病的病理生理學(xué)有關(guān)［34］。DT-40 細(xì)胞中TRPM7 的缺失會(huì)阻止細(xì)胞周期進(jìn)程，通過(guò)補(bǔ)充Mg2+才能使其繼續(xù)進(jìn)行，因此TRPM7在G1期被激活，很可能是在這一階段介導(dǎo)Mg2+流入保持細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖［35］。除了細(xì)胞增殖，TRPM7在調(diào)節(jié)全身的鎂離子平衡中也發(fā)揮了重要作用，攜帶缺失激酶結(jié)構(gòu)域?qū)е耇RPM7 通道功能障礙的小鼠糞便中Mg2+的排泄量明顯增加，意味著小鼠的腸道對(duì)Mg2+的吸收存在缺陷，長(zhǎng)期缺乏Mg2+最終可能導(dǎo)致低鎂血癥、高血壓等疾?。?6-38］。在牙齒發(fā)育過(guò)程中，TRPM7 相對(duì)表達(dá)水平在牙釉質(zhì)形成的成熟階段上調(diào)，在成釉細(xì)胞高度表達(dá)。通過(guò)構(gòu)建TRPM7 激酶缺失的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)此類小鼠門牙牙釉質(zhì)的體積比正常小鼠小，且明顯低礦化，補(bǔ)充Mg2+可以恢復(fù)前者的部分活性，通透Mg2+的TRPM7通道在其中無(wú)疑發(fā)揮重要作用［39-40］。

Ca2+是大量生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，是最常用的細(xì)胞內(nèi)信使，從心肌和骨骼肌收縮、受精到胚胎發(fā)育，Ca2+無(wú)一不存在其中，破壞Ca2+的穩(wěn)態(tài)會(huì)干擾生命體的正常生理過(guò)程［41-42］。TRPM7 在被激活和長(zhǎng)時(shí)間的氧/葡萄糖剝奪后， 使用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)分化PC12 神經(jīng)元細(xì)胞和初級(jí)海馬神經(jīng)元細(xì)胞，細(xì)胞活性氧水平和TRPM7 通道的表達(dá)水平顯著增加，使得大量Ca2+進(jìn)入神經(jīng)元細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。通過(guò)非選擇性陽(yáng)離子抑制劑和siRNA 抑制TRPM7 的表達(dá)均可保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞，因此TRPM7 對(duì)Ca2+穩(wěn)態(tài)的維持及神經(jīng)元細(xì)胞的保護(hù)起到重要作用［43］。在對(duì)人類胚胎肺成纖維細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的研究中發(fā)現(xiàn)，遷移的成纖維細(xì)胞中存在獨(dú)特的“鈣閃爍”，通過(guò)共聚焦成像可以發(fā)現(xiàn)“鈣閃爍”是由一類陽(yáng)離子通道介導(dǎo)的鈣離子流入觸發(fā)的，在此細(xì)胞中敲低TRPM7 后“鈣閃爍”幾乎消失，確證了TRPM7在此過(guò)程中的傳感器作用，揭示了它在細(xì)胞遷移中的新功能［44］。

除了二價(jià)陽(yáng)離子，TRPM7 也能通透K+等一價(jià)陽(yáng)離子。在酸性條件下質(zhì)子可以增加內(nèi)向電流至原來(lái)的十倍，酸性越強(qiáng)，質(zhì)子作用越強(qiáng)，質(zhì)子通過(guò)與二價(jià)陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+）競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)使單價(jià)陽(yáng)離子通過(guò)TRPM7 通道［45-46］。在缺血、炎癥等組織損傷的病理?xiàng)l件下容易出現(xiàn)低pH 值的情況，結(jié)合TRPM7 的pH 敏感性，TRPM7 在此類病理?xiàng)l件下很可能引起疼痛加劇以及酸中毒等情況加重患者的病痛［47］。

除離子通道結(jié)構(gòu)域外，TRPM7 還擁有α 激酶結(jié)構(gòu)域。目前關(guān)于激酶區(qū)是否影響TRPM7 離子通道的功能存在爭(zhēng)議，但是激酶活性喪失型突變體改變激酶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響通道對(duì)鎂離子的敏感性已有報(bào)道［48］。TRPM7 的α 激酶可以自磷酸化結(jié)構(gòu)中的絲氨酸/蘇氨酸殘基富集區(qū)域，在不影響其催化功能的情況下促進(jìn)肌球蛋白ⅠⅠ等底物的磷酸化，發(fā)揮蛋白激酶活性；由于肌球蛋白ⅠⅠ是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞收縮的主要蛋白質(zhì)，TRPM7 激酶以此調(diào)控細(xì)胞骨架張力參與到細(xì)胞黏附、肌球蛋白絲穩(wěn)定性等過(guò)程中［26，49］。此外，TRPM7的C端可經(jīng)蛋白質(zhì)水解裂解出TRPM7 激酶部分，裂解激酶進(jìn)入細(xì)胞核與核蛋白結(jié)合，磷酸化特定核組蛋白從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、DNA 損傷修復(fù)等過(guò)程參與細(xì)胞基本功能，最終影響細(xì)胞分化和胚胎發(fā)育［28］。

在動(dòng)物水平上，從哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育到出生后功能性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的形成，TRPM7 都是必不可少的［38］。通過(guò)使用Ⅰck-Cre小鼠敲除發(fā)育胸腺細(xì)胞中的TRPM7，敲除鼠12 周時(shí)出現(xiàn)了胸腺細(xì)胞顯著減少、胸腺結(jié)構(gòu)異常的現(xiàn)象，胸腺髓質(zhì)細(xì)胞中STAT3活性和豐度降低使得胸腺結(jié)構(gòu)逐漸喪失，如果從小鼠胚胎中完全敲除TRPM7 基因，胚胎將在第7.5 天時(shí)直接死亡［50］。除此之外，攜帶TRPM7功能喪失突變的斑馬魚顯示出嚴(yán)重的生長(zhǎng)遲緩和骨骼發(fā)育的改變［51］。非洲爪蟾胚胎中抑制細(xì)胞背側(cè)邊緣區(qū)的TRPM7 蛋白表達(dá)會(huì)造成嚴(yán)重的原腸胚缺陷等等［52］，這些都表明了TRPM7在機(jī)體參與不同的生理過(guò)程以及維持生命體正常的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可或缺。

4 TRPM7與疾病

TRPM7在多種人類疾病中扮演著重要的角色，其功能紊亂可引發(fā)神經(jīng)退行性疾病、缺血性細(xì)胞死亡、癌癥、心血管疾病等病癥［1，53-55］。目前和TRPM7相關(guān)的多數(shù)疾病主要與TRPM7通道功能異常進(jìn)而打破胞內(nèi)離子平衡有關(guān)。在乳腺癌、前列腺癌中，可通過(guò)TRPM7 通道的下調(diào)或失活抑制Ca2+流入發(fā)揮抗腫瘤能力［56-57］。在缺血性中風(fēng)中，抑制TRPM7 可防止缺血性細(xì)胞死亡并保持神經(jīng)元功能［54］。此外，TRPM7還與高血壓相關(guān)的Mg2+失調(diào)和血管功能障礙有關(guān)［58］。

4.1 神經(jīng)退行性疾病

神經(jīng)變性是所有引起神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能逐漸喪失的病理事件的集合，包括細(xì)胞損傷、疾病發(fā)展以及細(xì)胞死亡。在神經(jīng)元的生長(zhǎng)、存活以及分化過(guò)程中，Ca2+和Mg2+都起到至關(guān)重要的作用［59-60］。由于TRPM7 廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中且可以調(diào)節(jié)這兩種離子的平衡，使得TRPM7 可能在阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）和帕金森病（Parkinson’s disease，PD）等神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮重要作用［61-62］。在AD的發(fā)病機(jī)制中，腦中蓄積的β淀粉樣蛋白（Aβ）被認(rèn)為是AD發(fā)病的重要機(jī)制之一，激活TRPM7 通道增加Ca2+流入可啟動(dòng)對(duì)Aβ的基礎(chǔ)自噬機(jī)制，最終改善認(rèn)知功能［61］。在家族性阿爾茨海默?。╢amilial Alzheimer’s disease，F(xiàn)AD）中，早老素（presenilin）突變導(dǎo)致可調(diào)節(jié)TRPM7通道的PⅠP2代謝失衡，突變細(xì)胞中TRPM7通道電流減少、自噬活性減弱，通過(guò)恢復(fù)TRPM7通道正常的活性可恢復(fù)正常的基礎(chǔ)自噬并且減少Aβ 的產(chǎn)生［63］。另外，AD 的認(rèn)知障礙也與突觸結(jié)構(gòu)和功能的喪失有關(guān)，Cofilin是一種肌動(dòng)蛋白調(diào)節(jié)蛋白，在受刺激的神經(jīng)元中通過(guò)磷酸化成蛋白束，可與積累的Aβ 前體共同抑制突觸蛋白運(yùn)輸，損傷突觸傳遞和可塑性，TRPM7 α 激酶可通過(guò)與Cofilin 相互作用，抑制Cofilin 去磷酸化從而保護(hù)突觸，治療AD［64-65］。黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的喪失是PD的重要發(fā)病機(jī)制之一，TRPM7在大腦黑質(zhì)的神經(jīng)元中表達(dá)，而斑馬魚TRPM7 突變的幼苗會(huì)出現(xiàn)游泳能力減弱等行為和發(fā)育缺陷，通過(guò)補(bǔ)充外源性多巴胺可以挽救部分缺陷，表明多巴胺能神經(jīng)元部分依賴于TRPM7的表達(dá)，TRPM7的缺失或許是PD發(fā)病的重要原因之一［66］。

最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，TRPM7 的離子通道區(qū)域會(huì)對(duì)神經(jīng)元的突觸囊泡內(nèi)吞產(chǎn)生作用，條件性敲除TRPM7 的小鼠神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞和神經(jīng)元的突觸囊泡內(nèi)吞作用存在缺陷，神經(jīng)元的興奮性和抑制性突觸傳遞的突觸前抑制在短期內(nèi)被增強(qiáng)［67］，這些現(xiàn)象可能與細(xì)胞無(wú)法正常攝入Ca2+有關(guān)，提示TRPM7 缺陷的動(dòng)物表現(xiàn)出神經(jīng)退行性疾病的癥狀可能是離子平衡紊亂所致，TRPM7 功能障礙導(dǎo)致的突觸囊泡內(nèi)吞作用可能是此類疾病的潛在分子機(jī)制之一。

4.2 缺血性中風(fēng)

缺血性中風(fēng)是一種以血管堵塞為主要癥狀的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是全球第二大死因［68］。中風(fēng)治療主要側(cè)重于恢復(fù)大腦的血流量和治療中風(fēng)引起的神經(jīng)損傷，缺血發(fā)生過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)過(guò)多的Ca2+會(huì)造成線粒體、細(xì)胞骨架和蛋白質(zhì)合成的不可逆損傷，最終使神經(jīng)元死亡，因此，抑制過(guò)量的細(xì)胞外Ca2+流入和抑制細(xì)胞內(nèi)部Ca2+的釋放被認(rèn)為是治療缺血性中風(fēng)的治療重要途徑。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體、α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（AMPA）受體和L 型Cav 通道曾經(jīng)被認(rèn)為是缺血期間細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入胞質(zhì)的主要途徑［69］，阻斷這些受體和通道可以作為防止細(xì)胞內(nèi)鈣超載，進(jìn)而保護(hù)缺血性細(xì)胞損傷的的重要手段。然而，臨床試驗(yàn)中的相關(guān)藥物并未達(dá)到理想的效果，部分患者出現(xiàn)肝腎功能損害、皮膚刺激、惡心等不良反應(yīng)，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)心肌梗塞、心力衰竭、肺炎和卒中復(fù)發(fā)［70］。

目前，已發(fā)現(xiàn)TRPM7 通道在大腦缺血導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷中扮演重要作用［71］，其通透的Ca2+和Zn2+在缺血性皮質(zhì)和海馬組織中含量增高，誘導(dǎo)線粒體功能障礙致使神經(jīng)元損傷［72］。在腦灌注不足的大鼠海馬中，TRPM7 的mRNA 和蛋白質(zhì)水平顯著增加，而TRPM7 轉(zhuǎn)錄本與細(xì)胞內(nèi)Ca2+和活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平呈正相關(guān)的關(guān)系，證明TRPM7參與了海馬的缺氧損傷［73］。這些結(jié)果表明，抑制或下調(diào)TRPM7 通道或許有助于緩解缺血性神經(jīng)元損傷，TRPM7 可作為中風(fēng)過(guò)程神經(jīng)保護(hù)的潛在靶點(diǎn)［52］。

4.3 腫瘤

TRPM7 和腫瘤的密切關(guān)系已在多種類型的癌癥中得到證實(shí)，包括乳腺癌、卵巢癌、胃癌、頭頸癌、鼻咽癌、胰腺癌、前列腺癌、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤和白血病等［74-80］。TRPM7 能在癌細(xì)胞中發(fā)揮多種功能，影響癌細(xì)胞的存活、細(xì)胞周期進(jìn)程、增殖、生長(zhǎng)、遷移、侵襲和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）等。在乳腺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及肺癌的細(xì)胞系和組織中，TRPM7 表達(dá)量均有明顯增加［77］。在乳腺癌細(xì)胞系MDAMB-468 中沉默TRPM7 可抑制部分EMT 的標(biāo)志物表達(dá)［81］。人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤U87細(xì)胞中TRPM7 轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)表達(dá)水平明顯高于正常人星形膠質(zhì)NHA細(xì)胞，阻斷TRPM7的表達(dá)可顯著降低腫瘤細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移能力［82］。

TRPM7 在腫瘤中的病理功能角色復(fù)雜多樣，在不同甚至同種腫瘤中，TRPM7 可以通過(guò)不同的途徑參與病理過(guò)程。以乳腺癌為例，在人乳腺癌細(xì)胞系MCF-7 中，TRPM7 的表達(dá)水平明顯高于正常組織細(xì)胞，影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)速率，通過(guò)siRNA沉默TRPM7 降低了MⅠC （Mg2+-inhibited cationic current）電流，此前TRPM7 通過(guò)鈣離子和錳離子的流入成為這一電流的貢獻(xiàn)者，而降低外部鈣離子濃度或者沉默TRPM7可使MCF-7細(xì)胞生長(zhǎng)速率減慢［56］。在另一種人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231中，TRPM7 非選擇性抑制劑2-氨基乙基二苯基硼酸酯（2-APB）改變了MDA-MB-231 的細(xì)胞周期，使S期細(xì)胞百分比增加，G0/G1期細(xì)胞減少，通過(guò)抑制TRPM7從而降低癌細(xì)胞增殖［80］。同樣是在這一細(xì)胞系中，正常組細(xì)胞表現(xiàn)出典型的紡錘形，通過(guò)shRNA敲低TRPM7后的乳腺癌細(xì)胞則更接近圓形，明顯降低了細(xì)胞的遷移速率和能力［83］。除此之外，如控制鈣鎂離子的流入調(diào)控TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)磷酸化，調(diào)節(jié)TRPM7 激酶與肌動(dòng)蛋白等底物的活性從而改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)參與乳腺癌細(xì)胞遷移等多種機(jī)制也參與腫瘤的病理過(guò)程中［84］。TRPM7在惡性腫瘤中通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮重要作用，因此利用TRPM7 作為人類惡性腫瘤的分子生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)具有極大的潛在價(jià)值。

4.4 心血管疾病

高血壓發(fā)病的重要原因之一是細(xì)胞內(nèi)Mg2+濃度降低，導(dǎo)致血管過(guò)度收縮或血管功能障礙。研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高血壓大鼠的血管平滑肌細(xì)胞中Mg2+內(nèi)流的減少與血管TRPM7 的下調(diào)有關(guān)［55］，TRPM7 表達(dá)不足或活性缺陷可能導(dǎo)致血管產(chǎn)生炎癥、纖維化和收縮，這在高血壓疾病相關(guān)的血管重塑過(guò)程中十分重要，通過(guò)增強(qiáng)TRPM7 通道提高細(xì)胞內(nèi)Mg2+水平可使血管舒張并減弱血管收縮，防止高血壓的發(fā)生［85］。

TRPM7 通道是第一個(gè)在心肌成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）上檢測(cè)到的TRP 家族通道，是人和小鼠心肌成纖維細(xì)胞主要的鈣調(diào)控通道［86］。與健康者心房肌細(xì)胞比較，心房顫動(dòng)患者心房肌細(xì)胞TRPM7 表達(dá)升高3～5 倍，其介導(dǎo)的鈣電流明顯增加，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）表達(dá)上調(diào)，增加成纖維細(xì)胞的分化與纖維化，最終導(dǎo)致心房纖顫。下調(diào)或沉默TRPM7 后，Ca2+流入顯著降低，抑制基礎(chǔ)房顫成纖維細(xì)胞的分化，表明TRPM7 通過(guò)調(diào)節(jié)鈣信號(hào)和TGF-β 等通路在心肌纖維化過(guò)程發(fā)揮著重要作用［86-88］。

4.5 其他疾病

從胚胎期開始到成年，心臟到骨髓逐漸檢測(cè)到TRPM7 的表達(dá)，成年后的表達(dá)低于胚胎期，證明了TRPM7在小鼠早期發(fā)育中的重要地位，TRPM7條件性敲除小鼠的股骨更短以及部分早產(chǎn)兒心臟中TRPM7 含量低導(dǎo)致心血管不穩(wěn)定可以證實(shí)這一點(diǎn)［89-90］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，TRPM7 可以調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB 等通路參與到炎癥性疾病中，如炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，ⅠBD）和腎小管上皮細(xì)胞炎癥［91-92］。敲低TRPM7 阻斷了腸細(xì)胞中TLR4/NF-κB途徑激活，此途徑的激活會(huì)促進(jìn)下游炎性因子的釋放，致使腸組織損傷。同時(shí)TRPM7 的敲低可以激活MEK/ERK 通路、增強(qiáng)細(xì)胞增殖，通過(guò)兩種通路的共同作用阻斷細(xì)胞凋亡，減弱炎癥。在腎上皮細(xì)胞中，TRPM7 的敲低降低了MAPK 的活化以減少一些可誘發(fā)炎癥的蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子的激活。對(duì)于HSH 而言，早在2002年已經(jīng)確定了TRPM6是HSH的致病因素［93-94］，然而只有TRPM6/TRPM7 異四聚體才能發(fā)揮通道功能，通過(guò)對(duì)兩個(gè)存在HSH 患者的家族進(jìn)行全外顯子測(cè)序，發(fā)現(xiàn)患者的TRPM7基因出現(xiàn)了罕見突變，其中G1046A 能夠誘導(dǎo)TRPM7 通道功能喪失，由此TRPM7可以確定為HSH的候選基因［95］。

5 TRPM7小分子調(diào)節(jié)劑

盡管TRPM7 在多種疾病中扮演著重要角色，但是目前TRPM7 特異性的調(diào)節(jié)劑并不多，早期研究發(fā)現(xiàn)TRPM7 可被多種內(nèi)源性物質(zhì)調(diào)節(jié)，如細(xì)胞內(nèi)游離的Mg2+、PⅠP2、胞質(zhì)的酸堿度，近年來(lái)小分子調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)成為熱點(diǎn)，靶向TRPM7 通道所開發(fā)的小分子調(diào)節(jié)劑有11 種，僅有CCT128930 進(jìn)入臨床前研究階段。其余化合物停留在生物學(xué)檢測(cè)階段，數(shù)量極少且缺乏特異性。如2-APB，通過(guò)干擾多種與鈣信號(hào)有關(guān)的蛋白質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)酸化機(jī)制等方式抑制TRPM7電流，IC50為178 μmol/L［96-98］；廣譜絲氨酸蛋白酶抑制劑和抗凝血?jiǎng)㎞afamostat 抑制TRPM7 通道，IC50達(dá)到617 μmol/L［99］；香芹酚和幾種5-脂氧合酶抑制劑（NDGA、AA861 和MK886） 也需要在較高濃度下阻斷TRPM7 電流［100-101］。缺少特異性TRPM7調(diào)節(jié)劑和已發(fā)現(xiàn)的小分子調(diào)節(jié)劑存在的作用位點(diǎn)不明確、特異性不強(qiáng)、有效劑量過(guò)高等問題，使得開展TRPM7 小分子調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)和作用機(jī)制研究越發(fā)緊迫。近年來(lái)，隨著高通量篩選技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些對(duì)TRPM7有相對(duì)特異性的小分子抑制劑（表1）和激動(dòng)劑（表2）。

Table 1 Inhibitors of TRPM7 channel表1 TRPM7通道抑制劑

Table 2 Agonists of TRPM7 channel表2 TRPM7通道激動(dòng)劑

5.1 抑制劑

Waixenicin A 是 從 軟 珊 瑚 （Sarcothelia edmondsoni）中提取的天然萜類化合物，是第一個(gè)有效且相對(duì)特異性的TRPM7 通道抑制劑，可以抑制海馬神經(jīng)元中的TRPM7 通道調(diào)節(jié)鈣離子內(nèi)流及骨架蛋白，從而影響海馬神經(jīng)元的生長(zhǎng)發(fā)育［102］。Waixenicin A 對(duì)TRPM7 同源性最高的TRPM6 通道無(wú)抑制作用，僅輕微影響TRPM2、TRPM4 和Ca2+釋放激活的Ca2+通道（CRAC 通道）。在細(xì)胞內(nèi)液含有700 μmol/L Mg2+的亞生理?xiàng)l件下，Waixenicin A對(duì)TRPM7 通道的IC50為16 nmol/L，去除細(xì)胞內(nèi)液Mg2+后，其效應(yīng)大幅度降低，IC50達(dá)到7 μmol/L，說(shuō)明Waixenicin A可以與胞內(nèi)Mg2+協(xié)同抑制通道活性。但是在過(guò)表達(dá)TRPM7 缺乏激酶結(jié)構(gòu)域（TRPM7-ΔK）的HEK293 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞內(nèi)液和外液完全不含Mg2+的情況下，300 nmol/L Waixenicin A 也可以完全抑制TRPM7 樣電流［98］。根據(jù)以上結(jié)果可以猜測(cè)，Waixenicin A 的效應(yīng)不依賴Mg2+，二者協(xié)同作用的產(chǎn)生很可能是由于Mg2+和L1648 殘基（Mg2+結(jié)合位點(diǎn)） 結(jié)合后，使得TRPM7 轉(zhuǎn)變成能和Waixenicin A 高親和力結(jié)合并有效阻斷通道的構(gòu)象狀態(tài)，這一新型天然化合物的發(fā)現(xiàn)為此類化合物藥效團(tuán)結(jié)構(gòu)活性的研究提供了新的方向。最近在研究者構(gòu)建的缺氧-缺血性腦損傷小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，Waixenicin A 對(duì)新生小鼠的腦部形態(tài)和短期、長(zhǎng)期功能恢復(fù)都具有顯著的改善，且提示鈣調(diào)蛋白質(zhì)依賴的激酶、p38和Cofilin等因子可能參與其中，該結(jié)果進(jìn)一步支持TRPM7 是具有前途的神經(jīng)保護(hù)藥物開發(fā)靶點(diǎn)［103］。

小電導(dǎo)鈣激活鉀（small conductance calcium activated potassium，SK）通道抑制劑，如奎寧、CyPPA、喹啉、NS8593、SKA31 和UCL1684 也可抑制TRPM7 通道，NS8593 是其中活性最強(qiáng)的分子。NS8593最早作為SK通道抑制劑上市，如今被證明是TRPM7 通道高活性、高選擇性、可逆的抑制劑。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)液不含有Mg2+時(shí)，NS8593 對(duì)TRPM7 通道的IC50為（1.6±0.1）μmol/L，在細(xì)胞內(nèi)液含有300 μmol/L Mg2+時(shí)，NS8593對(duì)TRPM7的IC50值為（5.9±0.5）μmol/L，說(shuō)明此化合物效應(yīng)也會(huì)受到Mg2+的影響。NS8593對(duì)其他TRP家族通道無(wú)明顯的調(diào)節(jié)效應(yīng)（TRPM2、TRPM5、TRPM8、TRPC6、TRPV1 及TRPA1），對(duì)TRPM6 電流抑制的IC50約為26.7 μmol/L，是對(duì)TRPM7的IC50的5倍以上，證明其對(duì)TRPM7 的良好選擇性。位于激酶域催化位點(diǎn)的高度保守的殘基K1646R突變可阻斷TRPM7 的激酶功能且不影響通道功能，該突變體電流可被10 μmol/L NS8593 抑制，說(shuō)明NS8593 對(duì)TRPM7 的 抑 制 作 用 不 需 要 激 酶 結(jié) 構(gòu) 域［104］。TRPM7 孔環(huán)的兩個(gè)保守性殘基（E1047、Y1049）對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的滲透至關(guān)重要。E1047Q 突變可導(dǎo)致通道對(duì)單價(jià)陽(yáng)離子的滲透增加而不通透二價(jià)陽(yáng)離子，該突變體對(duì)于NS8593 的抑制作用無(wú)影響，但TRPM7-Y1049P 突變體對(duì)NS8593 的親和力提高，與野生型TRPM7 相比，NS8593 對(duì)Y1049P 突變的IC50值降低至原來(lái)的1/4 左右。這些結(jié)果表明，TRPM7 孔道區(qū)參與了和NS8593 的相互作用。目前，NS8593 被廣泛用作TRPM7 通道研究的工具分子。

鞘氨醇（SPH）是質(zhì)膜鞘脂的核心組成部分，SPH和其合成同系物FTY720均可有效抑制TRPM7通道的活性。FTY720是鼠尾草素（ⅠSP-1）的衍生物，于2010 年獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)作為一種治療多發(fā)性硬化癥的口服藥物［108］，對(duì)TRPM7 的IC50為0.7 μmol/L，是TRPM7的強(qiáng)效抑制劑。SPH 和FTY720 作用機(jī)制類似，主要通過(guò)掩蔽PⅠP2的負(fù)電荷，進(jìn)而降低TRPM7單通道開放概率使通道失活［105］。

針對(duì)目前TRPM7 強(qiáng)效抑制劑不足的問題，官子月等［106］利用ⅠonWorks Barracuda 高通量篩選平臺(tái)發(fā)現(xiàn)CCT128930 是一個(gè)強(qiáng)效TRPM7 通道抑制劑。該分子對(duì)TRPM7 通道的IC50在0.86 μmol/L 左右，與TRPM6和TRPM8亞型相比，CCT128930選擇性抑制TRPM7 通道，抑制效應(yīng)部分可逆。CCT128930 對(duì)TRPM7 的抑制幾乎不受生理Mg2+的影響，在含Mg2+內(nèi)液中其對(duì)TRPM7 通道的IC50為0.63 μmol/L，在無(wú)Mg2+內(nèi)液中為0.86 μmol/L。通過(guò)大量的單個(gè)位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TRPM7 激酶結(jié)構(gòu)域不影響CCT128930 的抑制活性，位于通道結(jié)構(gòu)域孔道區(qū)的E1047等氨基酸殘基是這一分子抑制效應(yīng)的關(guān)鍵性殘基。

5.2 激動(dòng)劑

TRPM7 激動(dòng)劑數(shù)量比抑制劑更少，目前僅有兩個(gè)分子選擇性相對(duì)良好——Naltriben 和Mibefradil。灌流Naltriben（50 μmol/L）可顯著增強(qiáng)U87 細(xì)胞中的內(nèi)源性TRPM7 樣電流，且電流能夠隨著對(duì)Naltriben 的洗脫而降低，因而Naltriben對(duì)TRPM7通道的激活是可逆的［111］。Naltriben在無(wú)Mg2+細(xì)胞內(nèi)液和低PⅠP2 的條件下均可激活TRPM7通道，EC50值約為20 μmol/L；在細(xì)胞內(nèi)液中含Mg2+的時(shí)候，由Naltriben引起的電流幅度增加更為明顯，且在50 μmol/L 的濃度下對(duì)其他TRP 通道（TRPM2、TRPM8和TRPV1）無(wú)明顯的激活作用。因此，Naltriben 被認(rèn)為是強(qiáng)激動(dòng)活性、高選擇性、可逆的TRPM7 激動(dòng)劑［109］。通過(guò)一系列孔道區(qū)、TRP 盒和激酶結(jié)構(gòu)域的TRPM7 殘基的突變體研究表明，Naltriben 增強(qiáng)TRPM7 通道的關(guān)鍵位點(diǎn)可能位于TRP結(jié)構(gòu)域中。此外，Naltriben以競(jìng)爭(zhēng)性方式干擾NS8593和Mg2+對(duì)TRPM7電流的抑制作用。

Mibefradil 是另一個(gè)活性較好的TRPM7 激動(dòng)劑，其結(jié)構(gòu)與NS8593 相似，但兩者對(duì)通道功能的影響不同。Mibefradil 曾作為Ca2+拮抗劑用于高血壓、心絞痛和充血性心力衰竭等心血管疾病的臨床治療［112］，但因其與多種常用藥物發(fā)生致命的藥物相互作用而退出市場(chǎng)［113］。Mibefradil 能夠刺激TRPM7 介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，EC50為53 μmol/L，對(duì)TRPM7 通道的激活作用迅速且完全可逆，同時(shí)對(duì)TRPA1、TRPV1、TRPM3 等TRP 通道無(wú)影響，具有較好的選擇性。對(duì)TRP 盒的S1107 位突變（S1107E）后發(fā)現(xiàn)，Mibefradil對(duì)此突變體未產(chǎn)生激活作用，因而認(rèn)為Mibefradil 通過(guò)調(diào)節(jié)通道門控發(fā)揮對(duì)TRPM7 的激活作用。與Naltriben 不同，Mibefradil對(duì)TRPM7通道的激動(dòng)作用高度依賴于胞內(nèi)Mg2+，Mibefradil 在細(xì)胞內(nèi)生理Mg2+濃度下可有效激活TRPM7 電流，而細(xì)胞內(nèi)高濃度的Mg2+會(huì)完全消除其激動(dòng)效應(yīng)［110］。

2016 年Valinsky 等［114］發(fā)現(xiàn)，鹽皮質(zhì)激素家族中的醛固酮對(duì)TRPM7 也有激動(dòng)效應(yīng)，醛固酮對(duì)TRPM7 的電流有48%的激動(dòng)的同時(shí)，增加了34%的TRPM7 膜蛋白表達(dá)。該結(jié)果提示，調(diào)節(jié)體內(nèi)的某些調(diào)節(jié)因子影響TRPM7的表達(dá)也是增強(qiáng)TRPM7通道的有效途徑。

6 展 望

TRPM7 是一個(gè)具有離子通道結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域的雙功能跨膜蛋白，調(diào)節(jié)細(xì)胞Ca2+和Mg2+的穩(wěn)態(tài)，磷酸化底物參與細(xì)胞基本功能。TRPM7 在人體組織中廣泛表達(dá)，在細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、遷移、胚胎的早期發(fā)育等生理過(guò)程中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，影響人類多種疾病的進(jìn)程。因此，TRPM7被認(rèn)為是多種疾病的潛在治療靶點(diǎn)。然而，TRPM7 在各類疾病類型中的具體作用機(jī)制尚不夠清晰，不同組織和器官中的信號(hào)通路也有待深入闡明，特別是TRPM7 作為疾病治療的藥物靶點(diǎn)的有效性有待進(jìn)一步研究和確證。例如，雖然TRPM7在多種神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞株中顯著過(guò)表達(dá)，但已報(bào)道的TRPM7 蛋白的表達(dá)水平與癌癥患者的疾病嚴(yán)重程度和生存率之間的相關(guān)性不強(qiáng)，限制了TRPM7作為抗神經(jīng)膠質(zhì)瘤有效藥物靶點(diǎn)的研究。

目前，靶向TRPM7 通道開發(fā)的選擇性小分子調(diào)節(jié)劑存在數(shù)量少（僅11種）、活性弱、選擇性差和深入開發(fā)不佳的問題。其中，僅有CCT128930進(jìn)入臨床前研究階段，其余化合物停留在生物學(xué)檢測(cè)階段。值得注意的是，現(xiàn)有的TRPM7 小分子抑制劑也是其他通道的調(diào)節(jié)劑，因此普遍存在選擇性不佳的問題，如CCT128930 原作為Akt2 激酶抑制劑，在高通量篩選中發(fā)現(xiàn)其對(duì)TRPM7 具有強(qiáng)的抑制效應(yīng)和一定的相對(duì)選擇性，但其本質(zhì)并非特異性作用于TRPM7 通道。我們也正在開展基于此結(jié)構(gòu)母核的構(gòu)效關(guān)系優(yōu)化。同時(shí)，已有的TRPM7 抑制劑主要是細(xì)胞和組織水平的體外活性研究，系統(tǒng)的動(dòng)物體內(nèi)藥效評(píng)價(jià)明顯不足，降低了靶向TRPM7的藥物發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化的積極性。此外，已有調(diào)節(jié)劑作用機(jī)制的研究也有待深入，目前主要是不同TRPM亞型間的選擇性和定點(diǎn)突變的結(jié)果，無(wú)法闡明其具體結(jié)合位點(diǎn)和分子機(jī)制，制約了基于結(jié)合口袋的虛擬篩選和合理藥物設(shè)計(jì)與改造。因此，優(yōu)化和擴(kuò)大篩選通量，研究苗頭化合物的藥效和作用機(jī)制，結(jié)合已解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，開展系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系優(yōu)化，有助于發(fā)現(xiàn)活性強(qiáng)、選擇性高、體內(nèi)藥效好的化合物，同時(shí)促進(jìn)TRPM7 作為特定疾病類型有效藥物靶標(biāo)的確證。此外，目前靶向TRPM7 的調(diào)節(jié)劑主要是作用于離子通道結(jié)構(gòu)域，激酶區(qū)的調(diào)節(jié)劑研究相對(duì)薄弱，而激酶結(jié)構(gòu)域的重要功能及其與通道結(jié)構(gòu)域之間的相互調(diào)節(jié)作用是TRPM7 蛋白重要的生理病理功能所不可或缺的，靶向TRPM7 激酶區(qū)的調(diào)節(jié)劑發(fā)現(xiàn)也有待加強(qiáng)。