logo

新闻中心

企业新闻

TRPA1通道:调节疼痛的重要靶点

时间:2022-05-20 14:17:37 阅读:56

  瞬时受体电位 (TRP) 离子通道

  瞬时受体电位TRP(transient receptor potential)离子通道是一类在外周和中枢神经系统分布很广泛的通道蛋白。到目前为止,有超过30个TRP通道家族成员在哺乳动物中被克隆。TRP通道均为六次跨膜蛋白,其N末端和C末端均在胞内,第五和第六跨膜结构域构成非选择性阳离子孔道。TRP离子通道负责各种感官反应包括热、冷、疼痛、压力、视觉和味觉,目前,它们最公认的功能是介导感觉信号的传递,其他功能包括调节细胞钙平衡和影响发育等。TRP通道可被多种因素调节,包括温度、渗透压、pH值、机械力,以及一些内、外源性配体和细胞内信号分子。TRP通道家族包含七个亚家族:TRPV,TRPA,TRPC,TRPM,TRPML,TRPN和TRPP。

640.png

  TRP通道家族分布


  瞬时受体电位 (TRP) 离子通道作为非选择性阳离子通道,普遍对钙离子具有高度选择性。Ca2+对TRP离子通道具有双向调控作用,例如某些TRP通道亚型(如TRPM2)需要细胞内有Ca2+的存在才能激活通道,但Ca2+对于大部分TRP通道亚型呈现抑制现象,细胞内钙离子浓度增加后,会抑制通道活性,使内流的钙离子减少,从而防止胞内钙离子超载。这种效应是通过Ca2+与CaM(Calmodulin,钙调蛋白)结合后进行调控,这种抑制效应会产生钙浓度依赖性的通道脱敏现象,这也是TRP通道在膜片钳实验中较难记录的重要原因。

2.png

  Ca2+对TRP离子通道的双向调控作用


  TRPA1通道结构与分布

  TRPA1 通道与电压门控离子通道的整体结构一致。它是同源四聚体结构,每个亚基包含六个跨膜螺旋domain(S1-S6)和细胞内 N 端和 C 端(如图所示)。其中 S1-S4 代表电压传感域 (VSD),S5和S6 形成通道孔和选择性过滤器,反应性赖氨酸和半胱氨酸残基显示在 N端结构域内。家族性发作性疼痛综合征 (FEPS) 中突变的残基显示在 S4 的细胞内末端,Ca 2+ 结合区域显示在 C 端。

3.png

  TRPA1通道结构图


  TRPA1是一种存在于各种组织和器官中的非选择性阳离子通道,它主要表达于感觉神经元中,如肺、皮肤和大脑中的初级感觉神经元,以及肽能神经元,尤其是哺乳动物背根神经节(DRG)、三叉神经节(TG)、结节神经节(NG)和颈静脉神经节中的神经元。此外,TRPA1也存在于一些非神经元细胞和组织中,包括血管内皮细胞和软骨细胞。


  TRPA1的生理功能

  TRPA1作为冷敏感离子通道,可被内源性和外源性化合物刺激、冷刺激、机械刺激和各种炎症介质所激活。TRPA1的激活与冷感觉的产生和传导、疼痛调节以及炎症物质的调节密切相关。此外,TRPA1还与某些非神经元区域的超敏和过度兴奋有关,并在哮喘、神经病理性疼痛、慢性瘙痒、偏头痛、胃肠运动障碍、焦虑和认知功能障碍的病理生理学中发挥重要作用。


  TRPA1:治疗疼痛的重要靶点

  近年来,人们致力于研发TRPV1的拮抗剂作为新型镇痛药,尽管大量临床前研究数据证实了TRPV1在炎症和神经病理性疼痛中起到重要调节作用。但遗憾的是,临床结果并没有达到预期,在健康受试者的I期临床实验中出现了两个主要问题:机体温度升高和热痛阈值升高。这两个令人担忧的不良反应限制了TRPV1拮抗剂的进一步发展。值得一提的是,对新型TRPA1拮抗剂的初步研究并没有报道对啮齿类动体温有明显影响。此外,TRPV1和TRPA1的另一个区别在于病理条件下,激活TRPV1通道开放的内源性激动剂需要很高的浓度才能激活TRPV1通道,而如此高的浓度即使是在炎症活组织损伤部位也很难达到。相比之下,在不同的病理生理条件下,实验动物和人体身上检测到的TRPA1内源性激动剂的浓度水平是完全能够开放TRPA1通道。因此,与TRPV1相比,TRPA1通道更有可能阻断TRP调控的急性伤害性感觉,痛觉超敏和痛觉过敏中的作用。


  TRPA1与炎症疼痛

  TRPA1通道在炎性疼痛中通过两个方面进行调控。一方面,TRPA1通道的激活可促进炎症因子的释放和伤害性感受器敏感性增强。另一方面,TRPA1刺激通常与促炎神经肽SP/NKA或CGRP的释放有关,它们通过促进血管舒张、血浆蛋白泄漏和对免疫细胞的刺激作用,协调一种前馈促炎机制[4]。在炎症部位发现的各种物质其中有许多被确定为TRPA1通道的激活剂或调节剂。TRPA1可通过PLC/Ca2+信号通路参与缓激肽的兴奋作用,是缓激肽诱导伤害性感受器超敏反应的重要下游靶点。动物实验研究结果显示,通过使用TRPA1特异性阻断剂,可以明显减轻福尔马林所致的实验大鼠炎性疼痛反应[5]。


  TRPA1和神经性疼痛

  神经源性慢性疼痛由外周和中枢神经损伤所导致,与炎性痛不同,神经源性疼痛与明显的组织炎症状态无关,而依赖于神经系统的损伤和功能紊乱,常常是由于外周神经的损伤引起。最近在不同动物模型中获得的结果表明,TRPA1参与不同类型的神经性疼痛,例如糖尿病性神经病变和化疗药引起的神经病变等。

  周围神经病变是糖尿病常见的特征性并发症[6],可引起皮肤疼痛,常为灼烧性疼痛。有报道称,TRPA1拮抗可以减轻链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病啮齿动物模型的机械过敏和超敏反应[7]。

  抗癌药物的一种常见副作用是化疗诱导的外周神经病变(CIPN),其症状通常包括四肢的感觉异常和感觉迟钝、自发性疼痛、机械和热过敏,导致长期和致残性疾病[8]。TRPA1的异常表达与CIPN小鼠模型中诱发的机械性和冷过敏反应有显著的关系,化疗药物并不能直接激活TRPA1.而是通过干扰线粒体的能量代谢,导致外周神经组织发生氧化应激、炎症反应等,从而激活TRPA1通道或诱导其异常表达,在CIPN模型中给与TRPA1阻断剂治疗可逆转外周组织发生的能量代谢障碍和氧化应激现象。


  总结

  慢性疼痛是一个重要的健康问题,它导致世界各地许多人的生活质量下降。TRPA1通道作为疼痛转导机制已被深入研究,TRPA1拮抗剂针对急性疼痛和慢性疼痛的 1 期和 2 期临床试验正在规划阶段,以取代传统使用的成瘾性强的阿片类镇痛药。TRPA1在炎症和组织损伤中发挥重要作用,它涉及不同类型的疼痛,因此TRPA1是一种极好的候选镇痛药物的治疗靶点,用于治疗不同来源的急性疼痛和偏头痛。


  结语

  我们实验室关于TRPA1通道已在FLIPR和手动膜片钳平台进行了完整的靶点验证,包括该靶点的强效激动剂Cinnamaldehyde和抑制剂Ruthenium Red。

  FLIPR assay validation-Agonist:激动剂验证

图片.png

图片.png


  FLIPR assay validation-Antagonist:拮抗剂验证

图片.png


  手动膜片钳阳性药Ruthenium Red验证结果:

6.png


7.png

8.png


  参考文献

  [1] Stroud R M ,  Wells J A . Mechanistic Diversity of Cytokine Receptor Signaling Across Cell Membranes[J]. sci stke, 2004. 2004(231):re7.

  [2] Macikova L ,  Sinica V ,  Kadkova A , et al. Putative interaction site for membrane phospholipids controls activation of TRPA 1 channel at physiological membrane potentials[J]. FEBS Journal, 2019. 286(18).

  [3] Chen J ,  Hackos D H . TRPA1 as a drug target—promise and challenges[J]. Naunyn-Schmiedeberg\"s Archives of Pharmacology, 2015. 388(4):451-463.

  [4]Sonja, Kilo, and, et al. Peripheral CGRP release as a marker for neurogenic inflammation: a model system for the study of neuropeptide secretion in rat paw skin[J]. Pain, 1997.

  [5] Mcnamara C R ,  Mandel-Brehm J ,  Bautista D M , et al. TRPA1 mediates formalin-induced pain[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2007.

  [6] Koivisto A ,  Hukkanen M ,  Saarnilehto M , et al. Inhibiting TRPA1 ion channel reduces loss of cutaneous nerve fiber function in diabetic animals: Sustained activation of the TRPA1 channel contributes to the pathogenesis of peripheral diabetic neuropathy[J]. Pharmacological Research, 2012. 65(1):149-158.

  [7] Wei H , MM Hämäläinen,  Saarnilehto M , et al. Attenuation of Mechanical Hypersensitivity by an Antagonist of the TRPA1 Ion Channel in Diabetic Animals[J]. European Journal of Pain, 2009. 13(S1).

  [8] Staff N P ,  Grisold A ,  Grisold W , et al. Chemotherapy-induced peripheral neuropathy: A current review.[J]. Annals of Neurology, 2017. 81(6):772.

  [9] Benemei S ,  Cesaris F D ,  Fusi C , et al. TRPA1 and other TRP channels in migraine[J]. The Journal of Headache and Pain,14.1(2013-08-13), 2013. 14(1):71.


地址:北京市通州区科创十三街与经海路交汇处

电话:010-67809840

邮箱:services@ice-biosci.com

官网:http://www.ice-biosci.com/


加载中