姚鏡課題組在TRPV1通道的“記憶性”脫敏研究中取得新進展
2019年02月25日，《美國科學院院報》（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)了我院細胞生物學系姚鏡教授課題組的最新研究進展，文章標題為“Recovery from tachyphylaxis of TRPV1 coincides with recycling to the surface membrane（TRPV1通道長時程脫敏后的功能恢復伴隨有通道蛋白向細胞膜的循環(huán)轉(zhuǎn)運）”（ PNAS published ahead of print February 25, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1819635116 ）。
辣椒素受體TRPV1通道大量表達于感覺神經(jīng)末梢，響應細胞內(nèi)外多種刺激，在生物體的溫度感應、疼痛感知及傳導過程中發(fā)揮重要功能。TRPV1通道是一種對Ca2+有高通透性的非選擇性陽離子通道，而當Ca2+經(jīng)由激活后的TRPV1通道內(nèi)流進入細胞后，會誘發(fā)TRPV1通道的脫敏反應。進入脫敏狀態(tài)后的神經(jīng)感覺器官對包括辣椒素在內(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，從而提出了痛覺適應性調(diào)節(jié)（pain adaptation）的概念（Yao et al., PLos Biol., 2009）。
進一步的研究結(jié)果表明TRPV1通道的Ca2+依賴性脫敏反應具有“記憶性”，即TRPV1通道的脫敏程度和引起脫敏反應的刺激強度呈正相關性，刺激強度越高，則脫敏程度越嚴重。由于TRPV1拮抗劑能有效緩解嚙齒動物模型的炎癥、關節(jié)炎和癌癥的疼痛行為，而使得TRPV1成為了一個高度有效的疼痛靶點，但迄今報道的TRPV1通道拮抗劑在減輕神經(jīng)疼痛及炎癥的同時，卻伴隨有體溫過高的副作用而不能進一步用于臨床治療。因此，特異性誘導TRPV1進入長時程脫敏狀態(tài)（tachyphylaxis, 也就是不應期），是目前臨床鎮(zhèn)痛療法發(fā)展的一個主要方向。然而，在感覺器官內(nèi)TRPV1進入長時程脫敏狀態(tài)的細胞機制一直未被闡明。
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，使得利用實時顯微技術來追蹤TRPV1轉(zhuǎn)運成為可能?！咀ⅲ簆Hluorin GFP在酸性pH條件下熒光會淬滅變暗?！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，實時跟蹤觀察了融合表達有pHluorin GFP的TRPV1通道蛋白在不同刺激時的循環(huán)轉(zhuǎn)運過程，結(jié)果表明TRPV1通道的激活引起該離子通道由細胞膜向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運，從而有效降低細胞膜上TRPV1的表達量，使細胞的痛覺響應進入長時程不應期。進一步的Ca2+熒光成像實驗顯示高強度刺激時所引起的細胞內(nèi)Ca2+濃度升高的更多，持續(xù)的時間亦更長，而胞內(nèi)鈣信號強度可以成比例地決定TRPV1向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運的數(shù)量及再循環(huán)回到細胞膜上的速率。（3）通過對在膜泡運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)運中發(fā)揮重要作用：Syt1特異性地調(diào)節(jié)在低強度刺激條件下TRPV1于細胞膜附近的快速轉(zhuǎn)運，而Syt7主要影響高強度刺激下TRPV1經(jīng)過細胞質(zhì)內(nèi)部的慢速再循環(huán)過程。從而很好地揭示了TRPV1通道“記憶性”脫敏發(fā)生的機理。
我院博士研究生田泉、胡娟和謝暢為本文的共同第一作者。法國國家健康與醫(yī)學研究院（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)新型動態(tài)細胞成像技術和光敏控制方法，為在細胞及亞細胞水平上深入探索中樞神經(jīng)系統(tǒng)動作機制及其在病變過程的變異提供重要線索和技術支撐。該研究得到了國家自然科學基金“海外及港澳學者合作研究基金項目”及“面上項目”、國家重點基礎研究計劃、湖北省自然科學基金和武漢大學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特性開展研究，聚焦于膜離子通道的門控（開啟或關閉）機制與功能調(diào)控，以闡述離子通道在神經(jīng)信號調(diào)控以及免疫反應中的作用為主要研究目標，重點關注與痛覺及傷害性傳導密切相關的離子通道的生物學功能和作用機制。早前和上海交大李勇課題組的一項合作研究成功揭示了SUMO/deSUMO化動態(tài)修飾是TRPV1炎性痛覺敏化的必要條件，該項研究結(jié)果得到了國內(nèi)外同行的廣泛關注與積極正面評價，并被 “Faculty of 1000”收錄和推薦（Wang et al., Nat. Commun. 2018）。
TRPV1通道“記憶性”脫敏的分子機制模式圖
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