TRPC1 和 TRPC6：驅(qū)動內(nèi)毒素血癥的心臟功能障礙

由 Alomone 團隊提供 - 2023 年 8 月
 

敗血癥可導(dǎo)致多個器官衰竭，其中心臟并發(fā)癥尤其致命，因此它仍然是一個關(guān)鍵的醫(yī)療問題。由于心臟功能缺陷和炎癥對細胞結(jié)構(gòu)的破壞，心臟在敗血癥的影響下難以承受。核心問題是什么？心臟細胞中的鈣導(dǎo)致化學(xué)失衡，一旦失去調(diào)節(jié)，就會對身體造成嚴(yán)重破壞。

現(xiàn)在，發(fā)表在Nature Communications上的最新研究告訴我們，Transient receptor potential canonical（TRPC）離子通道蛋白異構(gòu)體TRPC1和TRPC6在這種致命的情況下發(fā)揮了更大的作用。通過有選擇性地“關(guān)閉 ”TRPC1 和 TRPC6離子通道蛋白，研究人員找到了一種防止細菌毒素引發(fā)破壞性炎癥和心力衰竭的方法。這種方法還涉及與分子伴侶鈣調(diào)蛋白（CaM）的獨特相互作用，可能是治療膿毒性心力衰竭的有效新途徑。

問題的核心

在重癥監(jiān)護醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，敗血癥或內(nèi)毒素血癥（ETM）仍然是一個可怕的對手。大約 40-50% 的 ETM 患者會出現(xiàn)心臟功能障礙，也稱為 ETM 引起的心肌病，導(dǎo)致高達 70-90% 的可怕死亡率。主要誘因是什么？脂多糖（LPS）是一種細菌內(nèi)毒素，會引發(fā)炎癥，并在很大程度上導(dǎo)致 ETM 的發(fā)展。
 

膿毒癥患者的心功能障礙通常表現(xiàn)為心肌收縮功能缺陷、心肌順應(yīng)性受損、心臟炎癥過度和線粒體受損。細胞內(nèi)鈣濃度（[Ca2+]i）是心肌收縮的關(guān)鍵過程，而細胞內(nèi)鈣濃度紊亂也是常見現(xiàn)象。雖然調(diào)節(jié) Ca2+ 水平的藥物有可能減輕這種影響，但要充分了解控制異常 Ca2+ 動態(tài)的調(diào)節(jié)機制，還缺少一個環(huán)節(jié)。

TRPC：起到什么作用？

TRPC離子通道蛋白在這個過程中起到什么作用？與電壓依賴性鈣通道不同，TRPC離子通道蛋白形成了一個龐大的非電壓門控陽離子通道蛋白超家族。它們整合各種刺激，然后通過 Ca2+ 進入或膜去極化將其活性傳遞給細胞信號通路。鑒于它們在病理條件下調(diào)節(jié)心臟收縮和傳導(dǎo)的關(guān)鍵作用，它們在敗血癥研究中引起了極大的興趣。
 

TRPC 離子通道蛋白有兩個主要亞群：TRPC1/4/5 和 TRPC3/6/7。TRPC1/4/5 離子通道蛋白在細胞內(nèi) Ca2+ 儲存耗竭時被激活，而 TRPC3/6/7 離子通道蛋白則對特定受體信號產(chǎn)生的二酰甘油做出反應(yīng)。鑒于 TRPC1 和 TRPC6 離子通道蛋白在膿毒癥心臟功能障礙中的潛在作用，本研究重點關(guān)注這兩種離子通道蛋白。

發(fā)掘 TRPC 的潛力

這項研究揭示了 TRPC 離子通道蛋白的巨大治療潛力。研究人員證實，Trpc1或Trpc6基因敲除可顯著保護小鼠免受LPS誘導(dǎo)的心臟功能障礙的影響，并延長小鼠的存活時間。事實上，TRPC離子通道蛋白缺失能顯著提高LPS挑戰(zhàn)小鼠的存活率，從0提高到70%（Trpc1）或60%（Trpc6）。怎么做到的？通過抑制某些細胞結(jié)構(gòu)的 Ca2+ 泄漏和內(nèi)毒素中毒性心臟的炎癥級聯(lián)反應(yīng)。
 

研究小組的實驗發(fā)現(xiàn)，TRPC1 或 TRPC6 離子通道蛋白可與 IP3R1 相互作用，后者是一種負責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）釋放 Ca2+ 的受體，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是調(diào)節(jié)細胞內(nèi) Ca2+ 水平的重要細胞結(jié)構(gòu)。在心肌細胞和巨噬細胞受到 LPS 挑戰(zhàn)時，敲除這些 TRPCs 能顯著減少 Ca2+ 的釋放。因此，這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了 TRPC1 和 TRPC6 離子通道蛋白在膿毒癥心臟功能障礙的早期急性階段 Ca2+ 遷移中的關(guān)鍵作用。

TRPC 與 CaM 和 IP3R1：多種影響因素

讓我們來詳細了解一下 TPRC-IP3R1 的相互作用。TRPC 離子通道蛋白能夠形成同源和異源通道，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。雖然TRPC1和TRPC6離子通道蛋白沒有形成蛋白復(fù)合物，但它們似乎在與內(nèi)毒素有關(guān)的心臟功能障礙中發(fā)揮著各自的作用。因此，研究小組研究了TRPC離子通道蛋白如何在LPS刺激后調(diào)節(jié)CaM和鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，他們特別關(guān)注TRPC離子通道蛋白的C端，該端包含與CaM/IP3R結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。
 

在所有 IP3R 亞型中，IP3R1 在小鼠心臟中的變化最大。Co-IP 分析顯示，在健康小鼠的心臟中，TRPC1 和 TRPC6 離子通道蛋白都與 IP3R1 結(jié)合，而 CaM 與 IP3R1 之間沒有明顯的相互作用。然而，在缺乏 Trpc1 或 Trpc6 離子通道蛋白的小鼠心臟中，無論 LPS 處理與否，CaM 與 IP3R1 都有很強的相互作用。這一證據(jù)表明，LPS 促進了 IP3R1 與 TRPC1 和 TRPC6 離子通道蛋白的招募。
 

有趣的是，在健康細胞中檢測不到CaM：IP3R1的信號，但在Trpc1和Trpc6基因敲除的心肌細胞的細胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了熒光信號（圖1；Anti-TRPC1 Antibody（#ACC-010，1:100）和Anti-TRPC6 Antibody（#ACC-017，1:100），來自Alomone），表明在沒有Trpc離子通道蛋白的情況下，CaM可以結(jié)合IP3R1。經(jīng) LPS 處理后，TRPC1 離子通道蛋白與 CaM 共定位在 IP3R1 附近，表明 TRPC 離子通道蛋白和 CaM 都在通過 IP3R1 釋放 Ca2+ 的過程中發(fā)揮作用。
 

研究結(jié)果表明，IP3R1 與 TRPC 離子通道蛋白的親和力更高，只有在缺乏 TRPC 離子通道蛋白時 CaM 才會與 IP3R1 發(fā)生相互作用。在研究CaM拮抗劑W-7對LPS誘導(dǎo)的ER釋放Ca2+的影響時，研究小組發(fā)現(xiàn)，W-7對健康細胞中LPS刺激的鈣水平?jīng)]有影響，但在缺乏Trpc1或Trpc6的離子通道蛋白情況下，W-7確實會顯著影響鈣水平。研究結(jié)果表明，當(dāng) TRPC 離子通道蛋白受到抑制時，非偶聯(lián) CaM 可抑制 LPS 刺激的 Ca2+ 釋放。

圖 1.a、小鼠心臟組織中 TRPC1 或 TRPC6 離子通道蛋白與 IP3R1 結(jié)合的 Co-IP 分析（每個樣本集中 3 只雄性小鼠的組織，n = 2 個生物獨立實驗）。B、 LPS 挑戰(zhàn) 4 小時后，WT、Trpc1-/- 和 Trpc6-/- 小鼠心臟中 CaM 與 IP3R1 的相互作用（每個樣本集中 3 只雄性小鼠的組織，n = 2 個生物學(xué)獨立實驗）。 c、LPS 挑戰(zhàn)新生 WT 小鼠心肌細胞中 TRPC1-IP3R1 和 TRPC6-IP3R1 的相互作用。圖示為具有代表性的 PLA 顯微照片（左圖）和統(tǒng)計分析（右圖）（平均值 ± SEM，n = 6 幅圖像，來自 3 個獨立生物實驗）。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用two-tailed Student’s t-test。Exact P value = 2.0 × 10-5（Trpc1-/- vs Trpc1-/-+LPS）和 3.5 × 10-5（Trpc6-/- vs Trpc6-/-+LPS）。 d、LPS刺激的新生 WT、Trpc1-/- 和 Trpc6-/- 小鼠心肌細胞中的 IP3R1-CaM 相互作用。圖中顯示了具有代表性的聚乳酸顯微照片（上圖）和統(tǒng)計分析（下圖）（平均值 ± SEM，n = 6 幅圖像，來自 3 個獨立生物實驗）。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用單因素方差分析和 Tukey's 多重比較檢驗。Exact P Value = 8.3 × 10-13 （WT + LPS vs Trpc1-/-+LPS）和 9.6 × 10-13 （WT + LPS vs Trpc6-/-+LPS）。e、LPS 刺激的新生小鼠心肌細胞中 TRPC1、CaM、IP3R1 和 PDI 的代表性免疫熒光顯微照片（上圖）以及 IP3R1、TRPC1 和 PDI 的熒光強度空間分布圖（下圖）（n = 6 幅圖像，來自 3 個生物獨立實驗）。f、顯示了 W-7 對成年小鼠心肌細胞（左圖）和小鼠骨髓源性巨噬細胞（右圖）中 LPS 觸發(fā)的細胞內(nèi) Ca2+ 流入的影響（平均值 ± SEM，n = 15-20 個細胞，每組 3 只雄性小鼠）。圖片和圖例來自 Tang N，et al. Nat Commun.2022;13(1):7455.

對治療的影響

除了作為負責(zé) Ca2+ 內(nèi)流的離子通道的經(jīng)典功能外，這項研究還證實 TRPC 離子通道蛋白在膿毒癥心臟功能障礙中整合了細胞鈣和炎癥反應(yīng)。刪除或阻斷 TRPC 離子通道蛋白可阻止 LPS 誘導(dǎo)的細胞內(nèi) Ca2+ 泄漏并抑制炎癥途徑，從而防止 ETM 中的心臟衰竭。因此，靶向 TRPC 離子通道蛋白可作為治療膿毒癥心臟功能障礙的一種新型療法--小分子抑制劑有可能實現(xiàn)這一點。
 

我們對 TRPC 離子通道蛋白在 ETM 中的作用有了更多的了解，這項工作發(fā)現(xiàn)了一個新的潛在治療靶點。我們還需要更多的研究來充分探索這一令人興奮的可能性，但未來前景看好。問題的核心？TRPC1和TRPC6離子通道蛋白可能會成為對抗膿毒癥心臟功能障礙的新冠軍。