TRPC1 和 TRPC6：驅動內毒素血癥的心臟功能障礙

由 Alomone 團隊提供 - 2023 年 8 月
 

敗血癥可導致多個器官衰竭，其中心臟并發癥尤其致命，因此它仍然是一個關鍵的醫療問題。由于心臟功能缺陷和炎癥對細胞結構的破壞，心臟在敗血癥的影響下難以承受。核心問題是什么？心臟細胞中的鈣導致化學失衡，一旦失去調節，就會對身體造成嚴重破壞。

現在，發表在Nature Communications上的最新研究告訴我們，Transient receptor potential canonical（TRPC）離子通道蛋白異構體TRPC1和TRPC6在這種致命的情況下發揮了更大的作用。通過有選擇性地“關閉 ”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

在重癥監護醫學領域，敗血癥或內毒素血癥（ETM）仍然是一個可怕的對手。大約 40-50% 的 ETM 患者會出現心臟功能障礙，也稱為 ETM 引起的心肌病，導致高達 70-90% 的可怕死亡率。主要誘因是什么？脂多糖（LPS）是一種細菌內毒素，會引發炎癥，并在很大程度上導致 ETM 的發展。
 

膿毒癥患者的心功能障礙通常表現為心肌收縮功能缺陷、心肌順應性受損、心臟炎癥過度和線粒體受損。細胞內鈣濃度（[Ca2+]i）是心肌收縮的關鍵過程，而細胞內鈣濃度紊亂也是常見現象。雖然調節 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+ 動態的調節機制，還缺少一個環節。

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節心臟收縮和傳導的關鍵作用，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 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生的二酰甘油做出反應。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，本研究重點關注這兩種離子通道蛋白。

發掘 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構的 Ca2+ 泄漏和內毒素中毒性心臟的炎癥級聯反應。
 

研究小組的實驗發現，TRPC1 或 TRPC6 離子通道蛋白可與 IP3R1 相互作用，后者是一種負責從內質網（ER）釋放 Ca2+ 的受體，而內質網是調節細胞內 Ca2+ 水平的重要細胞結構。在心肌細胞和巨噬細胞受到 LPS 挑戰時，敲除這些 TRPCs 能顯著減少 Ca2+ 的釋放。因此，這些發現強調了 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，在信號轉導中發揮重要作用。雖然TRPC1和TRPC6離子通道蛋白沒有形成蛋白復合物，但它們似乎在與內毒素有關的心臟功能障礙中發揮著各自的作用。因此，研究小組研究了TRPC離子通道蛋白如何在LPS刺激后調節CaM和鈣信號轉導，他們特別關注TRPC離子通道蛋白的C端，該端包含與CaM/IP3R結合的結構域。
 

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中發現了熒光信號（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可以結合IP3R1。經 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+ 的過程中發揮作用。
 

研究結果表明，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 發生相互作用。在研究CaM拮抗劑W-7對LPS誘導的ER釋放Ca2+的影響時，研究小組發現，W-7對健康細胞中LPS刺激的鈣水平沒有影響，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。研究結果表明，當 TRPC 離子通道蛋白受到抑制時，非偶聯 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 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 個生物學獨立實驗）。 c、LPS 挑戰新生 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）。數據統計采用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）。數據統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 觸發的細胞內 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 Ca2+ 內流的離子通道的經典功能外，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。刪除或阻斷 TRPC 離子通道蛋白可阻止 LPS 誘導的細胞內 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，這項工作發現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。