Член подсемейства катионных каналов переходного рецепторного потенциала (меластатин) 8 (TRPM8), также известный как рецептор холода и ментола 1 (CMR1), представляет собой белок , который у людей кодируется геном TRPM8 . [5] [6] Канал TRPM8 является основным молекулярным преобразователем холодовой соматочувствительности у людей. [5] [7] Кроме того, мята может снизить чувствительность определенной области за счет активации рецепторов TRPM8 («холодный»/ментоловый рецептор). [8]
Канал TRPM8 представляет собой гомотетрамер , состоящий из четырех идентичных субъединиц с трансмембранным доменом с шестью спиралями (S1–6). Первые четыре, S1–4, действуют как датчики напряжения и позволяют связывать ментол , ицилин и подобные агонисты каналов . S5 и S6 и соединительная петля, также являющаяся частью структуры, составляют пору, неселективный катионный канал, состоящий из высококонсервативной гидрофобной области. Для высокого уровня специфичности в ответ на холодовые и ментоловые стимулы необходим ряд разнообразных компонентов, которые в конечном итоге приводят к потоку ионов через белковый канал. [9] [10]
TRPM8 является ионным каналом : при активации он обеспечивает поступление в клетку ионов Na + и Ca2 + , что приводит к деполяризации и генерации потенциала действия. Сигнал передается от первичных афферентов (типа С и А-дельта), что в конечном итоге приводит к ощущению холода и холодовой боли. [5]
Белок TRPM8 экспрессируется в сенсорных нейронах и активируется низкими температурами и охлаждающими агентами, такими как ментол и ицилин , тогда как WS-12 и CPS-369 являются наиболее селективными агонистами TRPM8. [11] [12]
TRPM8 также экспрессируется в предстательной железе , легких и мочевом пузыре, где его функция недостаточно изучена.
Суперсемейство временных рецепторных потенциальных каналов (TRP), которое включает рецепторы ментола (TRPM8) и капсаицина ( TRPV1 ), выполняет множество функций в периферической и центральной нервной системах . В периферической нервной системе TRP реагируют на раздражители температуры , давления , воспалительных агентов и активации рецепторов . Роль рецепторов в центральной нервной системе включает рост нейритов, передачу сигналов рецепторов и эксайтотоксическую гибель клеток в результате вредных раздражителей. [13]
МакКеми и др. , 2002 предоставили одни из первых доказательств существования холодовых рецепторов во всей соматосенсорной системе млекопитающих. [5] Используя подходы, основанные на визуализации кальция и патч-клампе , они показали реакцию в нейронах дорсальных корешков (DRG) , что воздействие холода, 20 ° C или ниже, приводит к ответу в виде притока кальция. Было показано, что этот рецептор реагирует как на холодные температуры, ментол, так и на аналогичные теперь известные агонисты рецептора TRPM8. Он работает в сочетании с рецептором TRPV1 для поддержания допустимого порогового диапазона температур, в котором наши клетки чувствуют себя комфортно, и наше восприятие этих стимулов происходит в спинном и головном мозге, которые интегрируют сигналы от разных волокон с различной чувствительностью к температуре. Нанесение ментола на кожу или слизистые оболочки приводит непосредственно к деполяризации мембраны с последующим притоком кальция через потенциал-зависимые кальциевые каналы , что доказывает роль TRPM8 и других рецепторов TRP в опосредовании нашего сенсорного взаимодействия с окружающей средой в ответ на холод в организме. так же, как и в ответ на ментол. [14]
В отличие от рецептора TRPV1 ( капсаицина ), действие которого усиливается при низком pH, было показано, что кислые условия ингибируют реакцию TRPM8 Ca 2+ на ментол и ицилин ( агонист ментолового рецептора). Предполагается, что рецепторы TRPV1 и TRPM8 действуют вместе в ответ на воспалительные состояния: TRPV1 за счет действия протонов увеличивает ощущение жжения боли, в то время как кислотность ингибирует TRPM8, блокируя более приятное ощущение прохлады в более тяжелых случаях боли. [15]
Были опубликованы многочисленные исследования, изучающие эффект применения L-ментола в качестве модели сенсибилизации TRPM8. [5] [16] Основной консенсусный вывод заключается в том, что сенсибилизация TRPM8 увеличивает ощущение холодовой боли, также известной как холодовая гипералгезия . [5] Эксперимент был проведен в рамках двойного слепого двустороннего перекрестного исследования с нанесением 40% L-ментола на предплечье и использованием этанола в качестве контроля. Активация канала рецептора TRPM8 (первичного канала рецептора ментола) приводила к повышению чувствительности к ментоловому стимулу. Чтобы исследовать механизмы этой сенсибилизации, Wasner et al. , 2004, выполнил блокаду волоконной проводимости поверхностного лучевого нерва у другой группы пациентов. Это привело к уменьшению вызванного ментолом ощущения холода и гипералгезии, поскольку блокирование проводимости волокна А приводило к ингибированию класса ноцицепторов нервных волокон группы С , необходимых для передачи ощущения боли. Они пришли к выводу, что ментол повышает чувствительность к холоду периферических С-ноцицепторов и активирует специфичные к холоду А-дельта-волокна. [5] [7] [17]
Как это часто бывает в ответ на многие другие сенсорные стимулы, существует множество экспериментальных данных о снижении чувствительности человеческого ответа рецепторов TRPM8 на ментол. [5] Тестирование, включающее введение некурящим сигарет с ментолом и никотином , которое вызывало то, что они классифицировали как раздражающую реакцию, после первоначальной сенсибилизации, показало снижение реакции у субъектов с течением времени, что приводит к возникновению случаев десенсибилизации. Этанол , обладающий аналогичными раздражающими и десенсибилизирующими свойствами, использовался в качестве контроля никотина, чтобы отличить его от реакции, вызванной ментолом. Было замечено, что ментоловый рецептор сенсибилизирует или десенсибилизирует в зависимости от клеточных условий, а ментол вызывает повышенную активность в Ca 2+ -потенциал-зависимых каналах, которая не наблюдается в этаноле, циклогексаноле и других раздражающих веществах в качестве контроля, что указывает на специфический молекулярный рецептор. Дессирье и др. , 2001, также утверждают, что перекрестная десенсибилизация ментоловых рецепторов может происходить по неизвестным молекулярным механизмам, хотя они выдвигают гипотезу о важности Ca2+ в снижении возбудимости клеток аналогично тому, как это происходит в рецепторе капсаицина . [18]
Мутагенез сайтов фосфорилирования протеинкиназы С в TRPM8 (серины и треонины дикого типа заменены аланином у мутантов) снижает десенсибилизирующую реакцию. [19]
Кариофиллен ингибирует TRPM8, что помогает млекопитающим улучшить переносимость холода при низких температурах окружающей среды. [20]
Клифф и др. , 1994, провели исследование, чтобы узнать больше о свойствах ментолового рецептора и о том, обладает ли ментол способностью перекрестно снижать чувствительность с рецепторами других химических раздражителей. Известно, что капсаицин вызывает перекрестную десенсибилизацию с другими раздражающими агонистами, тогда как о ментоле такая же информация не была известна. В исследовании участвовали испытуемые, употребляющие ментол или капсаицин в течение длительного времени через регулярные промежутки времени. Было сделано три важных вывода о перекрестной десенсибилизации: 1) оба химических вещества самодесенсибилизируются, 2) рецепторы ментола могут снижать чувствительность в ответ на капсаицин и, что наиболее ново, 3) рецепторы капсаицина повышаются сенсибилизируются в ответ на ментол. [21]
В поисках соединений, которые активируют рецептор холода TRPM8, в парфюмерной промышленности были найдены соединения, вызывающие ощущение охлаждения. Из 70 соответствующих соединений следующие 10 вызывали связанную реакцию увеличения [Ca2+] в трансфицированных mTRPM8 клетках HEK293, используемых для идентификации агонистов. Экспериментально выявленные и широко используемые агонисты ментолового рецептора включают линалоол , гераниол , гидроксицитронеллаль , ицилин , WS -12 , Frescolat MGA, Frescolat ML, PMD 38 , Coolact P, M8-Ag и охлаждающий агент 10 . [15] [16] Традиционно используемые агонисты включают ментол [22] и борнеол . [23]
BCTC, тио-BCTC, капсазепин и M8-An [24] были идентифицированы как антагонисты рецептора TRPM8. Эти антагонисты физически блокируют рецептор холода и ментола, связываясь с потенциал-чувствительным доменом S1-S4, предотвращая ответ. [15]
Холодные пластыри традиционно использовались для обезболивания или облегчения боли, вызванной травматическими повреждениями. [29] Основной механизм холодовой анальгезии оставался неясным до открытия TRPM8.
Одна исследовательская группа сообщила, что TRPM8 активируется химическими охлаждающими агентами (такими как ментол ) или когда температура окружающей среды падает ниже примерно 26 ° C, что позволяет предположить, что он опосредует обнаружение холодных термических стимулов первичными афферентными сенсорными нейронами афферентных нервных волокон . [30]
Три независимые исследовательские группы сообщили, что у мышей, у которых отсутствует функциональная экспрессия гена TRPM8, серьезно нарушена способность определять низкие температуры. [31] Примечательно, что у этих животных отсутствуют многие разнообразные аспекты передачи сигналов холода, включая восприятие прохладного и вредного холода, вызванную травмой сенсибилизацию к холоду и аналгезию, вызванную охлаждением. Эти животные дают большое представление о молекулярных сигнальных путях, которые участвуют в обнаружении холодных и болевых раздражителей. Многие исследовательские группы, как в университетах, так и в фармацевтических компаниях, сейчас активно участвуют в поиске селективных лигандов TRPM8 для использования в качестве нейропатических анальгетиков нового поколения. [16] [24]
Низкие концентрации агонистов TRPM8, таких как ментол (или ицилин), оказывали антигипералгетическое действие при определенных условиях [32] , тогда как высокие концентрации ментола вызывали как холодовую, так и механическую гипералгезию у здоровых добровольцев. [17]
Мыши с нокаутом TRPM8 не только показали, что TRPM8 необходим для ощущения холода, но также выявили, что TRPM8 опосредует как холодовую, так и механическую аллодинию в моделях нейропатической боли на грызунах. [33] Кроме того, недавно было показано, что антагонисты TRPM8 эффективны в устранении установившейся боли на моделях нейропатической и висцеральной боли. [34] [24]
Повышение регуляции TRPM8 в тканях мочевого пузыря коррелирует с болью у пациентов с синдромами болезненного мочевого пузыря. [35] Кроме того, TRPM8 активируется во многих линиях клеток рака простаты, и Dendreon/Genentech используют агонистический подход для индукции апоптоза и гибели клеток рака простаты. [36]
Каналы TRPM8 могут быть мишенью для лечения рака простаты . TRPM8 представляет собой андроген- зависимый Ca 2+ -канал, необходимый для выживания и роста клеток рака простаты . Иммунофлуоресценция показала экспрессию белка TRPM8 в ЭР и плазматической мембране андроген-чувствительной клеточной линии LNCaP . TRPM8 экспрессировался в нечувствительных к андрогенам клетках, но не было показано, что он необходим для их выживания. Путем нокаута TRPM8 с помощью миРНК , нацеленных на мРНК TRPM8 , была показана необходимость рецептора TRPM8 в андроген-зависимых раковых клетках. Это имеет полезные последствия с точки зрения генной терапии , поскольку вариантов лечения рака простаты у мужчин очень мало. Будучи андроген-регулируемым белком, функция которого теряется по мере развития рака в клетках, белок TRPM8, по-видимому, играет особенно важную роль в регулировании уровня кальция, и недавно был предложен в качестве основного компонента новых лекарств, используемых для лечения рака простаты. [37]
Эта статья включает текст из Национальной медицинской библиотеки США , который находится в свободном доступе .