Trpc1-flox 基因敲除小鼠

TRPC1，即瞬时受体电位通道1，是人类第一个被克隆的哺乳动物TRP通道。该基因位于染色体3上，编码的蛋白质由六个跨膜区组成，N端和C端均位于细胞质中。连接第五和第六个跨膜区的细胞外环参与形成离子通道区域。在细胞内，TRPC1存在于内质网、质膜、细胞内囊泡和初级纤毛中，后者是一种类似天线的感测细胞器，充当信号平台。在人类和啮齿动物组织中，TRPC1几乎普遍表达。TRPC1与多种蛋白质相互作用，包括离子通道亚基、受体和细胞质蛋白，以介导其对Ca2+信号传导的影响。它主要在控制Ca2+进入的途径中作为阳离子非选择性通道，这些途径对细胞表面受体激活做出反应。通过这些途径，它影响基本细胞功能，如增殖和存活、分化、分泌和细胞迁移，以及细胞类型特异性功能，如神经生长锥的趋化性转向和成肌细胞的融合[1]。

在基因工程小鼠中，TRPC1基因已被实验性去除，研究了TRPC1的生物学作用。尽管这些小鼠能活到成年，但它们在几个器官和组织中表现出缺陷，如心血管、中枢神经系统、骨骼和肌肉以及免疫系统。遗传和功能研究表明，TRPC1与糖尿病肾病、帕金森病、亨廷顿病、杜氏肌肉萎缩症、癌症、癫痫和Darier-White皮肤病有关[1]。

在猪中，肌肉生长是一种由多个基因控制的定量性状。之前的研究表明，瞬时受体电位通道1（TRPC1）基因在具有不同生长特征的猪品种的肌肉组织中表达不同。研究人员对不同组织和猪品种中的TRPC1表达谱进行了表征，并表明TRPC1在肌肉中高度表达。研究人员发现TRPC1中存在两个单核苷酸多态性（SNP）（C-1763T和C-1604T），它们可以影响启动子区域活性并调节猪的生长速度。功能上，研究人员使用RNAi和过表达来表明，TRPC1促进成肌细胞增殖、迁移、分化和融合，以及肌肉肥大，同时抑制肌肉降解。这些过程可能通过激活Wnt信号通路来介导。总的来说，这些结果表明TRPC1可能促进肌肉生长和发育，并在Wnt介导的成肌细胞生成中发挥关键作用[2]。

瞬时受体电位通道1（TRPC1）是钙通透的非选择性阳离子通道，在组织特异性分布广泛。在7个TRPC通道中，TRPC1/4/5和TRPC3/6/7根据氨基酸序列同源性进行细分。TRPC4和TRPC5通道以同源四聚体形式表现出阳离子电流，但一旦TRPC1被加入，它们也可以形成异源四聚体通道，如TRPC1/4或TRPC1/5。TRPC1的表达普遍存在，而TRPC4和TRPC5的表达则主要集中在神经系统。通过条件敲除TRPC1、4和/或5基因，据报道，由这些成分组成的TRPC通道参与各种病理生理功能，如癫痫、焦虑样行为、恐惧、亨廷顿病、帕金森病等。在异源表达系统中，已经解决了许多问题，如同源或异源通道的激活机制、化学计量和相对阳离子通透性。在这篇综述中，研究人员讨论了TRPC1通道在质膜中的角色，TRPC1在异源四聚体构象（TRPC1/4或TRPC1/5）中的角色，以及TRPC1/4/5通道、钙流入和电压门控钙通道之间的关系[3]。

人类瞬时受体电位通道5（TRPC5）已被从X染色体Xq23区域克隆，作为非综合征性精神发育迟滞的疑似基因。TRPC5是一种主要在CNS中表达的Ca2+通透阳离子通道，包括海马体、小脑、杏仁核、感觉神经元和视网膜。它在周围表达更为有限，特别是在肾脏和心血管系统中。同源四聚体TRPC5通道主要由与Gq和磷脂酶C和/或Gi蛋白偶联的受体激活，但TRPC5通道也可能以存储依赖性方式门控，这需要其他伙伴蛋白，如TRPC1、STIM1和Orai1。TRPC5通道有许多其他激活剂，如一氧化氮、溶血磷脂、鞘氨醇-1-磷酸、还原型硫氧还蛋白、质子、镧系元素和钙，许多可以直接激活它们。此外，TRPC5显示出固有活性，并响应于膜拉伸和寒冷。因此，TRPC5通道具有显著的协同激活潜力，可能成为Ca2+信号传导和电发生的重要焦点。此外，TRPC5与约60种蛋白质协同作用，包括TRPC1、TRPC4、钙调蛋白、IP3受体、NHERF、NCS-1、junctional、stathmin 2、Ca2+结合蛋白1、小窝蛋白和SESTD1，而其去敏感化则由蛋白激酶A和C介导。TRPC5具有独特的电压依赖性，仅与其最密切的亲属TRPC4共享。其独特的N形激活曲线由细胞内Mg2+阻断所强调，似乎完美地“塑造”以触发动作电位放电，但不会严重干扰动作电位形状。TRPC5通道的生物学功能范围也很广泛，从神经传递到控制轴突导向和血管平滑肌细胞的迁移和收缩性。最近对Trpc5基因敲除小鼠的研究开始揭示其在恐惧、焦虑、癫痫和冷感中的作用[4]。

氧化应激是慢性阻塞性肺病（COPD）的易感因素。特别是，由于持续产生活性氧（ROS），COPD患者的肺上皮细胞（PE）在COPD期间降低了抗氧化能力。然而，调节这种ROS活性的分子发病机制尚不清楚。研究人员发现，与健康的PE细胞相比，COPD患者的PE细胞中细胞内钙浓度([Ca2+]i)的失调与TRPC1和TRPC3通道的功能表达以及钙进入（SOCE）成分、基质相互作用分子1（STIM1）和ORAI1通道的增强功能表达相关。此外，COPD患者细胞中纤维化、炎症、氧化和凋亡标记物的表达水平升高表明有害途径的激活，从而降低了肺重塑的能力。为了进一步阐明机制，研究人员使用了人肺上皮细胞系A549，因为SOCE的行为和TRPC1/C3、STIM1和ORAI1的表达模式与PE细胞非常相似。值得注意的是，在A549细胞中敲低TRPC1/C3显着降低了SOCE诱导的[Ca2+]i升高，并逆转了ROS介导的氧化、纤维化、炎症和凋亡反应，从而证实了TRPC1/C3在SOCE驱动的COPD样条件中的作用。ROS诱导的A549细胞中TRPC1/C3、STIM1和ORAI1表达水平升高以及SOCE介导的钙进入增加，导致氧化、纤维化、炎症和凋亡基因表达升高，特别是通过细胞外信号调节激酶（ERK）通路。TRPC1和/或TRPC3的减少降低了[Ca2+]i的动员，并逆转了凋亡基因表达和ERK激活，这表明了TRPC1/C3的参与。总而言之，这些数据表明TRPC1/C3和SOCE通过ROS介导的细胞死亡促进COPD条件，因此它们可能是COPD的潜在治疗靶点[5]。

TRPC1和TRPC6在正常和青光眼LC细胞中调节Lamina Cribrosa细胞外基质基因转录和增殖。青光眼的Lamina Cribrosa（LC）具有细胞外基质蛋白（ECM）和结缔组织纤维化增加。这种纤维化的基本病理机制包括纤维化生长因子和氧化应激。瞬时受体电位通道（TRPC）在ECM纤维化中起关键作用。研究人员研究了青光眼LC细胞中的TRPC表达，并调查了TRPC在氧化应激诱导的正常LC细胞中的促纤维化ECM基因转录和细胞增殖中的作用。年龄匹配的人LC细胞（正常，n=3供体；青光眼，n=3供体）被使用。过氧化氢（H2O2，100μM）被用来在存在或不存在泛TRPC抑制剂SKF96365（10μM）或用siRNA敲低TRPC1/6的情况下诱导LC细胞中的氧化应激。处理后，使用实时RT-PCR、甲基噻唑基四唑盐（MTS）测定的比色细胞计数和Western印迹分别测量ECM基因转录、LC细胞活力和增殖以及转录因子NFATc3的磷酸化。结果表明，青光眼LC细胞中TRPC1/C6的转录和蛋白表达水平显著（p<0.05）增强。SKF96365和siRNA-TRPC1/C6处理均显著降低了正常和青光眼LC细胞中氧化应激诱导的ECM基因表达（转化生长因子β1（TGFβ1）、α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和I型胶原蛋白A1（Col1A1）），并降低了细胞增殖。此外，SKF96365处理抑制了H2O2诱导的LC细胞中NFATc3蛋白脱磷酸化。总之，青光眼LC细胞中TRPC1/C6表达增强。这些通道可能通过Ca2+-NFATc3信号通路机制促进正常和青光眼LC细胞中氧化应激诱导的ECM基因转录和细胞增殖。TRPC1和TRPC6通道可能是预防青光眼视神经病变中ECM重塑和纤维化发展的关键治疗靶点[6]。

慢性使用抗双相情感障碍药物下调神经元中TRPC1基因的表达。在脑中，TRPC1通道在几乎所有区域的神经元中大量表达；这些蛋白质作为受体激活的离子通道发挥作用，并涉及许多过程，特别是对神经发生非常重要。研究人员使用小鼠小脑颗粒细胞、大脑皮层神经元和体内大脑中新鲜分离的神经元的主要培养物来研究慢性使用抗双相情感障碍药物[卡马西平（CBZ）、锂盐和丙戊酸]对TRPC1基因表达的影响。通过逆转录-聚合酶链反应确定了TRPC1 mRNA的表达，而蛋白质含量是通过Western印迹确定的。使用基于fura-2的微荧光测定法测量了储存操纵的质膜Ca2+进入（SOCE）。发现，慢性使用这三种药物中的每一种都会以时间和浓度依赖性方式下调培养的小脑颗粒细胞中的mRNA和蛋白质表达。在用CBZ、锂盐和丙戊酸处理的培养的大脑皮层神经元和从CBZ处理的动物的大脑中新鲜分离的神经元中也观察到了类似的效果。在慢性使用这三种药物中的每一种的小脑颗粒细胞中，SOCE的幅度明显降低。这些发现表明，神经元中TRPC1基因表达和功能的下调可能是抗双相情感障碍药物作用的机制之一[7]。

哺乳动物嗅觉系统已成为理解瞬时受体电位（TRP）通道在其原生细胞和回路环境中的功能的一个极好的模型系统。发现经典TRP通道TRPC2在嗅囊器官（VNO）的感觉神经元中高度表达，这导致了对pheromones和其他分子线索的信号转导的细胞和分子过程的理解取得了重大进展，这些分子线索在控制本能决策和先天社会行为中发挥着至关重要的作用。TRPC2基因敲除小鼠提供了一个惊人的例子，即单个基因的功能丧失会导致包括攻击性、社会支配和性行为在内的各种社会互动发生严重改变。越来越多的证据表明，TRPC2并不是在嗅觉系统细胞中表达的唯一TRP通道，其他TRP通道亚型，如TRPC1、TRPC4、TRPC6、TRPM4和TRPM5也可能在哺乳动物嗅觉中发挥重要的功能作用[8]。

母体高脂肪饮食（HFD）和TRPC1基因缺失对小鼠胎盘生长和胎儿宫内生长迟缓（IUGR）的影响。胎盘组织细胞内钙（Ca2+）调节胎盘的发育和生长。母体高脂肪饮食（HFD）导致胎盘脂质积累、炎症增加、营养转运表达降低和宫内生长受限（IUGR）。目前尚不清楚母体HFD在减少Ca2+流入的情况下是否对不同地影响胎盘和胎儿的生长和发育。研究人员假设，母体HFD喂养会降低胎盘的生长和发育，从而导致IUGR，并且胎盘中Ca2+流入的减少会加剧母体HFD引起的胎盘功能障碍和IUGR。三周龄的B6129SF2/J野生型（WT）和瞬时受体电位通道1（TRPC1）蛋白缺乏（KO）雌性小鼠在交配前被喂养正常脂肪（NF，16千卡%脂肪）和高脂肪（HF，45千卡%脂肪）饮食12周。在妊娠中期（D12）和晚期（D18），对胎儿和胎盘进行检查。在D12时，母体HFD对WT和TRPC1 KO小鼠的胎盘或胎儿体重变化没有影响，而TRPC1的缺失导致胎盘和胎儿体重下降。在D18时，母体HFD增加了TRPC1 KO和WT小鼠的胎盘重量，部分原因是胎盘组织三酰甘油（TAG，P=0.0632）适度增加。在D12时，与TRPC1 KO小鼠相比，WT小鼠中关键胎盘生长因子（IGF1、PLGF和VEGF）的mRNA表达增加，而IGF2和VEGF的mRNA表达在D18时增加。本研究的结果表明，母体HFD增加了胎盘重量，部分原因是脂质浓度增加导致IUGR，并通过基因型和母体HFD的附加不良反应。未来的研究需要确定Ca2+流入减少引起的胎盘功能障碍和IUGR的信号机制[9]。

综上所述，TRPC1是一种重要的钙离子通道，在细胞信号传导和细胞功能中发挥着关键作用。TRPC1的表达和功能受到多种因素的影响，包括基因多态性、信号通路激活和药物干预。TRPC1与多种疾病相关，包括肌肉生长、神经系统和心血管疾病、COPD、青光眼等。TRPC1的研究有助于深入理解钙离子通道的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。