Trpc1-KO 基因敲除小鼠

Trpc1是一种编码钙渗透性非选择性阳离子通道的基因，在哺乳动物中首先被克隆。人类Trpc1基因位于第3号染色体上，其编码的蛋白质预测包含六个跨膜区段，N-和C-末端位于细胞质中。细胞外环连接跨膜区段5和6参与了离子通道孔区的形成。在细胞内，Trpc1存在于内质网、质膜、细胞内囊泡和初级纤毛中，初级纤毛是一种天线状感觉器官，作为信号平台发挥作用。在人类和啮齿动物组织中，Trpc1几乎普遍表达[1]。

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+信号的影响。它主要作为阳离子非选择性通道，在控制细胞表面受体激活后Ca2+进入的途径中发挥作用。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，如神经元生长锥的化学趋向性和肌原细胞融合。在基因工程小鼠中，实验性地敲除了Trpc1基因，研究了Trpc1的生物作用。尽管这些小鼠可以活到成年，但它们在多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[1]。

遗传和功能研究表明，Trpc1与糖尿病肾病、帕金森病、亨廷顿病、杜氏肌营养不良、癌症、癫痫和达里埃-怀特皮肤病有关[1]。在猪的肌肉生长和发育中，Trpc1基因也发挥着重要作用。研究发现，Trpc1在肌肉组织中高度表达，并且存在两个单核苷酸多态性（SNPs），这些SNPs可能影响启动子区域活性并调节猪的生长速度。功能上，RNAi和过表达实验表明，Trpc1促进肌原细胞增殖、迁移、分化、融合和肌肉肥大，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[2]。

Trpc1通道在异源四聚体形式（TRPC1/4或TRPC1/5）中作为TRPC4和TRPC5通道的负调节因子发挥作用。Trpc4和Trpc5通道表现出阳离子电流，并且当TRPC1被整合时，它们也形成异源四聚体通道。TRPC1的表达是普遍的，而TRPC4和TRPC5的表达则相对集中在神经系统中。通过条件性敲除TPRC1、4和/或5基因，TRPC通道的组成被证明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[3]。

TRPC5通道是一种钙渗透性阳离子通道，主要在CNS中表达，包括海马体、小脑、杏仁核、感觉神经元和视网膜。它也在周围系统中表现出更受限制的表达，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通道也可能以储存依赖性方式打开，这需要其他伴侣蛋白，如TRPC1、STIM1和Orai1。TRPC5通道表现出显著的协同激活潜力，可能作为Ca2+信号传导和电发生的重点。TRPC5与约60种蛋白质相互作用，包括TRPC1、TRPC4、钙调蛋白、IP3受体、NHERF、NCS-1、junctate、stathmin 2、Ca2+结合蛋白1、caveolin和SESTD1，其脱敏作用由蛋白激酶A和C介导。TRPC5具有与其他通道不同的独特电压依赖性，与最密切相关的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，而不会过度干扰动作电位形状。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引导和血管平滑肌细胞迁移和收缩性。对Trpc5基因敲除小鼠的研究开始揭示其在恐惧、焦虑、癫痫和冷觉中的作用[4]。

在慢性阻塞性肺病（COPD）中，肺上皮细胞（PE）在COPD过程中由于持续产生活性氧（ROS）而降低抗氧化能力。然而，控制ROS活性的分子病理发生尚不清楚。研究发现，COPD患者PE细胞中细胞内钙浓度（[Ca2+]i）的失调与TRPC1和TRPC3通道的强烈功能性表达以及Ca2+进入（SOCE）成分STIM1和Orai1通道相关。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显著降低了SOCE引起的[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表达升高，以及通过SOCE的Ca2+进入增加，导致氧化、纤维化、炎症和凋亡基因表达的增加，特别是通过细胞外信号调节激酶（ERK）途径。降低TRPC1和/或TRPC3的表达减少了[Ca2+]i的动员，并逆转了凋亡基因表达和ERK激活，表明了TRPC1/C3的参与。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]。

在青光眼中的筛板（LC）具有增强的细胞外基质蛋白（ECM）产生和结缔组织纤维化。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纤维化中起着关键作用。研究发现，在青光眼LC细胞中，TRPC1/C6转录和蛋白表达水平显著升高。SKF96365和siRNA-TRPC1/C6处理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（Col1A1）），以及细胞增殖。此外，SKF96365处理抑制了H2O2诱导的LC细胞中NFATc3蛋白的去磷酸化。总之，TRPC1/C6表达在青光眼LC细胞中增强。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治疗靶点[6]。

慢性使用抗双相药物会下调神经元中Trpc1基因的表达。在脑中，Trpc1通道在几乎所有区域的神经元中丰富表达；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，特别重要的是神经发生。使用小鼠小脑颗粒细胞、大脑皮层神经元和活体脑中分离的新鲜神经元，研究了慢性使用抗双相药物（卡马西平（CBZ）、锂盐和丙戊酸）对Trpc1基因表达的影响。使用逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）鉴定Trpc1 mRNA的表达，而蛋白质含量通过蛋白质印迹测定。使用基于fura-2的微荧光测定法测量储存操作质膜Ca2+进入（SOCE）。研究发现，慢性使用这三种药物均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中观察到类似的效果，并在CBZ处理动物的大脑中分离的新鲜神经元中也观察到类似的效果。与三种药物慢性处理的每个药物相比，SOCE的幅度显著降低。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药物作用机制之一[7]。

哺乳动物的嗅觉系统已经成为了解瞬时受体电位（TRP）通道在其原生细胞和电路环境中的功能的优秀模型系统。发现经典的TRP通道TRPC2在嗅觉系统中的感觉神经元中高度表达，这导致了对控制信息素和其他分子线索的信号传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重要作用。TRPC2敲除小鼠提供了一个引人注目的例子，表明单个基因功能的丧失可以导致各种社会互动发生严重变化，包括攻击性、社会支配和性行为的展示。越来越多的证据表明，TRPC2并非嗅觉系统中唯一表达的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]。

母体高脂饮食（HFD）会导致胎盘脂质积累、炎症增加、营养转运表达减少以及宫内生长受限（IUGR）。目前尚不清楚母体HFD是否在减少Ca2+内流的情况下对胎盘和胎儿的生长和发育产生不同的影响。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，并且减少胎盘中的Ca2+内流会加剧母体HFD引起的胎盘功能障碍和IUGR。三周大的雌性B6129SF2/J野生型（WT）和瞬时受体电位标准1（TRPC1）蛋白缺陷（KO）小鼠在交配前用正常脂肪（NF，16 kcal %脂肪）和高脂肪（HF，45 kcal %脂肪）饮食喂养12周。在妊娠中期（D12）和晚期（D18）检查胎儿和胎盘。在D12，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，母体HFD增加了TRPC1 KO和WT小鼠的胎盘重量，部分原因是适度增加了胎盘组织三酰甘油（TAG，P=.0632）。在D12，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 mRNA表达在D18增加。本研究的结果表明，母体HFD增加了胎盘重量，部分原因是增加了脂质浓度，导致IUGR，并通过基因型和母体HFD的附加不利影响。未来需要研究确定Ca2+内流减少引起的胎盘功能障碍和IUGR的信号机制[9]。

综上所述，Trpc1基因在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括细胞功能、肌肉生长和发育、嗅觉信号传导以及疾病的发生。Trpc1通道的失调与多种疾病相关，包括糖尿病肾病、帕金森病、亨廷顿病、杜氏肌营养不良、癌症、癫痫和达里埃-怀特皮肤病。此外，Trpc1通道还参与调节胎盘生长和胎儿宫内生长受限，以及嗅觉系统中的信号传导。这些发现表明，Trpc1是一个重要的研究目标，有助于深入理解其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。