赵帅欧阳晔凌胡志强陈向东姚尚龙
华中科技大学同医院麻醉科，武汉
国际麻醉学与复苏杂志,,41(01):-.
DOI：10./cma.j.issn.-..01.
基金项目
国家自然科学基金（，）
REVIEWARTICLES
钾离子（K+）通道作为一种膜蛋白广泛表达于各种细胞，在维持细胞内外电解质平衡、细胞发育、兴奋性及多种生理功能中起着极其重要的作用。目前，在人类基因组发现有超过80种基因能编码K+通道，其中双孔背景钾通道（tow?poredomainK+channel,K2P）有15个亚型。根据基因序列保守性和通道功能特性将K2P分为6类：①TWIK，即弱内向整流钾通道，包括TWIK?1和TWIK?2；②TREK，即TWIK相关钾通道，包括TREK?1、TREK?2和TRAAK；③TASK，即TWIK相关酸敏感钾通道，包括TASK?1、TASK?2、TASK?3、TASK?5；④TALK，即TWIK相关碱敏感钾通道，包括TALK?1、TALK?2；⑤THIK，即可被氟醚抑制的双孔钾通道，包括THIK?1、THIK?2；⑥TRESK，即TWIK相关脊髓表达的钾通道。其中，TREK?1作为最早被发现的K2P成员，其研究也较为广泛深入。本文将对TREK?1的结构、功能特性及其在麻醉、疼痛、神经保护和抑郁方面的研究进展进行概述。
1TREK?1的结构与功能
K2P由4个跨膜螺旋结构（M1~M4）、两个孔道结构域（P1、P2）和一个环形螺旋帽结构组成。其中，M1的氨基末端和M4的羧基末端均位于胞质侧；每个孔道结构域（P）两侧均有一个跨膜螺旋结构（M）；M1和P1在胞膜外形成的环形结构即环形螺旋帽结构，介导K+的流动。尽管TREK?1与TWIK?1之间只有28%的相似序列，但K2P却有着相同的结构。TREK?1作为背景钾电流通道，无时间、电压依赖性，参与维持细胞静息电位、细胞兴奋性、感觉传导过程以及代谢调节。
2TREK?1的分布与调控机制
TREK?1在体内多种组织中广泛存在，尤其是中枢神经系统。在杏仁核、基底核、皮质、背根神经节（dorsalrootganglion,DRG）和海马体均有TREK?1表达。TREK?1可被多种因素调节，物理因素包括细胞膜牵张刺激、温度刺激（32~37℃可激活通道）、pH改变（酸中毒可激活通道）等；除了物理因素，TREK?1也可被多种化学物质调节，包括多不饱和脂肪酸、磷脂类、吸入麻醉药等。此外，TREK?1还受膜受体和第二信使所调控，如Gs?和Gq耦联膜受体可抑制TREK?1活性。TREK?1的羧基末端通过跨膜螺旋结构（M4）控制细胞外C型门，从而影响通道对多种刺激信号作出反应。尤其是第位点的谷氨酸（E）和第位点的色氨酸（W）在通道信号转导过程中有着重要作用。
3TREK?1与麻醉
Patel等研究发现，TREK?1基因敲除（TREK?1KO）小鼠对吸入麻醉药敏感性降低。通过比较TREK?1KO小鼠和野生型小鼠对不同吸入麻醉药的麻醉起效时间和MAC发现，TREK?1KO小鼠对氯仿、氟醚、异氟醚和七氟醚的敏感性明显降低，麻醉起效时间延长，MAC值升高。应用全细胞膜片钳技术研究发现，转染在COS细胞上的TREK?1通道能显著、可逆地被乙醚、氟醚、七氟醚及异氟醚激活，且TREK?1通道电流呈吸入麻醉药剂量依赖性增加，说明TREK?1参与了吸入麻醉药的作用机制，是吸入麻醉药的作用靶点之一。Gruss等在分子水平发现，TREK?1的羧基末端可能是吸入麻醉药调控靶点，TREK?1羧基末端缺失49个氨基酸的小鼠对吸入麻醉药不敏感，尤其是位于M4和羧基末端之间的E可能是吸入麻醉药的主要作用靶点。Harinath和Sikdar研究发现，除了吸入麻醉剂，水合氯醛及其代谢产物三氯乙醇也能激活TREK?1，水合氯醛的作用靶点为TREK?1羧基末端，而三氯乙醇不依赖于羧基末端。近年来，越来越多的证据表明K2P是局部麻醉药的作用靶点之一。应用全细胞膜片钳技术研究发现，布比卡因、左旋布比卡因和罗哌卡因等酰胺类局部麻醉药能立体选择性抑制TREK?1通道电流，且呈剂量依赖性和可逆性。其半抑制浓度分别为（95.4±14.6）、（.1±24.5）mol/L和（.7±31.8）mol/L，系数分别为0.84、0.93和0.89，说明酰胺类局部麻醉药可通过抑制TREK?1通道，阻断复极化电流，产生局部麻醉作用，而且TREK?1可能与局部麻醉药因动作电位时程延长引起的心律失常等副作用密切相关。Nayak等研究发现，人胚肾细胞TREK?1羧基末端Ser的磷酸化，可能是利多卡因抑制TREK?1通道的机制之一，而酰胺类局部麻醉药，可能有着相同的机制。近年来Cai等研究发现，用异氟醚麻醉小鼠，随着异氟醚浓度升高和暴露时间延长，小鼠的记忆障碍加重，且TREK?1表达量升高，说明TREK?1可能参与了异氟醚麻醉导致的认知功能障碍的形成，提示TREK?1可能是潜在的吸入麻醉所致术后认知功能障碍的治疗靶点。海马星形胶质细胞的损伤可能是吸入麻醉药导致的记忆功能障碍的机制之一，研究表明，暴露在异氟醚环境中的海马星形胶质细胞，其细胞活性受到抑制，脑源性神经营养因子（brain?derivedneurotrophicfactor,BDNF）表达降低，而凋亡相关蛋白（caspase?3）和TREK?1表达上调，呈剂量和时间依赖性。然而在慢病毒介导的TREK?1基因敲减模型中，BDNF表达升高，caspase?3表达下调。已有研究表明，BDNF表达升高与认知、记忆功能改善有关，说明异氟醚麻醉通过海马星形胶质细胞损伤介导的记忆功能障碍，可能与TREK?1介导的BDNF表达抑制有关。
4TREK?1与疼痛
近年来已广泛认为，TREK?1在多种类型疼痛中有着重要作用。研究表明，TREK?1在中、小型DRG神经元中高度表达，并与辣椒素受体（transientreceptorpotentialvanilloid1,TRPV1）共定位。正常状态下60%的感觉神经元表达TREK?1，40%的DRG神经元同时表达TREK?1和TRPV1。Alloui等研究发现，与野生型小鼠相比，TREK?1KO小鼠对多种疼痛刺激敏感性增加，如热伤害性刺激、机械刺激、化学刺激等。而且在炎症状态下，TREK?1在DRG神经元表达增加，说明TREK?1与多种类型疼痛的产生关系密切。Cohen等研究发现，在炎症和组织损伤中酸中毒加重且溶血磷脂酸升高，这两种疼痛相关信号，能够介导下调TREK?1的活性。在神经性疼痛和炎症性疼痛模型中，TREK?1被抑制，痛觉敏感性增加，说明TREK?1的下调可能是疼痛产生的机制之一。
Han等研究发现，在小鼠神经病理性疼痛模型中，TREK?1和TREK?2mRNA在DRG表达明显升高，而免疫印记分析仅TREK?1有显著性增加（约9倍），进一步说明调控TREK?1对神经病理性疼痛有一定治疗作用。当伤害性刺激传来，激活DRG和三叉神经节末梢TRPV1等多种外周伤害性感受器，钠离子内流，膜电位去极化，产生痛觉。相反，激活TREK?1，K+外流，细胞膜超极化，疼痛减轻，说明TREK?1激活剂是疼痛治疗的一种潜在方法。近年来研究发现，中药提取物马兜铃酸与终末期肾病和多种肿瘤的发生、演变有着重大联系。而马兜铃酸在中国和伊朗等地的传统医疗中常用来治疗头痛、腰背痛等相关疼痛性疾病。应用全细胞膜片钳技术发现，马兜铃酸呈电压依赖性地增强tsA细胞的TREK?1通道电流，在电压为?60mV时，TREK?1通道电流增强（42±9）%，说明马兜铃酸通过增强TREK?1通道的活性从而产生镇痛作用，并有助于进一步解释马兜铃酸等中草药提取物的疼痛治疗机制。Devilliers等研究发现，TREK?1参与了μ阿片受体激动剂的镇痛作用，类阿片药物通过激活TREK?1仅产生较强的镇痛作用，而不引起阿片类药物的副作用，如便秘、呼吸抑制、成瘾性。Vivier等发现并合成了呋喃衍生物36，其能够在体内外选择性地激活TREK?1，并产生镇痛作用。以上研究表明，TREK?1参与了多种疼痛的产生，同时为研发新型镇痛药——TREK?1选择性激动剂提供思路。值得注意的是，除了疼痛，TREK?1与抑郁也有联系，抗抑郁药物氟西汀是TREK?1抑制剂，在用TREK?1激活剂治疗疼痛的同时可能诱发抑郁，即为TREK?1激动剂在临床应用的局限性。
5TREK?1与神经保护
TREK?1广泛表达于大脑皮质和海马体，尤其是前额皮质和海马体CA1区、DG区，参与神经元兴奋性调节，与神经系统病理生理有着密切的联系。
Heurteaux等研究发现，分别给野生型小鼠和TREK?1KO小鼠腹腔注射癫痫诱导剂量的卡英酸，以癫痫分数和死亡率为评价指标，TREK?1KO小鼠癫痫发生率和死亡率均比野生型小鼠高，说明TREK?1与癫痫发作密切相关。在卡英酸诱导癫痫前30min给予小鼠nmol/kg的亚麻酸或溶血磷脂酸，可明显降低野生型小鼠的癫痫发生率、癫痫分数和死亡率，而TREK?1KO小鼠没有这种保护现象，进一步说明多不饱和脂肪酸和溶血磷脂酸的抗癫痫作用与TREK?1的激活有重要联系。在双侧颈动脉夹闭实验中，诱导全脑缺血前30min给予亚麻酸或溶血磷脂酸（nmol/kg），两者对野生型小鼠脑缺血均有一定的保护作用，而TREK?1KO小鼠死亡率较野生型小鼠明显升高，说明多不饱和脂肪酸和溶血磷脂酸抗脑缺血的脑保护作用与TREK?1密切相关。Lu等研究发现，花生四烯酸通过逆转缺氧条件下星形胶质细胞的谷氨酸摄取抑制，上调TREK?1和谷氨酸转运体1，保护星形胶质细胞，产生抗脑缺血的脑保护作用，而TREK?1和谷氨酸转运体1的关系有待进一步研究。Tong等研究发现，在经过七氟醚预处理的前提下，体外对SH?SY5Y细胞进行氧?糖剥夺试验，TREK?1沉默的SH?SY5Y细胞的活性比对照组低，且caspase?3表达升高，说明七氟醚预处理介导的缺血保护作用与TREK?1有关。同时，建立小鼠的中脑动脉栓塞模型，经七氟醚预处理的小鼠相对于对照组，其神经功能评分高、脑梗死体积小、凋亡细胞数量少，且TREK?1的表达量（mRNA和蛋白质水平）明显升高，进一步说明TREK?1在七氟醚介导的脑保护中有着重要的作用。Yin等研究发现，TREK?1在七氟醚对脊髓缺血损伤保护作用中也有着重要作用，TREK?1阻滞剂阿米洛利，能抑制七氟醚预处理介导的脊髓缺血损伤的保护作用。Fang等研究发现，TREK?1基因敲除会加重脊髓损伤后继发性损伤，其相关机制有：①TREK?1基因敲除加重脊髓损伤的局灶性炎性反应；②TREK?1基因敲除促进反应性星形胶质细胞增生；③TREK?1基因敲除促进神经元和少突胶质细胞的凋亡，加重脱髓鞘和空洞的形成，以及延缓运动功能恢复，说明TREK?1与脊髓损伤的继发性损伤关系密切，为治疗脊髓损伤提供了新的治疗靶点。研究发现，L?乳酸能通过蛋白激酶A途径介导海马星形胶质细胞TREK?1表达上调，从而促进缺氧状态下海马神经元细胞的存活。15~30mmol/L浓度的L?乳酸可引起海马星形胶质细胞TREK?1蛋白质表达上调1.5~3.0倍，L?乳酸呈剂量依赖地增加TREK?1开放概率并缩短其关闭时间，增强了TREK?1活性，另有研究表明，TREK?1通道羧基末端第位组氨酸可能是其作用靶点，说明L?乳酸介导的神经保护作用与TREK?1表达上调密切相关。
TREK?1与癫痫、脑缺血、脊髓缺血损伤有着密切的联系，其参与神经保护机制的进一步研究，为临床治疗提供了新的思路和策略。
6TREK?1与抑郁
抑郁症是毁灭性的情绪障碍，也是全球范围内致残的主要原因。抑郁症大约影响全世界五分之一的人，并且代表着沉重的经济和社会负担。但目前抑郁症的神经生物学机制尚不完全清楚。
Heurteaux等首次发现TREK?1KO小鼠表现出对抑郁的耐受。在强迫游泳实验中，TREK?1KO小鼠的静止时间较野生型小鼠明显缩短，表现出抗抑郁的表型。在悬尾应激试验和条件抑制运动试验等其他行为学实验中，也得到了类似的结果。在压力环境下，TREK?1KO小鼠产生的血清皮质醇水平较野生型小鼠低，说明TREK?1KO小鼠对压力的反应水平较低。同时发现，TREK?1KO小鼠体内5?羟色胺（5?hydroxytryptamine,5?HT）水平较野生型高，说明5?HT突触传递效率的提高可能是TREK?1KO小鼠对抑郁耐受的机制之一。Kennard等研究发现，经典抗抑郁药物氟西汀及其代谢产物诺氟西汀能抑制TREK?1通道。基于人体来源TREK?1DNA转染的HEK?A细胞，氟西汀、帕罗西汀等抗抑郁药能明显抑制TREK?1通道电流，呈剂量依赖性和可逆性，这一机制可能和TREK?1的羧基末端结构域与质膜解离有关。
在慢性轻度应激模型下持续3周，大鼠前额皮质的TREK?1表达量显著升高，这一改变可被氟西汀治疗所逆转，而海马体TREK?1表达量没有明显改变。Heurteaux等继而发现，除了氟西汀以外，选择性5?HT再摄取抑制剂（例如帕罗西汀、舍曲林和氟伏沙明）也能抑制TREK?1通道，说明经典抗抑郁药除了抑制5?HT转运蛋白，抑制TREK?1也是其作用机制之一。近年来Mazella等研究发现，一种内源性sortilin衍生肽——spadin，能快速高效地阻滞TREK?1，产生抗抑郁效果，而不产生与阻滞TREK?1相关的副作用（如疼痛、癫痫发作、心功能不全等）。同时发现，spadin及其类似物对TREK?1具有高度选择性作用，它并不会改变其他K2P家族通道（例如TRAAK、TRESK和TASK?1）的活性。spadin能显著提高慢性抑郁状态大鼠中缝背核和前额皮质5?HT能神经元的放电频率，提高5?HT突触传递效率。spadin的抗抑郁效果与5?HT1A受体的激活有着协同作用。
相较于易耐受、起效慢等传统抗抑郁药的缺点，spadin的发现不仅为治疗抑郁提供了全新的策略，而且为进一步研究TREK?1在神经系统疾病中的作用提供了手段。Veyssiere等和Djillani等进一步研究发现，spadin的类似物spadinretro?inverso肽及spadin（PE18?28）的血液降解产物，长度为7个氨基酸小分子肽（PE22?28），均表现出比spadin更好的特异性和亲和力，以及更长的半衰期。在可预见的将来，spadin的衍生物将为临床抗抑郁用药提供更多的选择。最近还发现了其他TREK?1阻滞剂（例如SID或者lig4?4），但是它们相较于spadin或其类似物具有较低的TREK?1亲和力，且会作用于其他离子通道产生副作用。也有其他一些分子（例如L?蛋氨酸、左旋丁基苯酞）能阻滞TREK?1通道，但它们都不是TREK?1高度选择性抑制剂。因此，这些分子在抑郁症领域尚未得到广泛研究。
7展望
本文重点阐述了TREK?1在麻醉、疼痛、神经保护和抗抑郁方面的重要作用及研究进展。TREK?1广泛参与了其病理生理过程，成为潜在的治疗靶点，为临床治疗提供了新方向。但是，由于TREK?1在体内多种组织广泛分布，TREK?1激动剂/抑制剂所带来的诸多副作用限制了其在临床上的应用。因此，进一步研究TREK?1结构、药理学、调控机制，发现亲和力高、特异性强且安全的药物，将为TREK?1激活剂/抑制剂提供广阔的应用前景。
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本文编辑：佚名
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