瞬时受体电位阳离子通道，亚族 A，成员 1； TRPA1

具有跨膜结构域的锚蛋白样蛋白 1；ANKTM1

HGNC 批准的基因符号：TRPA1

细胞遗传学位置：8q21.11 基因组坐标（GRCh38）：8:72,021,250-72,090,010（来自 NCBI）

▼ 说明

TRPA1 基因编码在初级传入伤害感受器中表达的阳离子通道（Kremeyer 等人总结，2010）。

▼ 克隆与表达

对肿瘤病毒转化的成纤维细胞的研究中出现了一组由正常成纤维细胞表达但在致癌转化后被特异性抑制的转化敏感蛋白。为了鉴定在肿瘤细胞转化表型建立过程中丢失的蛋白质，Schenker 和 Trueb（1998） 使用来自正常人成纤维细胞及其匹配的 SV40 转化对应物的 mRNA 制备了消减 cDNA 文库。他们鉴定了 40 多个克隆，这些克隆在致癌转化后相对表达显着降低，其中包括编码新型锚蛋白样蛋白的部分 cDNA，该蛋白被命名为 ANKTM1。ANKTM1 基因表达在多种源自自发性间充质肿瘤的细胞系中持续下调。

Jaquemar 等人通过使用部分 ANKTM1 cDNA 和 5-prime RACE 筛选人肺成纤维细胞 cDNA 文库（1999） 分离出完整的 ANKTM1 编码序列。推导的 ANKTM1 蛋白由 1,119 个氨基酸组成，计算分子量为 127.4 kD；作者将其称为 p120。来自成纤维细胞和脂肪肉瘤细胞提取物的 ANKTM1 蛋白在蛋白质印迹上迁移为 130 kD 多肽。预测的 ANKTM1 蛋白可分为 2 个部分，N 端部分与细胞骨架蛋白锚蛋白（ANK1；612641） 相关，C 端部分与跨膜蛋白相关。N 末端区域包含 18 个 33 个氨基酸的重复序列，其中 15 个与源自锚蛋白样蛋白重复序列​​的共有基序具有 21% 至 52% 的序列同一性，其中 3 个与共有重复序列仅部分相似。C 端区域包含 7 个疏水片段，其中 6 个是假定的跨膜结构域，其中 1 个可能仅部分进入脂质双层，可能作为孔环结构。ANKTM1 预计呈现 II 型膜方向，N 末端位于细胞质中。ANKTM1 的整体结构让人想起 TRP 样蛋白（例如 TRPC7；603749），其功能是钙库操纵的钙通道。ANKTM1 包含 5 个潜在的 N-糖基化位点，但 3 个位于细胞质中，不太可能被使用。ANKTM1 不包含 N 末端信号肽。Northern 印迹分析在人成纤维细胞中检测到 4.6 kb ANKTM1 转录本。在 SV40 转化的成纤维细胞或源自以下自发性间充质肿瘤的细胞系中未观察到 ANKTM1 表达：4 个横纹肌肉瘤、2 个纤维肉瘤、1 个骨肉瘤和 1 个软骨肉瘤。ANKTM1 在脂肪肉瘤细胞和 2 种平滑肌肉瘤细胞系中的 1 种中表达。Northern 印迹分析未在多种成人或胎儿人体组织中检测到 ANKTM1 表达。然而，来自 12 周大人类胚胎的 RNA 的 RT-PCR 显示 ANKTM1 表达水平极低。重组 ANKTM1 蛋白在真核细胞中的过度表达似乎会干扰正常生长。雅克马尔等人（1999）提出ANKTM1可能在信号转导和生长控制中发挥直接或间接的作用。

▼ 生化特征

保尔森等人（2015） 使用单粒子电子冷冻显微镜在药效基团（包括强效拮抗剂）存在的情况下以约 4 埃的分辨率确定全长人类 TRPA1 的结构。揭示了一些意想不到的特征，包括由多磷酸辅因子稳定的广泛的卷曲螺旋组装结构域和聚集在不可预测的瞬时受体电位（TRP）样变构结构域上的高度集成的连接。保尔森等人（2015） 得出的结论是，他们的研究结果提供了对 TRPA1 调节机制的见解，并为基于结构的镇痛和抗炎药物设计建立了蓝图。

使用结构和电生理学分析，Zhao 等人（2020） 表明，亲电子试剂通过两步过程作用于人 TRPA1，其中高反应性半胱氨酸 cys621 的修饰促进细胞质环的重新定向以增强亲核性，并修饰附近的半胱氨酸 cys665，从而稳定该环激活配置。这些作用调节了控制离子渗透的 2 个限制，包括加宽选择性过滤器以增强钙渗透性和在孔的细胞质末端打开规范门。赵等人（2020）提出了一个模型来解释亲电子作用和这些控制点之间的功能耦合。他们还描述了跨 TRP 通道亚型保守的钙结合口袋的特征，该口袋负责钙依赖性 TRPA1 调节的所有方面，包括促代谢受体的增强、脱敏和激活。

▼ 测绘

通过 FISH，Jaquemar 等人（1999） 将 TRPA1 基因定位到染色体 8q13。

Gross（2021） 根据 TRPA1 序列（GenBank NM_007332） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 TRPA1 基因对应到染色体 8q21.11。

▼ 基因功能

故事等人（2003） 描述了 ANKTM1，这是一种冷激活通道，其激活温度低于冷和薄荷醇受体 TRPM8（606678）。ANKTM1 是 TRP 通道的远亲成员，与 TRPM8 的氨基酸相似性很少。它存在于伤害性感觉神经元的子集中，与辣椒素/热受体 TRPV1（602076） 共表达，但不与 TRPM8 共表达。与 ANKTM1 的表达一致，作者发现了有毒的冷敏感感觉神经元，它们也对辣椒素有反应，但对薄荷醇没有反应。

乔特等人（2004） 证明芥末油（异硫氰酸烯丙酯）可以使初级感觉神经元亚群去极化，这些神经元也可以被辣椒素（辣椒中的辛辣成分）和 δ-9-四氢大麻酚（THC）（大麻的精神活性成分）激活。异硫氰酸烯丙酯和 THC 都通过激活 ANKTM1 来介导其兴奋作用，ANKTM1 是 TRP 离子通道家族的成员，最近与有害感冒的检测有关。乔特等人（2004） 得出的结论是，他们的发现确定了芥子油刺激作用的细胞和分子靶标，并支持 TRP 通道在离子型大麻素受体中的新兴作用。

科里等人（2004） 提出 TRPA1（也称为 ANKTM1）是脊椎动物毛细胞机械敏感转导通道的一个组成部分。毛细胞上皮中 TRPA1 mRNA 表达的出现在发育上与机械敏感性的开始一致。TRPA1 抗体标记了发束，尤其是在发束尖端，当转导装置受到化学破坏时，尖端标记消失。通过电记录和通道渗透性荧光染料的积累进行评估，斑马鱼和小鼠内耳中 TRPA1 蛋白表达的抑制会抑制受体细胞功能。

班德尔等人（2004） 证明小鼠和人类 TRPA1 通道被有害的低温激活。此外，小鼠 Trpa1 通道可被肉桂油（肉桂醛）、冬青油（水杨酸甲酯）、丁香油（丁子香酚）、芥末油（异硫氰酸烯丙酯；AITC）和生姜（姜酚）中存在的刺激性天然化合物激活。已知其中会引起人类灼烧感。缓激肽是一种参与伤害感受的炎症肽，也可能通过磷脂酶 C（参见 172420）相关机制，通过缓激肽受体 2（BDKRB2；113503）激活 Trpa1 通道。肉桂醛主要兴奋培养物中的冷敏感背根神经节细胞，并引起小鼠的伤害性行为。班德尔等人（2004） 认为低温激活 Trpa1 可能会传达一种矛盾的灼痛感。

大蒜属于葱属植物家族，该家族还包括洋葱、韭菜、细香葱和青葱。葱属植物产生有机硫化合物，例如大蒜素和二烯丙基二硫化物（DADS），这些化合物是其辛辣香气的来源。包蒂斯塔等人（2005） 发现大蒜提取物、纯化大蒜素和 DADS 在体外通过 TRPA1 通道激活啮齿类三叉神经元的 AITC 反应亚群和分离的背根神经节细胞。大蒜提取物还通过激活辣椒素敏感的血管周围感觉神经末梢，在体外诱导啮齿动物肠系膜动脉段的血管舒张。这些发现与某些植物已经开发出实现化学威慑策略的理论是一致的。麦克弗森等人（2005） 表明大蒜素是生大蒜激活 TRPA1 和 TRPV1 的化学物质。

在雄性 Sprague-Dawley 大鼠的实验中，Obata 等人（2005） 证明，初级感觉神经元中抗神经生长因子（NGF；参见 162030）、p38 MAPK（600289） 抑制剂或 TRPA1 反义寡脱氧核苷酸对 TRPA1 的药理学阻断可逆转由炎症和神经损伤引起的冷痛觉过敏。小畑等人（2005） 得出结论，NGF 通过 p38 激活诱导感觉神经元中 TRPA1 的增加对于冷痛觉过敏是必要的。

辛曼等人（2006） 指出 TRPA1 激活刺激物的不同化学性质表明它们的反应性，而不是它们的化学结构，在 TRPA1 激活中至关重要。通过检查表达野生型和突变型人类 TRPA1 的非洲爪蟾卵母细胞，他们发现结构上不同的环境刺激物通过推定细胞质 N- 内 619、639 和 663 位（以及较小程度的 lys708）半胱氨酸残基的可逆共价修饰来激活 TRPA1。通道的终端域。

麦克弗森等人（2007） 观察到大多数已知激活 TRPA1 的化合物能够共价结合半胱氨酸残基。他们使用点击化学表明芥子油和肉桂醛这两种化合物的衍生物可共价结合小鼠 Trpa1。结构上不相关的半胱氨酸修饰剂，如碘乙酰胺（IA） 和（2-氨基乙基）甲硫磺酸盐（MTSEA） 也能结合并激活 TRPA1。麦克弗森等人（2007） 通过质谱鉴定出 IA 标记的 14 个胞质 TRPA1 半胱氨酸，其中 3 个是正常通道功能所必需的。在切除的斑块中，反应性化合物激活了 TRPA1 电流，在无钙溶液中冲洗化合物后，该电流维持至少 10 分钟。最后，还原剂二硫苏糖醇（DTT） 阻断形成二硫键的 MTSEA 对 TRPA1 的激活。麦克弗森等人（2007） 共同得出结论，TRPA1 内反应性半胱氨酸的共价修饰可以引起通道激活，通过疼痛途径快速发出潜在组织损伤的信号。

戴等人（2007） 提供了蛋白酶胰蛋白酶（276000） 或类胰蛋白酶（191080） 激活 PAR2（600933） 的机制的证据，进而使 TRPA1 敏感。Trpa1 和 Par2 共定位于大鼠背根神经节内的初级传入神经元，HEK293 细胞中的膜片钳研究表明 PAR2 激动剂增加了 TRPA1 电流。TRPA1 敏感性增加是由于磷脂酶 C（参见 172420），它水解质膜磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（PIP2），从而释放 PIP2 介导的 TRPA1 抑制。对大鼠的研究表明，体内 Par2 激活可增强 AITC 或肉桂醛诱发的疼痛行为。

4-羟基-2-壬烯醛（HNE） 是一种内源性醛，当活性氧（ROS） 过氧化膜磷脂以响应组织损伤、炎症和氧化应激时产生。特雷维萨尼等人（2007） 表明 HNE 激活小鼠伤害感受神经元上的 Trpa1，以促进急性疼痛、神经肽释放和神经源性炎症。麦克纳马拉等人（2007） 表明 Trpa1 是啮齿类动物福尔马林诱发疼痛的主要位点，福尔马林通过直接激活 Trpa1 来兴奋感觉神经元。

蛇拥有独特的感知系统来检测红外辐射，使它们能够生成捕食者或猎物的“热图像”。红外信号最初由凹坑器官接收，凹坑器官是一种高度专业化的面部结构，由体感系统的神经纤维支配。格拉切娃等人（2010） 使用无偏见的转录分析方法将 TRPA1 通道识别为支配凹坑器官的感觉神经纤维上的红外受体。作者发现，来自有坑蛇（毒蛇、蟒蛇和蟒蛇）的 TRPA1 直系同源物是当时发现的对热最敏感的脊椎动物离子通道，这与它们作为红外刺激的主要传感器的作用一致。因此，蛇通过涉及坑器官辐射加热的机制而不是光化学转导来检测红外信号。

翁等人（2015） 指出 TRPV1 与 TRPA1 相互作用并抑制其在背根神经节（DRG） 神经元中的活性。他们发现 Tmem100（616334） 在 Trpa1 和 Trpv1 阳性小鼠 DRG 神经元中表达，并且 Tmem100 在共免疫沉淀和蛋白质下拉测定中与 Trpa1 和 Trvp1 相互作用。Tmem100 削弱了 Trpa1 与 Trpv1 的关联，从而减少了 Trpv1 介导的 DRG 神经元中 Trpa1 的抑制。当 Tmem100 在 CHO 和 HEK293T 细胞中与 Trpa1 和 Trpv1 共表达时，还增加了 Trpa1 活性。Tmem100 增加了 Trpa1 通道响应化学疼痛信号的开放概率，但仅限于 Trpv1 存在的情况下。Tmem100 还增加了 Trpa1 和 Trpv1 的细胞表面表达。选择性消除小鼠 DRG 初级感觉神经元中的 Tmem100 会降低这些小鼠对有害化学、机械和炎症刺激的反应，但对寒冷引起的疼痛反应没有影响。Tmem100 敲除 DRG 神经元的膜片钳记录显示，与对照组相比，辣椒素诱发的 Trpa1 活性降低。翁等人（2015） 得出结论，TMEM100 是调节 TRPA1 和 TRPV1 之间关联的接头蛋白。

在缺血中，髓磷脂以 Ca（2+） 依赖性方式受损，消除了动作电位遗传。这归因于谷氨酸释放激活 Ca（2+） 渗透性 N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA） 受体。汉密尔顿等人（2016） 表明，NMDA 不会提高成熟少突胶质细胞中的细胞内 Ca（2+） 浓度（[Ca（2+）]i），并且虽然缺血会引起谷氨酸触发的膜电流，但这是由细胞外 [K+] 和膜 K+ 电导降低。然而，缺血会使少突胶质细胞[Ca（2+）]i、[Mg（2+）]i和[H+]i升高，缓冲细胞内pH会降低[Ca（2+）]i和[Mg（2+）]i i 增加，表明这些是由 [H+]i 的上升引起的。H（+） 门控 [Ca（2+）]i 升高由具有 TRPA1 特征的通道介导，并受到钌红、异戊烯基焦磷酸、HC-030031、A967079 或 TRPA1 敲除的抑制。TRPA1 阻断可减少缺血时的髓磷脂损伤。

苏等人（2016） 评估了在存在或不存在特定拮抗剂的情况下，Trpa1 和 Trpv1 对小鼠对碘的行为和生化反应的影响。他们发现Trpa1是碘引起的疼痛的主要介质，Trpv1负责其余部分。在缺乏 Trpa1 的小鼠中，碘诱导的伤害性反应显着减弱。进一步分析发现，碘对皮肤过敏的辅助作用涉及P物质（162320）而非CGRP（114130）信号通路。在人类细胞中，TRPA1（而非 TRPV1）直接被碘激活。苏等人（2016） 提出局部抑制 TRPA1 和 TRPV1 通道可以最大限度地减少碘抗菌剂的副作用，同时保留其卓越的抗菌功效和缺乏获得性微生物耐药性。

三宅等人（2016） 发现通过突变或使用脯氨酰羟化酶抑制剂抑制人 TRAP1 中 pro394 的羟基化可增强 TRPA1 在过氧化氢存在下的冷敏感性。同样，TRPA1 对活性氧（ROS） 或奥沙利铂过敏以抑制脯氨酰羟基化也会引起冷敏感性。三宅等人（2016） 提出，阻断脯氨酰羟基化揭示了 TRPA1 对 ROS 的敏感性，使 TRPA1 能够将 ROS 信号转变成冷敏感性。

▼ 进化

反应性亲电子试剂是一类对人类具有刺激性和刺激性的有毒化合物，例如异硫氰酸烯丙酯（芥末中）和丙烯醛（香烟烟雾中）。从昆虫到人类，多种动物都厌恶反应性亲电子试剂，但这是否反映了一种古老感觉方式的保护尚不清楚。康等人（2010） 确定了果蝇中反应性亲电子试剂检测的分子基础，并证明果蝇 TRPA1（人类刺激传感器的黑腹果蝇直系同源物）在味觉化学传感器中发挥作用，抑制反应性亲电子试剂的摄入。康等人（2010） 表明，苍蝇和蚊子的 TRPA1 直向同源物是亲电子试剂的分子传感器，使用脊椎动物 TRPA1 保守的机制。系统发育分析表明，无脊椎动物和脊椎动物 TRPA1 具有共同的祖先，该祖先具有亲电试剂检测所需的关键特征。这些发现支持在共同的两侧对称动物祖先中出现基于 TRPA1 的亲电试剂检测，并在脊椎动物和无脊椎动物的进化过程中广泛保守。这种保守性与典型嗅觉和味觉受体的进化分歧形成鲜明对比，并且可能与亲电子毒性有关。康等人（2010） 提出，人类的疼痛感知依赖于一种古老的化学传感器，该传感器在动物进化过程中保存了大约 5 亿年。

▼ 动物模型

包蒂斯塔等人（2006） 以预期的孟德尔比例获得了 Trpa1 -/- 小鼠，发现它们的整体外观和活力均正常。对野生型和 Trpa1 -/- 小鼠三叉神经元的钙成像显示，Trpa1 是芥末油和大蒜激活初级传入伤害感受器产生炎性疼痛的唯一靶标。作者还表明，Trpa1 是环境刺激物（例如丙烯醛）的目标，这些刺激物是催泪瓦斯、汽车尾气和化疗药物代谢副产物的毒性和炎症作用的原因。Trpa1 -/- 小鼠表现出正常的冷敏感性和未受损的听觉功能，这表明 Trpa1 不是最初检测有害冷或声音所必需的。然而，Trpa1 -/- 小鼠在缓激肽诱发的伤害感受器兴奋和疼痛超敏反应方面表现出明显的缺陷。

贝萨克等人（2008） 表明，次氯酸盐和过氧化氢激活了培养的小鼠背根神经节神经元的氧化剂敏感亚群中的 Ca（2+） 内流和膜电流，而这些反应在 Trpa1 -/- 小鼠的神经元中不存在。在呼吸功能测试中，Trpa1 -/- 小鼠表现出次氯酸盐和过氧化氢诱导的呼吸抑制的严重缺陷，以及氧化剂诱导的疼痛行为的减少。

安德烈等人（2008） 发现香烟烟雾的水提取物，包括α、β-不饱和醛巴豆醛和丙烯醛，可以动员培养的豚鼠颈静脉神经节神经元中的Ca（2+），并促进离体豚鼠支气管的收缩。这些反应被 TRPA1 选择性拮抗剂和醛清除剂谷胱甘肽消除，但不能被 TRPV1 拮抗剂辣椒西平或 ROS 清除剂消除。香烟烟雾提取物或醛类处理增加了Trpa1转染细胞中Ca（2+）的流入，但在对照HEK293细胞中没有增加，并促进离体豚鼠气道组织中神经肽的释放。在Trpa1缺陷小鼠中，香烟烟雾提取物和醛类对背根神经节神经元Ca（2+）流入的影响被消除。安德烈等人（2008） 得出的结论是，数据确定 α、β-不饱和醛是香烟烟雾中的主要致病因子，通过 TRPA1 刺激介导气道神经源性炎症。

特雷维桑等人（2016） 表明，对小鼠眶下神经进行手术收缩会刺激结扎部位的单核细胞/巨噬细胞浸润。单核细胞/巨噬细胞的浸润增加了眶下神经的氧化应激，并通过增强 Trpa1 活性诱导疼痛样行为。

范德瓦等人（2018） 表明，小鼠的急性有害热感应取决于瞬时受体电位离子通道的三联体：Trpm3（608961）、Trpv1（602076） 和 Trpa1。范德瓦等人（2018） 发现，只有在这些 TRP 通道中至少有 1 个发挥作用时，才能在细胞和行为水平上观察到强大的体感热反应性。然而，结合遗传或药物消除所有 3 个通道在很大程度上和选择性地阻止了孤立的感觉神经元和快速激发支配皮肤的 C 和 A-δ 感觉神经纤维的热反应。引人注目的是，Trpv1-/-Trpm3-/-Trpa1-/- 三重敲除小鼠缺乏避免烧伤所必需的对有害热的急性戒断反应，同时对寒冷或机械刺激表现出正常的伤害性反应，并且保留了对中等刺激的偏好温度。范德瓦等人（2018） 的结论是，他们的研究结果表明，感觉神经末梢急性热诱发疼痛反应的启动依赖于 3 个功能冗余的 TRP 通道，代表了避免烧伤的容错机制。

艾根布罗德等人（2019） 发现，各种种类的地下裸鼹鼠对一种或多种物质的疼痛不敏感，包括辣椒素、酸（HCl） 或异硫氰酸烯丙酯（AITC）（一种南非刺蚁产生的藻类物质）。用 3 种刺激中的每一种对动物进行测试，并从感觉组织中分离 RNA 进行测序。其中两种对酸不敏感的物种下调了 ASIC3（ACCN3; 611741） 和 TWIK1（KCNK1; 601745） 转录本，其他物种则显示 TRPA1 通道蛋白的氨基酸变化。对 AITC 特别不敏感的高地鼹鼠（Cryptomys hottentotus pretoriae） 的 NALCN 表达上调（611549）。NALCN 的过度表达会增加与膜渗漏相关的背景钠电流，膜渗漏起到分流作用，因此电流的注入不能轻易产生膜去极化，从而抑制疼痛感知。用维拉帕米（一种 NALCN 阻滞剂）治疗的动物对 AITC 注射反应强烈。艾根布罗德等人（2019） 得出的结论是，鼹鼠物种的疼痛不敏感是由选择以刺激性植物为食的能力以及与高地鼹鼠共存的攻击性蜇蚁的能力共同驱动的。

德洛古等人（2019） 表明，乙醇脱氢酶（ADH；参见 103700）在小鼠肝脏和小鼠爪子的雪旺细胞中将乙醇转化为乙醛。雪旺细胞中产生的乙醛激活了 Trpa1，并通过增加小鼠爪子中酒精的氧化应激来引发持续的异常性疼痛。同样，长期摄入乙醇会通过雪旺细胞 Trpa1 激活促进小鼠氧化应激和异常性疼痛。作者概括了乙醇引起的 ADH 和 TRPA1 依赖性人雪旺细胞氧化应激增加的相同机制。

▼ 分子遗传学

通过连锁分析，然后对一个患有阵发性疼痛综合征的哥伦比亚大家庭（FEPS1；615040）进行候选基因测序，Kremeyer 等人（2010） 鉴定了 TRPA1 基因中的杂合错义突变（N855S; 604775.0001）。该疾病的特点是出生时出现阵发性衰弱性疼痛，影响上半身，以应对饥饿、疲劳和寒冷等触发因素。体外功能表达研究表明，该突变导致通道活性功能的增强。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：

.0001 阵发性疼痛综合征，家族性，1（1 个家族）
TRPA1，ASN855SER

Kremeyer 等人在患有常染色体显性遗传家族性阵发性疼痛综合征（FEPS1; 615040） 的哥伦比亚第 4 代大家族中受影响的成员中（2010） 在 TRPA1 基因的外显子 22 中发现了一个杂合的 2564A-G 转换，导致跨膜片段 S4 中的 asn855 到 Ser（N855S） 取代。该突变与表型完全分离，并且在 139 个种族匹配的对照中未发现。与正常神经元静息电位下的野生型相比，转染突变的 HEK293 细胞在受到激动剂肉桂醛刺激时，内向电流增加了 5 倍。电流增加伴随着电压激活曲线中点向左移动，但似乎也影响钙依赖性通道门控。配体结合不受影响，并且突变体通道可以被选择性拮抗剂阻断。研究结果与功能获得一致。