Реле тепловое трп: Тепловые реле ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Содержание

Тепловые реле ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

26.01.2014

Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле — ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима.

Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

Время-токовые характеристики теплового реле

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле.

При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Выбор тепловых реле

Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 — 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 минут.

Постоянная времени нагрева электродвигателя зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 — 10 минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).

Тепловые реле ТРП

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Устройство теплового реле типа ТРП

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина 1 нагревается как за счет нагревателя 5, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3.

Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой 2, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя.

Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.

Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при изменении температуры окружающей среды на КУС.

Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях.

Тепловые реле  РТЛ

Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.

Тепловые реле РТТ

Реле топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Тепловые реле — ТПО ТехПромМаш

Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле — ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

Устройство теплового реле: а — чувствительный элемент, б — прыгающий контакт, 1 — контакты, 2 — пружина, 3 — биметаллическая пластина, 4 — кнопка, 5 — мостик

Время-токовые характеристики теплового реле

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле.

При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Выбор тепловых реле

Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 — 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 минут.

Постоянная времени нагрева электродвигателя зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 — 10 минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).


Тепловые реле ТРП

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Устройство теплового реле типа ТРП

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина нагревается как за счет нагревателя, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик.

Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя.

Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.

Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при изменении температуры окружающей среды на КУС.

Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях.


Тепловые реле РТЛ

Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.


Тепловые реле РТТ

Реле топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

 

Реле тепловые

Дорогие покупатели! В нашем интернет-магазине открылся новый раздел «Освещение»-это люстры, бра, торшеры и т.д. по доступным ценам!       

  

 

 

 

Тепловые реле — устройство, принцип действия, технические характеристики

Тепловое реле — электрический аппарат, предназначенный для защиты электродвигателя от токовых перегрузок. Наиболее распространёнными типами тепловых реле являются ТРН, ТРП, РТТ и РТЛ.

Принцип действия теплового реле.

Срок службы электрооборудования в значительной степени напрямую зависит от перегрузок, воздействующих на него при работе оборудования. Для любого оборудования довольно просто найти зависимость времени протекания тока от его величины, при котором достигается длительная и надежная эксплуатация оборудования.

При номинальных токах допустимое время его протекания равно бесконечности. Протекание токов больше номинального приводит к повышению рабочих температур и значительному сокращению срока службы в первую очередь за счет износа изоляции. Вследствие этого, чем больше перегрузки, тем меньше должно быть время их воздействия.

Идеальная защита оборудования — зависимость tср (I) для тепловых реле проходит ниже кривой для защищаемого оборудования.

Наиболее широкое распространение получило тепловое реле с биметаллической пластиной для защиты от перегрузки.

Биметаллическая пластина, используемая в тепловом реле, состоит из пластин имеющих различный температурный коэффициент расширения (одна — больший, другая — меньший). В местах прилегания пластины жестко крепятся друг к другу за счет горячего проката или сварки. При нагревании неподвижной биметаллической пластины происходит изгиб ее в сторону части с меньшим коэффициентом расширения. Именно данное свойство используется при работе теплового реле.

Также широко применяются пластины, состоящие из инвара (меньший коэффициент) и хромоникелевой или немагнитной стали (больший коэффициент).

Нагрев пластины теплового реле происходит за счет выделяемого тепла при протекании тока нагрузки через биметаллическую пластину. Зачастую используется нагревательный элемент, по которому также протекает ток нагрузки. Наилучшие характеристики имеют комбинированные тепловые реле, в которых ток нагрузки протекает и через биметаллическую пластину и через нагревательный элемент.

При нагревании биметаллическая пластина тепловых реле воздействует на контактную систему своей свободной частью.

Времятоковые характеристики тепловых реле

Основной характеристикой для всех тепловых реле является зависимость времени отключения от токов нагрузки (времятоковые характеристики). До начала перегрузки в общем случае через тепловое реле протекает ток Iо, нагревающий биметаллическую пластину до начальной  температуры qо.

При проверке характеристик времени срабатывания теплового реле необходимо учитывать из холодного или горячего состояния происходит срабатывание тепловых реле.

Также необходимо помнить что нагревательный элемент теплового реле является термически неустойчивым при протекании токов короткого замыкания.

Выбор теплового реле.

Номинальный ток выбираемого теплового реле выбирается исходя из номинальных нагрузок защищаемого оборудования (электродвигателя). Ток выбираемого теплового реле должен составлять 1,2 — 1,3 от номинального тока электродвигателя (ток нагрузки), то есть тепловое реле срабатывает при 20 — 30 % перегрузке на протяжении 20 минут.

Значение времени нагрева электродвигателя напрямую зависит от длительности перегрузок. В случае кратковременной перегрузки нагреваются лишь обмотки электродвигателя и время нагрева составляет от 5 до 10 минут. При длительных перегрузках в нагреве участвует вся конструкция двигателя, и время составляет от 40 до 60 минут. Поэтому наиболее целесообразным считается применение теплового реле в схемах, где время включения электродвигателя превышает 30 минут.

Влияние внешних температур на работу теплового реле.

Нагрев биметаллической пластины теплового реле зависит как от воздействующих токов, но и от воздействия температуры окружающей среды. В связи с этим при росте температуры окружающей среды уменьшается значение тока срабатывания.

При сильно отличающейся температуре от номинальной, проводится плановая дополнительная регулировка теплового реле, или подбирается нагревательный элемент в котором учитывается температура окружающей среды.

Для уменьшения воздействия температуры окружающей среды на токи срабатывания тепловых реле, необходимо подбирать наиболее близкую температуру срабатывания.

Для обеспечения правильной работы и обеспечения тепловой защиты тепловое реле необходимо размещать в помещении, что и защищаемый механизм (электродвигатель). Нежелательно располагать тепловое реле в непосредственной близости от источников тепла, таких как нагревательные печи, система отопления и т.п. В настоящее время для обеспечения наилучшей защиты используются реле с температурной компенсацией (серия ТРН).

Конструкция теплового реле.

Изгибание биметаллической пластины происходит достаточно медленно. В случае если с пластиной непосредственно будет связан подвижный контакт, то небольшая скорость движения не обеспечивает гашения дуги, которая возникает при размыкании цепи. Поэтому воздействие на контакт осуществляется через устройство ускорения. Наиболее эффективным является так называемый «прыгающий» контакт.

В момент, когда напряжение не подается, пружина создает момент относительно нулевой точки замыкающего контакта. При нагреве биметаллическая пластина изгибается, что ведет к изменению положения пружины. Пружина создает момент, который способен разомкнуть контакт за время, которое обеспечивает надежное гашение дуги. Пускатели и контакторы комплектуются однофазными тепловыми реле типа ТРП или двухфазными ТРН реле.

Реле тепловые ТРП

Токовые однополюсные тепловые реле ТРП с номинальным током теплового элемента от 1 до 600 А используемые для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от тепловых перегрузок, работающих в сети с напряжением 500 В и частоте 50 или 60 Гц. Тепловое реле ТРП с номинальным током до 150 А применяются в сети постоянного тока и напряжением до 440 В.

Реле тепловые РТЛ

Тепловое реле типа РТЛ используется для обеспечения защиты оборудования от длительных токовых перегрузок. Они также используются для защиты от несимметричности токов в фазах а так же выпадения одной фазы. Рабочий диапазоном тока электротеплового реле РТЛ от 0.1 до 86 А.

Реле тепловые РТЛ устанавливаются как на пускатели типа ПМЛ, так и отдельно, в данном случае реле должно снабжается клеммниками КРЛ. Степень защиты реле РТЛ и клеммников КРЛ могут иметь ІР20 а также могут быть устанавленны на стандартную дин-рейку. Номинальный ток контактора 10 А.

Реле тепловое РТТ

Тепловое реле РТТ предназначено для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от кратковременной перегрузки, в том числе при выпадении фазы и не симметрии.

Реле тепловое РТТ предназначено в качестве комплектующего изделия в схеме управления электроприводами и встройки в магнитный пускатель типа ПМА в цепях переменного тока с напряжением 660 В и частотой 50 или 60 Гц, а цепи постоянного тока с напряжением 440 В.


РТЛ 1001-1022 (0,14-21,5А) 196,30р.
РТЛ 2053-2061 (28,5-64А) 317,00р.
РТT 5-10 1-10 А 197,00р.
РТТ-111 0,8-25 А 197,00р.
РТТ-141 1-25 А (на заказ) 197,00р.
РТТ-211 16-40А 327,00р.
РТТ-211 50А, 63А 1 031,00р.
РТТ-321(311,221) 63-160А 1 369,00р.

Тепловые реле — устройство, принцип действия, технические характеристики

Тепловые реле — устройство, принцип действия, технические характеристики

Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле — ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.


Устройство теплового реле: а — чувствительный элемент, б — прыгающий контакт, 1 — контакты, 2 — пружина, 3 — биметаллическая пластина, 4 — кнопка, 5 — мостик 

Время-токовые характеристики теплового реле

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле.

При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Выбор тепловых реле

Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 — 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 минут.

Постоянная времени нагрева электродвигателя зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 — 10 минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).

Тепловые реле ТРП

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Устройство теплового реле типа ТРП

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина нагревается как за счет нагревателя, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик.

Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя. 

Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.

 

Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при изменении температуры окружающей среды на КУС.

Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях. 

Тепловые реле РТЛ

Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.

Тепловые реле РТТ

Реле топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Реле тепловое ТРН 20

Реле электротепловые токовые двухполюсные ТРН 20 на номинальные токи 20 А соответственно предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Реле могут быть использованы в сетях постоянного тока. От КЗ реле не защищают.
Реле предназначены для встраивания в электромагнитные пускатели ПМЕ 100,
ПМА 3100 на номинальный ток 40 А и для индивидуальной установки.
Данные реле имеют улучшенные защитные характеристики, уменьшенные
материалоемкость, установочную площадь, потребляемую мощность.
Структура условного обозначения:
ТРН_XXМXXX4:
ТРН — реле электротепловое токовое двухполюсное;
XX — номинальный ток реле – 20 А;
М — модернизированное;
XX — условное обозначение диапазона регулирования
номинального тока несрабатывания реле;
X4 — климатическое исполнение (УХЛ; О) и категория размещения по ГОСТ 15150_69.
Технические характеристики:
Номинальный ток несрабатывания на нулевой установке, А − 8
Диапазон регулирования номинального тока несрабатывания, А − 6,00 — 10,00
Мощность потребляемая одним полюсом реле, Вт,не более − 3,3
Номинальное сечение внешних изолированных проводников, мм², при материале
токопроводящей жилы:
− медь − 1
− алюминий − 2,5
Номинальное напряжение главной цепи, В:
− переменного тока частотой 50 или 60 Гц − 500
− постоянного тока − 440
Номинальное напряжение вспомогательного контакта реле, В, не более − 660
Номинальный ток вспомогательного контакта реле, А…10
Время срабатывания при токе 1,2Iном, мин − 20
Реле не срабатывает при протекании по полюсам тока − 1,05Iном
Время возврата, мин (реле с ручным возвратом) − 1,5
Время срабатывания реле при нагреве с холодного состояния 6 кратным номинальным током несрабатывания при любом положении регулятора уставки и температуре окружающего воздуха 20 °С
находится в пределах, с:
− для исполнения реле на номинальные токи несрабатывания от 0,1 до 10 А − 47
− для исполнения реле на номинальные токи
− несрабатывания свыше 10 А − 58
Реле термически стойки при однократной нагрузке 18 кратным номинальным током несрабатывания
в течение времени, с:
− до 10 А − 0,5
− свыше 10 А − 1
Масса реле, кг, не более − 0,28
Гарантийный срок эксплуатации – 2 года со дня ввода в эксплуатацию, но не более 2,5 лет со дня получения реле потребителем от изготовителя.
ГОСТ (ТУ) ГОСТ 12434 93; ГОСТ 16308 84; ГОСТ 17412 72;
ТУ 16 91 ИГФР.647316.013 ТУ
Тепловые реле с нагревательными элементами, встраиваемые в пускатели серии ПМЕ и ПА:
Величина пускателя − II
Тип реле − ТРН-20 или ТРН-25
Номинальный ток реле, А − 25
Номинальный ток теплового реле, А, при +25?С (положение регулятора уставки «0») − 5; 6,8; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25
Максимальный ток продолжительного режима реле, А, в пускателе:
− открытого исполнения − 6,25; 7,876; 10; 12,5; 15,6; 20; 25; 25
− защищенного исполнения (в оболочке) − 5,5; 6,93; 8,8; 11; 13,75; 17,6; 20; 23

Ионные каналы TRP в термоощущении, терморегуляции и метаболизме

Abstract

У человека надсемейство катионных каналов TRP включает 27 родственных молекул, которые реагируют на большое разнообразие химических и физических раздражителей. Хотя физиологическая роль многих каналов TRP остается неизвестной, в последние годы было показано, что некоторые из них функционируют как молекулярные сенсоры в различных организмах, от дрожжей до человека. В частности, теперь известно, что TRP-каналы составляют важные компоненты сенсорных систем, где они участвуют в обнаружении или передаче осмотических, механических, тепловых или хемосенсорных стимулов.Здесь мы обобщаем наше текущее понимание роли, которую играют отдельные члены этого универсального семейства рецепторов в термоощущении и терморегуляции, а также затрагиваем их важную роль в метаболическом контроле.

Ключевые слова: ганглий задних корешков, гипоталамус, ноцицепция, соматосенсоризация, термосенсоризация, ионные каналы TRP, терморегуляция, температурный гомеостаз

Сокращения: ГЭБ, гематоэнцефалический барьер; CFO, периферический орган; DRG, спинномозговой ганглий; ПОА/АГ, преоптическая область и передний гипоталамус; Tb, внутренняя температура тела; TG, тройничный ганглий; TRP, переходный потенциал рецептора

Введение

Член-основатель семейства ионных каналов Transient Receptor Potential был впервые обнаружен Крейгом Монтеллом и его коллегами у дрозофилы , где он представляет собой центральный компонент каскада зрительной трансдукции в фоторецепторах мух. 1

Существует 6 подсемейств TRP: «канонические» TRPC (TRPC1–7), «ваниллоидные» TRPV (TRPV1–6), «меластатиноподобные» TRPM (TRPM1–8), «полицистиновые» TRPP (TRPP2, TRPP3, TRPP5), «муколипиновые» TRPML (TRPML1–3) и «богатые анкирином» TRPA (TRPA1). Отличительной чертой всех TRP является сходная трансмембранная топология, состоящая из 6 (S1-S6) трансмембранных доменов и проницаемой для катионов области пор между S5 и S6. Последовательность и длина внутриклеточных N- и C-концов значительно различаются у разных членов TRP. 2

Было обнаружено, что запирание нескольких ионных каналов TRP демонстрирует крутую температурную зависимость в физиологическом диапазоне температур. Величина Q10, определяемая здесь как изменение амплитуды тока при повышении температуры на 10 градусов, широко используется для характеристики степени температурной чувствительности ионных каналов. Большинство ионных каналов имеют значение Q10 от 1 до 3. 3 С другой стороны, 11 ионных каналов TRP млекопитающих — при гетерологичной экспрессии — имеют значения Q10, которые либо больше 5 (теплочувствительные), либо ниже 0. 2 (холодочувствительный). По этим критериям TRPV1-4 и TRPM2-5 являются чувствительными к теплу, 4-13 , в то время как TRPM8, TRPA1 и TRPC5 оказались чувствительными к холоду ионными каналами (4). 14,15

Термочувствительные (TRP) ионные каналы. ( A ) Рисунок иллюстрирует различную ионную селективность и направленность тока чувствительных к температуре ионных каналов, которые находятся в первичных афферентных сенсорных нейронах, обнаруживающих теплую и холодную температуру соответственно. Изменено с разрешения исх.51. ( B ) Графики схематически изображают кривые температурной активации чувствительных к теплу/теплу ионных каналов (верхняя панель) и каналов, чувствительных к холоду (нижняя панель), которые находятся в первичных афферентных чувствительных к температуре сенсорных нейронах, как показано на ( A ).

Температурная чувствительность сама по себе не означает, что эти ионные каналы являются функционально значимыми детекторами температуры. Два дополнительных критерия использовались в качестве фильтров для выделения релевантных молекулярных детекторов температуры: (i) экспрессия TRP-каналов в тканях и в местах, имеющих отношение к обнаружению изменения температуры, и (ii) термосенсорные (или терморегуляторные) фенотипы у генетически податливых организмов, таких как как нокаутированные мыши или мутировавшие мухи и черви.

Оба критерия не так просты в применении, как может показаться. Температурные рецепторы, находящиеся в коже (или в нейронных отростках, иннервирующих кожу), скорее всего, будут испытывать самые большие изменения температуры, чтобы быть физиологически значимыми. Однако небольшие изменения температуры в полости тела, кишечнике, центральной нервной системе и других тканях, происходящие как часть метаболических изменений, повышенной активности (нейронов) или воспалительных реакций (таких как лихорадка), явно физиологически и патологически значимы и очень важны. вероятно, контролируется сенсорными механизмами. Эти типы интероцептивных температурных рецепторов в значительной степени остаются неуловимыми. Одна из причин отсутствия знаний заключается в том, что точное местонахождение и молекулярные маркеры этих чувствительных к температуре структур неизвестны. Таким образом, в настоящее время неясно, играют ли каналы TRP роль в интероцептивном определении температуры.

В том же духе, модели нокаута каналов TRP были тщательно изучены в контексте температурных стимулов окружающей среды, таких как тесты на тепловую и холодовую боль и тесты предпочтения. 16 Однако возможно, что предполагаемые температурные фенотипы еще не идентифицированы просто потому, что эти модели не тестировались в контексте более специфичных для тканей (или внутренних) температурных изменений.

Каналы TRP при термоощущении

При применении вышеупомянутых критериев и сосредоточении внимания на определении температуры окружающей среды только несколько «термо-TRP» проходят тест и до сих пор участвовали в термоощущении ().

Таблица 1.

Канал Выводы Справочные материалы
TRPM8 TRPM8 играет решающую роль в определении температуры от холода до холода in vitro 90. 17-209 17-209
TRPC5
TRPC5 Нет явного дефицита в холодной чувствительности не наблюдается в NULL MICE 25
TRPV1 TRPV1 в основном способствует воспалительному (теплому) боли, а не базальному термоселию 4, 26, 29 и 31
TRPM3 TRPM3 опосредует предотвращение вредного тепла и воспалительной гипералгезии. 13
TRPA1 TRPA1 участвует в обнаружении вредных холодных температур 43 и 44
TRPA1 не является вредным холодным датчиком in vivo . 45 и 46

Единственным каналом TRP, для которого существует широкое согласие относительно его центральной роли в определении температуры, является TRPM8. Три исследовательские группы независимо друг от друга определили важнейшую функцию TRPM8 в определении низких и низких температур (от ∼15°C до ∼30°C) в ряде различных физиологических и поведенческих тестов. 17–20 TRPM8 экспрессируется в подмножестве сенсорных нейронов ганглиев задних корешков малого и среднего диаметра (DRG), которые иннервируют кожу. Кроме того, TRPM8 также обнаружен в сенсорных нейронах тройничного ганглия (TG), которые иннервируют (среди других областей в области головы и шеи) глаз и роговицу. Интересно, что охлаждение роговицы в результате испарения, как было показано, вызывает слезотечение в зависимости от TRPM8. 21 Таким образом, TRPM8, вероятно, путем обнаружения изменений температуры способствует правильному увлажнению роговицы.

Интересно, что настройка сенсорных нейронов на диапазон различных (холодных) температур, по-видимому, не регулируется простым присутствием (или уровнем экспрессии) рецептора TRPM8, а управляется комбинаторной экспрессией других (калиевых) ионных каналов, таких как в качестве ионных каналов Task-3 (KCNK9), Kv1 (KCNA) и Kv7 (KCNQ), которые контролируют и модулируют холодовую возбудимость (4). 22–24

Недавно сообщалось об индуцированном холодом закрытии другого ионного канала TRP, TRPC5. 25 Однако удаление гена TRPC5 не привело к обнаружению дефектов чувствительности к холоду в стандартных тестах поведения мышей. Будущие исследования покажут, требуется ли этот ионный канал для (более ограниченного) тканеспецифического или контекстно-специфического обнаружения холода.

Мыши с нокаутом TRPV1, по-видимому, имеют едва уловимый фенотип острого ощущения тепла, что подтверждается их трудностями в обнаружении вредных температур в анализах с погружением хвоста. 26 Фармакологическое ингибирование TRPV1 у людей также снижает их способность обнаруживать болевые тепловые раздражители. 27,28 В целом, однако, модели мышей с нокаутом TRPV1, по-видимому, имеют лишь незначительные трудности с определением высоких температур, 29 что позволяет предположить, что другие механизмы участвуют в обнаружении охоты.

В связи с этим интересно отметить, что альтернативно сплайсированный вариант TRPV1, присутствующий в сенсорных нейронах летучих мышей-вампиров, настроен на более низкий температурный порог около 30°C, что коррелирует с исключительной чувствительностью к теплу, позволяющей животному нацеливаться на теплокровную добычу. 30

В отличие от умеренного термосенсорного фенотипа у мышей с нокаутом TRPV1 в основных физиологических условиях, хорошо известно, что TRPV1 играет доминирующую роль в обнаружении охоты, когда рецептор сенсибилизирован в контексте воспаления и повреждения тканей: A Разнообразная группа разрозненных медиаторов воспаления резко снижает температурный порог для TRPV1 и увеличивает величину ответа ионного канала, тем самым вызывая тепловую гипералгезию и воспалительную боль. 4,26,29,31,32 Сенсибилизация рецептора капсаицина подчеркивает его патологическое свойство. Эта особенность способствовала тому, что рецептор стал главной мишенью для разработки обезболивающих препаратов. Однако блокирование активности TRPV1 вызывает серьезные неблагоприятные эффекты, такие как гипертермия, 33,34 , демонстрируя, что TRPV1 — по крайней мере остро — влияет на внутреннюю температуру тела, как обсуждается ниже.

Таким образом, для обезболивающей терапии было бы более желательно специфически ингибировать сенсибилизацию рецептора, оставляя при этом нормальную гомеостатическую активность ионного канала неповрежденной. Недавнее исследование показывает, что это может быть осуществимо. Задействуя неканонический путь ГАМК / ГАМКВ, сенсибилизация TRPV1 специфически противодействует, в то время как базовая активность рецептора остается неизменной. 35

Недавно было обнаружено, что TRPM3 представляет собой термочувствительный ионный канал, экспрессируемый в сенсорных нейронах DRG и TG, который способствует ноцицепции тепла. Фенотип нокаута TRPM3 имеет некоторое сходство с фенотипом нокаута TRPV1. 13 Будет интересно проверить, участвуют ли TRPM3 и TRPV1 синергетически в тепловом болевом восприятии, потенциально даже в комбинациях с другими (не-TRP) тепловыми/теплочувствительными ионными каналами и белками.В связи с этим очень интересно отметить, что хлоридный канал Anoctamin 1 также активируется вредным теплом и также участвует в восприятии тепла. 36,37

Хотя TRPM2 и TRPM4 являются чувствительными к температуре ионными каналами, термосенсорный фенотип ни для одной из моделей мышей с нокаутом рецептора пока не описан. Сообщалось, что температурная чувствительность TRPM5 модулирует восприятие вкуса, 11 , но актуально ли это свойство TRPM5 в каком-либо другом сенсорном или гомеостатическом контексте, в настоящее время неизвестно.

Для других представителей семейства TRPV, особенно TRPV2, 3 и 4, сообщалось о различных результатах. Первоначальные результаты показали, что мыши с нокаутом TRPV3 и TRPV4 имеют дефекты в обнаружении теплых температур в поведенческих парадигмах. 38,39 Однако более свежие данные опровергают эти результаты и предполагают, что эти фенотипы сильно зависят от генетического фона. В этих исследованиях даже у мышей с двойным нокаутом по TRPV3-TRPV4 наблюдается лишь очень тонкий дефицит температурного предпочтения и анализов избегания тепла. 40,41 Точно так же мыши с дефицитом TRPV2 не проявляют каких-либо аберрантных термоощущений. 42

Вероятно, самым спорным членом семейства каналов TRP в отношении термоощущения у мышей является TRPA1. В то время как некоторые исследования обнаруживают, что TRPA1 способствует ощущению холода, 43,44 другие не находят доказательств участия TRPA1 в термоощущении холода in vivo . 45,46

Интересно, что у других видов, таких как насекомые и рептилии, существуют доказательства того, что TRPA1 необходим для определения теплой/горячей (но не холодной) температуры. 47–50 Таким образом, несмотря на то, что остаются сомнения относительно чувствительности человеческого и мышиного TRPA1 к температуре, накапливаются доказательства того, что TRPA1 у других видов функционирует как датчик температуры.

В совокупности эти исследования показывают, что ни для одного из каналов TRP (возможно, за исключением TRPM8) не была обнаружена доминирующая или универсальная функция в определении температуры окружающей среды. Скорее, эти исследования предполагают, что определенные каналы TRP рекрутируются (и точно настраиваются) для термоощущения (i) видоспецифическим, (ii) тканеспецифическим и (iii) контекстно-специфическим образом. Эта функция, возможно, лучше всего иллюстрируется TRPV1 и TRPA1, как обсуждалось выше.

Одной из возможных причин отсутствия универсального термосенсорного фенотипа является то, что многие чувствительные к температуре TRP (и не-TRP-) рецепторы обнаруживают перекрывающиеся температуры в диапазоне от теплого до горячего (). 3,51,52 Следовательно, отдельные модели с отключенным каналом TRP (и даже мыши с двойным отключением) могут не демонстрировать сильных температурных фенотипов, поскольку имеет место обширная компенсация с помощью избыточных детекторов температуры.В контексте ноцицепции тепла это иллюстрируется перекрывающейся экспрессией и температурной чувствительностью TRPV1, TRPM3 и Anoctamin 1 (10).

Важно отметить, что другие (не TRP) ионные каналы также по своей природе чувствительны к температуре и могут модулировать температурную активацию сенсорных нейронов. В частности, было обнаружено, что, подобно каналам TRP, двухпоровые калиевые каналы TRAAK (KCNK4), TREK1 (KCNK2) и TREK2 (KCNK10) охватывают широкий диапазон физиологически релевантного температурного диапазона. Было продемонстрировано, что эти 3 2-поровых канала важны для ингибирования чувствительных к температуре нейронов, поскольку мыши с дефицитом этих ионных каналов гиперчувствительны к температурным раздражителям. 22,53,54

Кроме того, вполне возможно, что другие белки, не являющиеся ионными каналами, играют роль в термоощущении. Например, было показано, что температурный стимул (> 35 ° C) запускает кластеризацию stim1 с ионными каналами Orai, чтобы опосредовать вход Ca 2+ , управляемый депо. 55 Если и в каком контексте этот термочувствительный феномен играет физиологическую роль, предстоит изучить в будущем.

Периферические DRG и TG нейроны составляют основную сенсорную систему, которая передает информацию о температуре окружающей среды в спинные и супраспинальные области ЦНС (). Это, например, позволяет инициировать защитные рефлексы, которые предотвращают повреждение тканей. Кроме того, эта система также необходима для нашего сознательного восприятия тепловых раздражителей, что позволяет нам квалифицировать эти раздражители как болезненные (вредные), безвредные или приятные. 20,56

Упрощенный рисунок, изображающий пути терморегуляции. Периферические терморецепторы определяют температуру окружающей среды и внутренних органов и сообщают об этом гипоталамусу. Рецепторы температуры гипоталамуса определяют внутреннюю температуру. Центр терморегуляции инициирует реакции теплоотдачи или теплопритока в периферических органах.

Температурные пути отходят от спиноталамического тракта и достигают (через парабрахиальные структуры) гипоталамуса – ключевого центра терморегуляции. 57 Хотя было показано, что периферические датчики температуры, иннервирующие кожу, способствуют терморегуляции и поддержанию температурного гомеостаза, 58 менее ясно, предоставляют ли другие типы (интероцептивных) периферических датчиков температуры информацию для терморегуляции.

Терморегуляторные функции TRP

В контексте терморегуляции мы различаем 2 различных типа механизмов: (1) периферические каналы TRP, которые активируются и влияют на температуру тела путем модуляции вегетативной системы, и (2) каналы TRP в центральном нервной системы, которые непосредственно влияют на определение температуры ЦНС и/или интеграцию терморегуляторных афферентных сигналов. Поскольку и периферические, и центральные пути взаимодействуют на множественных и часто неизвестных уровнях, необходимы тщательные эксперименты и контроль, чтобы установить роли конкретных каналов TRP и их действия в различных частях нервной системы.

Чтобы назвать один пример, мыши с глобальным нокаутом TRPV1 обнаруживают участие ионного канала в острой терморегуляции. 26,59 Однако, помимо надежной и специфической экспрессии в сенсорных нейронах DRG, ограниченная экспрессия TRPV1 была обнаружена в некоторых структурах головного мозга и гладкомышечных клетках, 60 , а также в периферических тканях, включая адипоциты, 61 сосудистых система 62 и желудочно-кишечный тракт. 63 Поэтому в настоящее время неясно, в каких местах TRPV1 участвует в терморегуляции. Кроме того, терморегуляторная роль TRPV1 еще больше осложняется его функцией в регуляции метаболизма. 64 Таким образом, тканеспецифические генетические, фармакогенетические и/или оптогенетические манипуляции представляют собой потенциально полезные будущие подходы к анализу и определению молекулярных механизмов, лежащих в основе терморегуляции.

Теперь мы сначала сосредоточимся на периферически опосредованной терморегуляции.

Периферическая терморегуляция

Несколько термочувствительных ионных каналов TRP играют важную роль не только в обнаружении изменения температуры окружающей среды, но и в регулировании центральной температуры тела (). 65

Таблица 2.

TRPV1 TRUSTICATION TRPV1 Тонически активированная TRPV1 в брюшной полости rescera регулирует температуру корпуса корпуса. В преоптической области гипоталамуса TRPV1 активируется HSF1 при лихорадке, вызванной ЛПС. 33, 68, 69, 91 и 121 TRPM8 Тоническая периферическая активность TRPM8 поддерживает внутреннюю температуру тела. Экспрессия TRPM8 обнаруживается в подмножестве термочувствительных PV+ нейронов в переднем гипоталамусе. 73, 74 и 99 TRPA1 TRPA1 не является датчиком температуры, участвующим в регулировании температуры тела. 78 и 79 TRPV3 TRPV3 не играет роли в поддержании внутренней температуры тела. 80 TRPV4 Активность TRPV4 не влияет на внутреннюю температуру тела. Иммунореактивность TRPV4 была обнаружена в нейропиле преоптической области и PV+ нейронах в переднем гипоталамусе. 98 и 99

В последние десятилетия были предприняты значительные усилия для выяснения механизмов, с помощью которых каналы TRPV1 и TRPM8 модулируют Tb.

Задолго до того, как был клонирован канал TRPV1, было обнаружено, что системное введение капсаицина снижает внутреннюю температуру тела, что в значительной степени связано с выраженной периферической вазодилатации. 66 Кроме того, было обнаружено, что индуцированная капсаицином абляция сенсорных волокон делает животных чувствительными к тепловым воздействиям. 67 После открытия ионного канала TRPV1, 4 , мы получили более глубокое понимание его роли в терморегуляции только после идентификации селективных антагонистов. В отличие от активации TRPV1 ингибирование ионного канала приводит к гипертермии как у животных, так и у людей. 33 Когда периферически ограниченные антагонисты TRPV1 вводятся внутрижелудочно, у мышей, собак и людей также наблюдается увеличение Tb, 33,68 демонстрируя, что TRPV1, экспрессируемый на периферии, способствует терморегуляции.Несколько линий доказательств подтверждают представление о том, что тонически активный TRPV1 во внутренних органах брюшной полости влияет на внутреннюю температуру тела и что противодействие TRPV1 способствует вазоконстрикции, термогенезу и модуляции терморегуляторных нейронов в гипоталамусе, 69,70 эффекторы защиты от холода, не вызывая у животного поведения поиска тепла. 69 Среди изученных антагонистов оказалось, что преимущественно те ингибиторы TRPV1 вызывают гипертермию in vivo , которые блокируют индуцированную протонами активацию TRPV1. 71 Например, соединение JYL1421 блокирует протонную активацию TRPV1 собаки и обезьяны, но не TRPV1 крысы. 68 Одновременно ингибитор TRPV1 вызывал гипертермию у собак и обезьян, но не повышал температуру тела у крыс. Хотя первоначальное воздействие антагониста приводит к гипертермии, гипотермическая реакция притупляется повторным введением одного и того же антагониста. 33

Эти захватывающие фармакологические эксперименты с участием TRPV1 в терморегуляции были впоследствии унижены фенотипом мышей с нокаутом по TRPV1: 26,29 Мыши с нокаутом по TRPV1 имеют нормальную внутреннюю температуру тела по сравнению с контрольной группой.Однако было обнаружено, что мутантные по TRPV1 животные проявляют повышенную вазоконстрикцию и локомоцию, что свидетельствует о том, что у животных с нокаутом задействованы другие термоэффекторные органы по сравнению с контрольными животными дикого типа. С возрастом нокаутные мыши также становятся тучными, 59,72 обнаруживая связь ионных каналов TRP с регуляцией метаболизма.

Эти данные согласуются с острым и преходящим эффектом TRPV1 на внутреннюю температуру тела, но доказывают незначительную роль ионного канала в регуляции внутренней температуры в устойчивом состоянии или, альтернативно, наличие надежных компенсаторных путей, которые замещают потерю рецептора. у нокаутированных животных.

Интересно отметить, что восприятие тепловой боли также не устранено у мышей с нокаутом TRPV1 и что в эту сенсорную модальность вносят вклад другие механизмы и пути. 29 Как упоминалось выше, теплоотводные ионные каналы, такие как Anoctamin 1, 36 TRPM3 13 , а также двухпоровые калиевые каналы способствуют обнаружению болезненно горячих стимулов, и будет интересно расшифровать, влияют на внутреннюю температуру тела.

В соответствии с гипотермией, вызванной капсаицином, активация холодового рецептора TRPM8 имеет эффект, противоположный активации TRPV1: местное применение ментолового агониста TRPM8 вызывает вегетативные реакции, такие как гипертермия, потребление кислорода, дрожащая мышечная активность и хвост сужение сосудов кожи, а также поведение, связанное с поиском тепла. 73 Несколько селективных антагонистов TRPM8 были протестированы in vivo . Эти вещества вызывают дозозависимую гипотермию у мышей и крыс. Гипотермический эффект полностью зависит от TRPM8 и поэтому отсутствует у мышей с нокаутом TRPM8. 74 Повторяющаяся стимуляция антагонистом TRPM8 также приводит к тахифилактическому типу ответа, а последующие воздействия вызывают ослабленный гипотермический эффект. 74 Этот десенсибилизирующий эффект аналогичен эффекту, наблюдаемому при антагонизме с TRPV1, хотя суммарное влияние на Tb противоположно направлено для 2 ионных каналов TRP.

Вероятно, наблюдаемая терморегуляторная роль TRPM8 опосредована активацией ионного канала, выраженного в кожных афферентах. 73,74 Это мнение подтверждается наблюдением, что внутривенная инфузия антагониста TRPM8 снижает индуцированную холодом экспрессию c-fos в латеральном парабрахиальном ядре (LPB) — ядре в ЦНС, которое получает периферические термосенсорные сигналы и Считается, что они передают эту информацию на участки терморегуляции гипоталамуса. 57 Возможно, TRPM8, экспрессируемый в других (периферических) участках, также способствует острой терморегуляции. В этом отношении следует отметить, что внутривенное введение, в отличие от интратекального или интрацеребровентрикулярного введения антагониста TRPM8, является наиболее эффективным способом вызвать гипотермию. 74 Кроме того, TRPM8 экспрессируется в сосудистой сети и может модулировать тонус сосудистой системы и, таким образом, может также способствовать регуляции температуры тела путем модуляции сердечно-сосудистых функций. 75 Кроме того, TRPM8-положительные нервные волокна иннервируют сосудистую сеть, например воротную вену печени. 76 Необходимы дальнейшие исследования для изучения терморегуляторной функции TRPM8 в нейрональных и других тканях.

Помимо TRPM8, TRPA1 является еще одним кандидатом на роль датчика холода в пути терморегуляции. Хотя активаторы (аллилизотиоцианат и коричный альдегид) TRPA1 могут вызывать изменения температуры тела, 77 эти химические вещества являются реакционноспособными соединениями и, таким образом, не являются строго специфичными для TRPA1, и эффект может быть независимым от TRPA1.Кроме того, 2 исследования, основанные на введении антагонистов и использовании мышей с нокаутом TRPA1 в качестве контроля, показали, что TRPA1 не участвует в опосредовании реакций защиты от холода. 78,79

Учитывая, что TRPV3 и TRPV4 активируются теплом, было высказано предположение, что они участвуют в терморегуляции. Однако внутрижелудочная доставка природных активаторов TRPV3 (тимол и этилванилин) не оказывает заметного влияния на Tb или на тепловые эффекторы, такие как жировая ткань. 80 У мышей с нокаутом TRPV4 базальная температура тела неотличима от контрольных мышей и отсутствует реакция на резкое изменение температуры. 38 Пока нет четких доказательств их роли в поддержании температуры тела.

До сих пор наши знания о терморегуляции в основном основывались на исследованиях млекопитающих. Мало что известно о других эндотермах, таких как птицы, не говоря уже об экзотермах. Тем не менее, одно исследование связало каналы TRP с терморегуляторным поведением у рептилий, которые перемещаются между открытыми солнечными лучами местами и более прохладными и затененными местами для поддержания температурного гомеостаза. Это челночное поведение крокодилов может быть заблокировано капсазепином, антагонистом ионных каналов TRPV1 и TRPM8. 81

Центральная терморегуляция

Центральная нервная система регулирует гомеостаз температуры тела, обеспечивая нервный и гормональный контроль на нескольких уровнях. Кожа, внутренние органы и ЦНС напрямую или косвенно передают информацию о температуре центру терморегуляции, расположенному в преоптической области и передней части гипоталамуса (POA/AH). Считается, что эта область вычисляет информацию о температуре и посылает сигналы либо напрямую, либо через ретрансляционные станции в более каудальных частях гипоталамуса к множеству эффекторных органов.Изменение температуры тела может происходить либо за счет нейронного контроля вегетативной системы, либо за счет гормональных реакций (4). В нескольких обзорах обобщены нейронные цепи, лежащие в основе терморегуляции в контексте физиологических и воспалительных (лихорадочных) состояний. 82,83 Среди наиболее изученных путей — нейронная модуляция недрожательного термогенеза: первичные соматосенсорные нейроны, соматы которых расположены в DRG, обнаруживают изменение температуры окружающей среды. Кожная тепловая информация передается через латеральное парабрахиальное ядро ​​(LPB) в преоптическую область.В гипоталамическом терморегуляторном центре генерируются выходные сигналы, которые доставляются к ростральному бледному шву (rRPa) через мультисинаптические реле. Нейроны rRPa далее расширяют проекции к симпатическим преганглионарным нейронам в спинном мозге. Преганглионарные нейроны модулируют симпатический отток, чтобы регулировать и поддерживать температурный гомеостаз. Однако мало что известно о подробных схемах гипоталамуса и механизмах, которые вычисляют информацию о температуре для получения соответствующих результатов.

Среди всех областей, участвующих в терморегуляции, преоптическая область/передний гипоталамус (POA/AH) считается ключевым местом для поддержания температурного гомеостаза. Он не только объединяет информацию о температуре с периферийных участков, но также содержит несколько типов чувствительных к температуре нейронов. Выводы, демонстрирующие регуляторную роль POA/AH в температурном гомеостазе, были освещены другими в превосходных обзорах. 57,84,85 Наиболее важно то, что модуляция активности теплочувствительных нейронов (WSN) путем непосредственного охлаждения или нагревания POA вызывает явления сохранения/продукции или потери тепла, соответственно. 85 Тепловая чувствительность БСС, по-видимому, является внутренним, автономным свойством клетки: запускаемые температурой электрофизиологические реакции сохраняются даже после блокировки синаптических входов. 86

Заманчиво предположить, что определенные термочувствительные ионные каналы TRP опосредуют температурные реакции в POA/AH WSN таким же образом, как было показано, что они опосредуют термочувствительность в сенсорных нейронах DRG. Хотя ионные токи были измерены в WSN, 87,88 мы в настоящее время не знаем, экспрессируются ли (и какие) ионные каналы TRP в WSN и опосредует ли какой-либо ионный канал TRP (или модулирует) температурные реакции в нейронах гипоталамуса.В настоящее время отсутствие подходящих молекулярных маркеров для гипоталамических WSN затрудняет изучение этого типа популяции нейронов.

Возможно, что другие ионные каналы, такие как АТФ-чувствительные калиевые каналы, 89 температурно-чувствительные двухпоровые каналы 90 или взаимодействие различных температурочувствительных ионных каналов опосредуют температурные реакции в WSN. 85

Как только мы сможем идентифицировать WSN на молекулярном уровне, мы сможем (i) обратиться к механизму их температурной чувствительности и (ii) изучить, является ли их температурная чувствительность физиологической значимой для терморегуляции.

Даже если каналы TRP не являются прямыми датчиками температуры в WSN, были получены некоторые интересные наблюдения, связывающие экспрессию каналов TRP с функцией терморегуляции гипоталамуса. Было показано, что при лихорадке, вызванной ЛПС, фактор теплового шока 1 (HSF1) связывается с 5′-промоторной областью TRPV1, тем самым повышая экспрессию TRPV1 в преоптической области. 91 Было также обнаружено, что экспрессия TRPV1 индуцируется в отростках астроцитов в околожелудочковых органах (CVO), где гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) является «дырявым».Эта возможность позволяет передавать сигналы, генерируемые TRPV1, в ЦНС. Действительно, активация этих каналов TRPV1 путем внутривенного или интрацеребровентрикулярного вливания агонистов приводит к увеличению экспрессии c-fos в преоптической области, что указывает на его потенциальную роль в терморегуляции. 92 Кроме того, экспрессия варианта TRPV1, нечувствительного к стимуляции капсаицином, участвует в температурных реакциях крупноклеточных нейронов гипоталамуса, которые имеют решающее значение для осморегуляции. 93–95 Однако в настоящее время неясно, имеют ли эти результаты какое-либо значение для терморегуляции. Вместо этого было высказано предположение, что этот вариант TRPV1 может играть роль в восприятии осмоса. 96,97

Точечное окрашивание TRPV4 наблюдается в нейропиле преоптической области и переднего гипоталамуса. 98 Хотя молекулярная идентичность WSN остается неизвестной, недавнее исследование показывает, что около 2 третей положительных по парвальбумину (PV) нейронов в передней области гипоталамуса могут быть активированы теплом, а остальные оставшиеся нейроны ингибируются теплом.Поразительно, но более половины клеток PV экспрессируют TRPV4, и большинство из них также экспрессируют TRPM8. 99 В настоящее время эти данные являются корреляционными, и неясно, опосредуют ли TRPV4 и/или TRPM8 температурную чувствительность идентифицированной популяции нейронов гипоталамуса.

Кроме того, в гипоталамусе можно обнаружить транскрипты термочувствительных каналов TRP (TRPA1, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3 и TRPV4). 100 Точный паттерн экспрессии и функция терморегуляции ждут дальнейшего изучения.

Метаболические функции TRP

Регулирование температуры и метаболический контроль тесно связаны. Любая метаболическая реакция ускоряется при более высокой температуре. Растущее количество данных свидетельствует о том, что сенсорные системы сложным образом участвуют в регуляции метаболического гомеостаза. 101 Поскольку многие каналы TRP функционально вовлечены в сенсорные системы, неудивительно обнаружить их прямую (или косвенную) модулирующую роль в контексте регуляции метаболизма ().Более того, TRP-каналы экспрессируются в терморегуляторных эффекторных органах, таких как жировая ткань, мышцы, сосуды и желудочно-кишечный тракт, тем самым потенциально модулируя метаболический статус.

Таблица 3.

Канал Находки Ссылки
TRPV1 Диета Capsaicin Дополнение предотвращает мыши (и потенциально людям) от разработки индуцированных диетами obesity. -индуцированное ожирение и долгая жизнь с ювенильным метаболическим фенотипом. 64 и 104
TRPM8 Активация TRPM8 с помощью пищевых добавок защищает мышей от пищевого ожирения. 76 и 110
TRPV4 Мыши TRPV4 KO защищены от ожирения, вызванного питанием. 112 и 113
TRPM2 Мыши TRPM2 KO защищены от ожирения, вызванного питанием. TRPM2 специфически экспрессируется в β-клетках поджелудочной железы. 12 и 114

TRPV1

TRPV1 оказывает как положительное, так и отрицательное воздействие на обмен веществ.

Введение агониста TRPV1 капсаицина в качестве пищевой добавки предотвращает ожирение, вызванное диетой (DIO). 61 В жировой ткани, выделенной от мышей и людей с ожирением, экспрессия TRPV1 снижена. 61 У мышей с нокаутом TRPV1 развивается возрастное ожирение и гипометаболизм. 59 Многие из этих полезных эффектов TRPV1 в борьбе с ожирением были рассмотрены Zsombok. 102 Однако недавние обзоры указывают на то, что положительные эффекты, вероятно, будут незначительными и, вероятно, потребуют длительного приема агонистов TRPV1. 103,104

Несколько противоречащее здравому смыслу, основанное на вышеупомянутых результатах, другое исследование показало, что мыши с нокаутом TRPV1 защищены от DIO. 105 В этом исследовании подробно описана интересная особенность мышей с нокаутом TRPV1: они демонстрируют увеличенную продолжительность жизни, которая коррелирует с поддержанием ювенильного метаболического профиля. Выяснилось, что мыши с нокаутом TRPV1 сохраняют низкий уровень высвобождения CGRP в сенсорных афферентах, иннервирующих поджелудочную железу, что способствует секреции инсулина.Эта нейроэндокринная регуляция достигается за счет предотвращения проникновения регулируемого CREB коактиватора транскрипции 1 в ядро, что приводит к снижению уровней CREB в нейронах DRG и снижению секреции CGRP. 64

Помимо поджелудочной железы, каналы TRPV1, как полагают, проявляют свои многогранные метаболические эффекты в различных тканях, таких как гипоталамус, жировая ткань и желудочно-кишечный тракт. 63,106 Однако предполагаемые молекулярные механизмы, лежащие в основе защитных функций этих тканей, остаются неясными.В совокупности, в зависимости от типа ткани и, вероятно, также в зависимости от метаболического состояния, как активация, так и ингибирование TRPV1 оказываются полезными для положительного влияния на метаболический гомеостаз. Эти несколько противоречивые результаты влияния TRPV1 на метаболизм могут быть согласованы потенциальным переключением функции TRPV1 с полезных эффектов, которые рецептор оказывает на молодых животных, на более патологическую роль, которую он играет у старых животных. 107 Альтернативное объяснение того, как эти разные результаты могут быть согласованы, заключается в том, что диетическая активация TRPV1 может опосредовать его положительные эффекты за счет десенсибилизации рецептора, тем самым подавляя чрезмерную активность TRPV1.Этот тип полезного эффекта будет аналогичен десенсибилизирующему потенциалу TRPV1, который используется при локально ограниченных и поверхностно-доступных формах воспалительной боли: местное применение лосьонов или пластырей с капсаицином десенсибилизирует (и даже деиннервирует) TRPV1-положительные первичные афферентные ноцицепторы. для производства обезболивания. 108,109 Дальнейшая работа необходима для выяснения того, как баланс активности TRPV1 в различных органах влияет на метаболические и сердечно-сосудистые параметры, чтобы принести пользу для здоровья.

TRPM8

Положительные афференты TRPM8 иннервируют воротную вену печени. Это может служить механизмом, с помощью которого TRPM8 регулирует скорость клиренса инсулина у мышей. 76 Подобно TRPV1, канал TRPM8 экспрессируется в адипоцитах. 110,111 Ментол индуцирует активацию UCP-1 в бурой жировой ткани (BAT) дозозависимым образом у диких мышей, но не у мышей TRPM8 KO. Более того, пролонгированные диетические добавки с ментолом защищают мышей от DIO. Эффект зависит от TRPM8, поскольку эффект отсутствует у мышей TRPM8 KO. 111 У людей активация TRPM8 связана с «потемнением» белой жировой ткани, что, возможно, способствует использованию энергии. 110

TRPV4

Мыши TRPV4 KO защищены от DIO. Потеря TRPV4 запускает компенсаторно-регуляторный механизм в скелетных мышцах и приводит к увеличению окислительного потенциала в ткани. 112 Другая группа исследователей также отмечает положительные эффекты абляции TRPV4. 113 Однако они обнаружили, что TRPV4 экспрессируется в жировой ткани и способствует экспрессии провоспалительных цитокинов.Противодействие TRPV4 путем фармакологической блокады улучшает гомеостаз глюкозы у мышей. 113

TRPM2

Мыши TRPM2 KO также защищены от DIO. Мыши с нокаутом TRPM2 более чувствительны к инсулину, частично из-за более высокой скорости метаболизма глюкозы в периферических тканях. 114 В соответствии с его специфической экспрессией в β-клетках поджелудочной железы, 12 TRPM2-дефицитные мыши также имеют нарушенную выработку инсулина как при обычном приеме пищи, так и при диете с высоким содержанием жиров. 115 TRPM2 широко экспрессируется во многих органах, включая мозг, сердце, почки и иммунную систему, где предполагается, что он действует как датчик окислительного стресса. 116–120 Определение его функциональной роли в этих разнообразных тканях требует дальнейших исследований.

Роль каналов ГТО в термоощущении

Мы чувствуем широкий диапазон температур от холода до тепла. В этом диапазоне температуры выше примерно 43°С и ниже примерно 15°С вызывают не только тепловое ощущение, но и чувство боли (LaMotte and Campbell, 1978; Tillman et al., 1995). Нейрофизиологические исследования показали, что тепловой порог так называемых механотепловых ноцицепторов С-волокон (CMH) зависит от абсолютной температуры, а не от скорости повышения температуры, и что передача тепловых стимулов происходит на разной глубине кожи для разных CMH. Тилман и др., 1995). Экстремальный холод также активирует часть ноцицептивных нейронов. Однако физиология боли, вызванной холодом, изучена не так хорошо, как физиология боли, вызванной теплом. Было высказано предположение, что окончания кожных ноцицепторов обнаруживают температуру и другие физические раздражители с помощью ионных каналов, реагирующих на эти раздражители.Первая поддержка этой гипотезы была получена в результате идентификации теплоуправляемых ионных каналов, присутствующих в подмножестве первичных афферентных нейронов (Cesare and McNaughton, 1996; Reichling and Levine, 1997). Понимание молекулярной природы этих каналов пришло вскоре после этого, с клонированием рецептора капсаицина TRPV1 (также известного как VR1, первый член подсемейства TRPV) и признанием того, что этот белок ионного канала, подобно ноцицепторам млекопитающих, может быть активируется повышенными температурами с дискретным порогом около 43°C (Caterina et al., 1997; Катерина и Юлий, 2001). Три других канала TRPV — TRPV2 (также известный как VRL-1), TRPV3 и TRPV4 (также известный как VROAC или OTRPC4) — были клонированы и охарактеризованы как тепловые или тепловые термосенсоры (Jordt et al., 2003; Patapoutian et al. , 2003; Томинага и Катерина, 2004). Кроме того, недавно сообщалось, что два канала TRPM (TRPM4 и TRPM5) являются термочувствительными (Talavera et al., 2005). Пороговые температуры для активации этих каналов варьируются от относительно высоких (TRPV3, TRPV4, TRPM4 и TRPM5) до очень высоких (TRPV2).В отличие от этих TRP-каналов, активируемых теплом или теплом, два других TRP-канала — TRPM8 (также известный как CMR1) и TRPA1 (также известный как ANKTM1) — активируются холодовыми раздражителями (Jordt et al., 2003; Patapoutian et al. ., 2003; Томинага и Катерина, 2004). В этой главе основное внимание уделяется восьми термочувствительным TRP-каналам млекопитающих (рис. 20.1).

ИЖМС | Бесплатный полнотекстовый | Оптическая оценка функции ноцицептивного TRP-канала на периферическом нервном окончании

1. Введение

У млекопитающих информация об окружающей среде преимущественно передается периферическими нейронами соматосенсорной системы.Такие нейроны являются клеточными сенсорами, преобразующими механические, термические и химические раздражители в электрические сигналы, которые поступают в центральную нервную систему (ЦНС) в виде потенциалов действия [1]. Сенсорные нейроны у млекопитающих псевдоуниполярны, имеют один аксон с двумя отдельными ветвями: периферическая ветвь, которая простирается и иннервирует органы-мишени, такие как кожа, внутренние органы и слизистые оболочки, и центральная ветвь, которая передает собранную информацию на вторичные нейроны. нейроны ЦНС в чувствительных ядрах спинного мозга или ствола мозга [2].Тела клеток первичных сенсорных нейронов иннервируют группу тел вместе в сегментарном порядке в ганглиях задних корешков (DRG), которые находятся латеральнее спинного мозга (рис. 1а). Тела первичных сенсорных нейронов, которые иннервируют голову и лицо, группируются в ганглиях тройничного нерва (TG), расположенных рядом с мозгом [3] (рис. 1b). Традиционно сенсорные нервные волокна делят на четыре типа в зависимости от скорости их проведения [4]. Волокна Aα и Aβ демонстрируют сильно миелинизированные аксоны и высокую скорость проведения, Aδ слабо миелинизированы и имеют средние скорости проведения, тогда как C-волокна лишены миелина и имеют низкие скорости проведения [5].Сенсорные нейроны, ответственные за обнаружение потенциально вредных стимулов, в основном принадлежат к классу С-волокон или Аδ и известны как ноцицепторы [6]. Aδ-ноцицепторы лежат в основе быстрого компонента боли сразу после повреждения ткани [4], тогда как C-ноцицепторы способствуют более поздним стадиям развития хронической боли, нейрогенного воспаления и сенсибилизации [7]. Способность ноцицепторов вести себя как детекторы болевых стимулов зависит на наличие в их периферических нервных окончаниях специализированных трансдуцирующих молекул, способных трансформировать вредные физические (термические и механические) и химические раздражители в генераторные потенциалы [4,8].При стимуляции нервных окончаний выходной сигнал, передаваемый в ЦНС, зависит от свойств каналов преобразователя, таких как переходные рецепторные потенциалы (TRP), кислоточувствительные ионные каналы (ASIC), пьезо и TACAN [9,10,11,12, 13,14,15], которые создают генераторные потенциалы. Потенциал-зависимые каналы впоследствии переводят его в срабатывание потенциала действия. Ионные каналы TRP являются одними из наиболее изученных каналов преобразователя, экспрессируемых в ноцицепторах, и играют ключевую роль в изучении боли [4]. данные, полученные из моделей трансдукции in vitro, в которых отсутствуют физиологические условия, такие как клеточные линии, гетерологично экспрессирующие каналы TRP или культивируемые первичные сенсорные нейроны [16].Хотя это предоставило бесценную информацию о роли TRP-каналов в ноцицепции, возможном изменении экспрессии, распределения и модуляции эндогенными факторами TRP-каналов в нефизиологических условиях [17,18] и других факторах, таких как различная морфология между нервные окончания и сома, могут объяснять различное кодирование вредных стимулов каналами TRP в их физиологической среде. Действительно, недавно опубликованная вычислительная модель показала, что структура дерева периферических ноцицептивных терминалов определяет выход ноцицептивных нейронов в центральном терминале [19].Поскольку модели in vitro не отражают всей сложности нервных окончаний, существует очевидная необходимость оценки функциональности каналов TRP непосредственно на нервных окончаниях в более физиологических условиях. До недавних лет наиболее прямые экспериментальные подходы к изучению функциональности каналов TRP на нервном окончании основывались на внеклеточных электрофизиологических записях в сочетании с применением агонистов и антагонистов TRP-каналов на препаратах кожно-нервных или роговичных нервов [20,21,22,23,24].Хотя эти экспериментальные подходы обеспечивают высокое временное разрешение активности периферических нервов, они не обеспечивают достаточного пространственного разрешения относительно того, где в нервном окончании происходит эта активность. В этом отношении недавнее развитие методов оптической регистрации является большим шагом в преодолении этих существенных технических ограничений [25, 26, 27, 28, 29, 30]. Кроме того, попытка изучить функциональность ноцицептивных каналов TRP in vivo требует длительного фармакологические или генетически опосредованные изменения функции канала [31,32].Однако кинетика ионных каналов очень быстрая, поэтому эти методы могут не отражать полного влияния ионных каналов на физиологию клеток. Таким образом, оценка активности ионных каналов с помощью экспериментальных подходов должна выполняться с высоким временным разрешением, что требует новых подходов для селективных и быстрых способов модуляции активности каналов у живых животных. В связи с этим развитие оптогенетики, методов на основе наночастиц и оптофармакологических инструментов, несомненно, открывает новые пути для изучения вклада ионных каналов в физиологию клеток in vivo и создания новых средств для точного контроля активности нейронов [33,34,35]. ,36,37].Более того, эти методы имеют множество применений в экспериментальной нейробиологии боли, оказываясь более предпочтительными по сравнению с традиционными методами в клинических применениях. Например, нервная стимуляция для лечения боли является инвазивной, и электроды часто трудно перемещать [38]; аналогично, химическую стимуляцию трудно ограничить отдельными клетками и, следовательно, имеет ограниченную пространственную и временную точность. Напротив, прямая модуляция ионных каналов светом позволяет осуществлять контролируемую стимуляцию с беспрецедентной пространственной и временной точностью [39].

В этой статье представлен обзор новейших оптических инструментов, применяемых для оптического контроля и оптической регистрации активности ноцицептивных каналов TRP на нервных окончаниях.

2. Ноцицептивные каналы TRP в сенсорных нервных волокнах

Несколько членов семейства TRP были идентифицированы как первичные молекулярные преобразователи на ноцицептивных нервных волокнах. Основываясь на гомологии их последовательностей, надсемейство TRP млекопитающих состоит из шести подсемейств с 28 проницаемыми для катионов каналами, организованными как канонические (TRPC), ваниллоидные (TRPV), анкириновые (TRPA), меластатиновые (TRPM), полицистиновые (TRPP) и муколипиновые. (ТРМЛ) [40].В целом, это суперсемейство каналов TRP участвует во многих физиологических и патофизиологических процессах, однако на основании их способности передавать определенные физические и химические вредные стимулы только несколько членов, принадлежащих к семействам TRPV, TRPA и TRPM, были классифицированы как ноцицептивные TRP. [41]. TRPV1 является первым идентифицированным и наиболее хорошо охарактеризованным молекулярным объектом, лежащим в основе обнаружения капсаицина в сенсорных нейронах, острого ингредиента острого перца чили [42]. Помимо капсаицина, TRPV1 может активироваться большим количеством физических и химических раздражителей, таких как вредная температура (> 42 ° C), острые растительные продукты, низкий pH и животные токсины.Более того, TRPV1 обладает способностью интегрировать различные вредные стимулы на белковом уровне, что типично для полимодального рецепторного канала [43]. В периферической нервной системе TRPV1 в основном экспрессируется в ноцицептивных нейронах малого и среднего диаметра из DRG и TG, таких как пептидергические и непептидергические С-волокна, а также в Aδ-волокнах [44,45]. единственный член подсемейства TRPA у млекопитающих, связанный с трансдукцией боли и, подобно TRPV1, ведет себя как полимодальный рецептор, интегрируя на молекулярном уровне передачу различных типов вредных стимулов.Он экспрессируется в сенсорных нейронах малого диаметра DRG и TG, которые, кроме того, совместно экспрессируют характерные ноцицептивные маркеры, такие как TRPV1, субстанция P и/или пептид, родственный гену кальцитонина (CGRP) [46]. Эти особенности, наряду с активацией при температуре ниже 18 °C, позволяют предположить, что TRPA1 действует как детектор вредного холода в ноцицептивных сенсорных нейронах [47,48]. В некоторых исследованиях сообщается о заметных нарушениях болевой чувствительности к холоду у мышей с нокаутом TRPA1 [49], в то время как другие не обнаруживают отчетливого фенотипа в поведении чувствительности к холоду [50,51].Недавние данные указывают на роль TRPA1 в восприятии острого вредного тепла [52,53]. TRPA1 также может активироваться множеством раздражающих и вредных соединений, включая аллилизотиоцианат, содержащийся в горчичном масле и васаби [47,54], никотин [55], бактериальные эндотоксины [56] или активные формы кислорода (АФК) [57, 58,59], которые имеют основополагающее значение для повреждения тканей и передачи сигналов клеточного стресса. Широкий спектр потенциально вредных стимулов, активирующих TRPA1, привел к представлению о том, что TRPA1 действует как молекулярный сенсор клеточного стресса и повреждения тканей [60].TRPM3 представляет собой вредный активируемый теплом канал, экспрессируемый в большом подмножестве сенсорных нейронов DRG и TG вместе с ноцицепторами [61]. Его порог активации немного сдвинут в сторону более высоких температур по сравнению с TRPV1, и он также может быть активирован нейростероидом прегненолона сульфатом или более эффективным синтетическим агонистом CIM0216 [62]. Мыши, лишенные каналов TRPM3, обнаруживают нарушения в поведении уклонения от вредного тепла, а также в развитии тепловой гипералгезии [61]. Точно так же фармакологическая блокада TRPM3 вызывает дефицит чувствительности к вредному теплу у мышей [63].Интересно, что удаление генов TRPV1 и TRPM3 не полностью подавляет поведение избегания вредного тепла, указывая на то, что должны существовать дополнительные механизмы обнаружения. Только когда TRPV1, TRPM3 и TRPA1 удалены, у мышей полностью исчезают острые вредные тепловые реакции, чтобы избежать ожога в анализе с погружением хвоста [52]. Недавняя работа показала, что TRPM2 лежит в основе ответов на остаточное тепло (выше 45°C) в диссоциированных первичных сенсорных нейронах. Его роль в болезненном восприятии тепла in vivo еще предстоит выяснить [64,65,66].TRPM8 был первым охарактеризованным каналом термо-TRP, активируемым холодом, так как его проводимость резко возрастает при понижении температуры [67,68]. В то же время было обнаружено, что он активируется природными соединениями, вызывающими «свежие» ощущения, такими как эвкалиптол, ментол [68] и более мощный агонист — цилин. TRPM8 экспрессируется в субпопуляции Aδ- и C-волокон, отходящих от сенсорных нейронов малого диаметра DRG и TG [67]. Несколько функциональных анализов установили, что около 20% нейронов DRG, экспрессирующих TRPM8, также реагировали на агонист TRPV1 капсаицин, несмотря на отсутствие экспрессии CGRP или вещества P, известных маркеров ноцицепторной идентичности.Поразительно, что эта пропорция повышается до 45% в TG TRPM8-позитивных нейронах, иннервирующих роговицу, в то время как большинство из них также экспрессирует субстанцию ​​P [69]. Вскоре после первых характеристик TRPM8-нулевых мышей стало ясно, что ионный канал TRPM8 является центральным действующим лицом при слабой термочувствительности холода [70, 71, 72]. Волокна экспрессируют большое количество потенциалзависимых и лигандзависимых ионных каналов, в первую очередь потенциалзависимые натриевые каналы (Navs), потенциалзависимые калиевые каналы (Kvs), потенциалзависимые кальциевые каналы (VGCC) и активируемые гиперполяризацией циклические нуклеотиды. закрытые (HCN) каналы.Эти ионные каналы определяют возбудимость нервных окончаний, опосредуя формирование нервных импульсов, которые передаются сенсорным нейронам второго порядка в ЦНС [73].
2.1. Каналы TRP на окончаниях кожных нервов
Сенсорные нейроны, иннервирующие кожу, можно разделить на разные группы в зависимости от их функциональных профилей [74] (рис. 1а): ноцицепторы, прурицепторы, терморецепторы и низкопороговые механорецепторы (LTMR). Ноцицепторы обнаруживают высокоинтенсивные раздражители, такие как механические воздействия, вредное нагревание и потенциально вредные химические вещества.Способность ноцицептивных нейронов активироваться широким спектром стимулов во многом обусловлена ​​экспрессией TRPV1, TRPA1 и TRPM3 [42,61,75]. Прурицепторы, с другой стороны, образуют подмножество нейронов DRG [76], в которых присутствие функциональных TRPV1, TRPA1 и TRPV4 необходимо для инициации ощущения зуда [77,78,79]. Терморецепторы кодируют изменения температуры, являясь TRPM8, начальным активируемым холодом каналом TRP, охарактеризованным [67,68], экспрессирующимся в подмножестве Aδ- и C-волокон.Эти холодовые терморецепторы активируются при охлаждении в безвредном диапазоне (15–28 °C) и составляют клеточный субстрат для обнаружения холода у млекопитающих, поскольку абляция нейронов, экспрессирующих TRPM8, приводит к сильному нарушению поведения избегания холода [80,81]. . Было высказано предположение, что нейроны, активируемые безвредным теплом, экспрессируют TRPV3 и TRPV4, поскольку в системах гетерологичной экспрессии эти каналы имеют пороги активации 25 и 35 °C соответственно [82,83,84,85]. Тем не менее чрезвычайно низкая экспрессия TRPV3 и TRPV4 в сенсорных нейронах свидетельствует об их роли в термоощущении.Недавние данные указывают на ингибирование экспрессирующих TRPM8 холодовых терморецепторов как на незаменимый механизм восприятия тепла у мышей [22]. Наконец, LTMR, обнаруженные в волосистой и гладкой коже, чрезвычайно разнообразны. Эти рецепторы также реагируют на слабую механическую силу и обнаруживают и кодируют безвредные механические стимулы (прикосновения) без ионных каналов TRP, способствуя механотрансдукции [75,86].
2.2. Каналы TRP на нервных окончаниях роговицы
Иннервация роговицы происходит от сенсорных нейронов тройничного нерва, которые были разделены на три функциональных типа на основе их способности обнаруживать различные физические и химические стимулы [87].Помимо различий в экспрессии множества ионных каналов и других белков, эти нейроны специфически различаются по экспрессии каналов TRP в теле клетки, ветвях аксонов и нервных окончаниях. Внеклеточные записи нервных окончаний кожи и роговицы внесли значительный вклад в наши текущие знания о функциях ноцицептивных каналов TRP в нервных окончаниях, и впоследствии сенсорные нейроны, иннервирующие роговицу, были классифицированы по трем основным функциональным типам [73] (рис. 1b): ( 1) полимодальные ноцицепторы, наиболее многочисленная популяция (70%), которые реагируют на широкий спектр термических, химических и механических повреждающих раздражителей и экспрессируют каналы TRPV1 и TRPA1.(2) Механо-ноцицепторная субпопуляция ноцицепторных нейронов роговицы (10–15%), которые реагируют только на механические силы, экспрессируют ионный канал Piezo2 в качестве основного рецептора-преобразователя [13,88]. (3) Терморецепторы холода (10–15%) характеризуются экспрессией чувствительного к холоду канала TRPM8, который активируется небольшими перепадами температуры в дополнение к умеренному повышению осмолярности [23,89]. Интересно, что оба стимула естественным образом активируются испарением слезы в сухой внешней среде, что приводит к активации холодовых терморецепторов, а затем распространяющиеся потенциалы действия используются нейронами ствола головного мозга более высокого порядка для рефлекторной регуляции слезоточивости и частоты моргания [23,89, 90,91].Кроме того, холодовые терморецепторы роговицы можно разделить на два разных подкласса [92,93,94]. Низкопороговые холодовые терморецепторы (LTC) высоко экспрессируют TRPM8 и демонстрируют непрерывную активацию нервных импульсов при нормальной температуре роговицы (34–35 ° C), которая увеличивается при небольших перепадах температуры (≤0,5 ° C). Другая функциональная группа состоит из высокопороговых холодовых терморецепторов (HTC), которые молчат при температуре роговицы выше 29 °C и требуют более сильной охлаждающей стимуляции, чем нейроны LTC, для активации.Важно отметить, что нервные волокна роговицы HTC демонстрируют меньшую экспрессию TRPM8, чем нейроны LTC, и, возможно, содержат каналы TRPV1 [93,94]. Действительно, большая часть нервных волокон роговицы, экспрессирующих TRPM8, также экспрессирует ноцицептивные каналы TRPV1 [69].

3. Оптофармакологический контроль активности ноцицептивных каналов TRP в нервном окончании

Традиционные фармакологические стратегии исследования ионных каналов ограничены низкой селективностью и недостаточным контролем концентрации на их мишенях [95].С целью преодоления этих препятствий в последние годы было разработано множество светочувствительных препаратов, способных изменять свою структуру при облучении светом [34,96]. Как правило, эти оптофармакологические агенты представляют собой новую технику, известную как оптофармакология или фотофармакология, которая позволяет осуществлять неинвазивный, точный пространственно-временной оптический контроль нервной активности [34,97,98]. Были созданы оптофармакологические инструменты с использованием трех основных стратегий: лигандов в клетке, фотохромных лигандов и в сочетании с генетическими инструментами фотохромных связанных лигандов (PTL) [99].Здесь мы предлагаем краткий обзор этих стратегий. Для дальнейшего подробного обсуждения читатель отсылается к другим недавним обзорам [33,39]. Лиганды в клетках состоят из агониста или антагониста рецептора, присоединенного к светочувствительной группе, которая предотвращает взаимодействие лигандов со своими рецепторами, и, таким образом, они остаются биологически неактивен в темноте, в то время как световое облучение вызывает освобождение молекулы посредством фотолиза, который быстро и локально высвобождает лиганд с высокой пространственной и временной точностью [34].Лиганды в клетках широко используются в неврологии, в основном для фотоконтроля рецепторов нейротрансмиттеров, а также рецепторов нейропептидов [100, 101, 102, 103, 104]. Примечательно, что лиганды в клетке демонстрируют высокую стабильность перед фотолизом, а скорость выхода из клетки выше, чем кинетика целевых биологических процессов. Тем не менее, фотолиз — это однократный процесс, не имеющий обратимости, что не позволяет активировать циклический сигнал. Фотохромные лиганды (химические фотопереключатели) обычно генерируются на основе лиганда-рецептора, присоединенного к фотоизомеризуемой группе.Фотоизомеризация между цис- и транс-состояниями фотохромного фрагмента достигается путем облучения светом с разными длинами волн, что, в свою очередь, позволяет осуществлять обратимый оптический контроль включения-выключения белков-мишеней, будь то канал или рецептор. Следует отметить, что конформационный переход из цис- в термодинамически более стабильное транс-состояние, хотя и более постепенно, происходит и в отсутствие света [99]. Азобензол является наиболее широко используемым синтетическим фотопереключателем из-за соответствующих характеристик, таких как быстрая изомеризация (диапазон пикосекунд), поглощение света при низкой интенсивности, а преимуществом перед лигандами в клетке является обратимость фотопереключения.Однако, подобно лигандам в клетке и обычным лекарствам, фотохромные лиганды не обладают специфичностью в отношении данной молекулярной мишени. В целом, азобензолсодержащие лиганды были успешно протестированы для точного пространственно-временного оптического контроля Navs и Kvs, а также каналов TRP [39, 96, 105, 106]. PTL преодолевают ограничение специфичности мишени за счет присоединения синтетического светочувствительного лиганда к генетически модифицированный белок, позволяющий фотомодулировать только определенные каналы или рецепторы.Этот подход основан на включении цистеина в рецептор в непосредственной близости от сайта связывания лиганда и, кроме того, требует присутствия малеимидной группы в фотопереключаемом лиганде, чтобы он мог соединиться с цистеиновым остатком. Таким образом, азобензолсодержащие PTL оказались особенно полезными в качестве фотомодуляторов ряда нервных рецепторов и ионных каналов [34, 107, 108, 109]. Тем не менее, более широкое использование этой стратегии может быть ограничено технически сложным требованием двух экзогенных компонентов, фотопереключаемого лиганда и гена, кодирующего целевой рецептор [34].Разнообразные оптико-фармакологические агенты были разработаны на основе фотомодулирующей активности каналов TRP для фотоконтроля ноцицепции [33,39,110,111,112]. Таким образом, активность TRPV1 была сначала фотоактивирована содержащимися в клетке соединениями капсаицина, которые активируют TRPV1 при облучении светом [113, 114, 115, 116] (рис. 2а), но, несмотря на существенное повышение уровня контролируемой светом активности TRPV1, Эффект капсаицина в клетке необратим, что ограничивает возможность фотоконтроля активности TRPV1 с помощью повторных циклов активации/деактивации.Позднее это ограничение было преодолено лабораторией Траунера с разработкой обратимых фотопереключаемых антагонистов TRPV1 путем включения азобензольного фрагмента в структуру антагонистов TRPV1 капсазепина и BCTC, которые обеспечивают полностью обратимое фотоблокирование активности TRPV1 в дополнение к организованное использование в сочетании с агонистом TRPV1 [110]. Среди ряда фотопереключаемых производных капсазепина азо-капсазепин 4 (AC4) оказался наиболее эффективным антагонистом TRPV1.В клетках НЕК, гетерологично экспрессирующих TRPV1, AC4 действует в первую очередь как транс-антагонист (свет при 440 нм) в отношении токов TRPV1, вызванных напряжением, или как цис-антагонист (360 нм) в отношении токов TRPV1, активируемых капсаицином. Производное BCTC ABCTC действует преимущественно как цис-антагонист (370 нм) в отношении вызванных напряжением токов TRPV1, в то время как он не проявляет никакого светозависимого эффекта в отношении токов TRPV1, активируемых капсаицином. Позже та же группа разработала первый обратимый фотопереключаемый агонист TRPV1 на основе азобензола, создав ряд фотолипидов, структура которых состоит из головной группы капсаицина и азобензолсодержащего хвоста фотопереключаемой жирной кислоты (AzCAs). .Среди них азо-капсаицин 4 (AzCA4) оказался наиболее эффективным соединением для фотоактивации каналов TRPV1 [111]. При ультрафиолетовом освещении AzCA4 фотостимулирует изначально экспрессированные каналы TRPV1 (рис. 2b) на культивируемых нейронах DRG мыши, и эти ответы, в свою очередь, сенсибилизируются эндогенными воспалительными агентами, брадикинином и серотонином. Примечательно, что AzCA4 можно использовать в сочетании с оптическим записывающим устройством, что продемонстрировано измерением оптически вызванного AzCA4 увеличения внутриклеточного Ca 2+ в изолированных нейронах DRG, экспрессирующих TRPV1, из генетически модифицированной мышиной линии, кодирующей индикатор кальция GCaMP3.В конечном счете, в более физиологическом подходе было показано, что AzCA4 фотоактивирует экспрессирующие TRPV1 ноцицепторы С-волокна подкожного нерва в препарате кожного нерва ex vivo [111]. vivo представлял собой четвертичный аммоний-азобензол-четвертичный аммоний (QAQ), фотоизомеризуемую молекулу, разработанную лабораторией Крамера на основе производного лидокаина QX-314 [118, 119, 120]. Совсем недавно лаборатория Траунера создала PhotoS1P, фотопереключаемый аналог сфингозин-1-фосфата на основе азобензола, обладающий способностью оптически контролировать ноцицепцию кожи in vivo на лапе мыши путем чередования светового излучения 365/460 нм [121]. .В отличие от вышеупомянутых азобензолсодержащих соединений, ни QAQ, ни PhotoS1P не способны напрямую фотомодулировать активность TRPV1, однако, что интересно, QAQ не проникает через мембрану и избирательно получает доступ к ноцицептивным нейронам через эндогенные каналы TRPV1 из-за их способности расширять поры после воздействия его агонист капсаицин [122]. Таким образом, QAQ внутриклеточно накапливается в нейронах, экспрессирующих TRPV1, и впоследствии фотосенсибилизирует их, блокируя потенциалзависимые каналы в транс-конфигурации либо в темноте, либо при освещении светом с длиной волны 500 нм (рис. 2с).И наоборот, эта фотоблокада может быть быстро снята при облучении светом с длиной волны 380 нм. В соответствии с этим QAQ избирательно проникает в клетки НЕК, временно экспрессирующие каналы TRPV1 при активации капсаицином, но не в клетки, экспрессирующие каналы TRPM8 или TRPA1 после активации ментолом или аллилизотиоцианатом соответственно. Более того, QAQ фотосенсибилизирует ноцицепторную активность в трех разных частях ноцицептивных нейронов, то есть в их клеточных телах в DRG, их центральных окончаниях в спинном мозге и их периферических сенсорных нервных окончаниях.Что касается последнего случая, в роговице крыс, обработанной капсаицином, местное применение QAQ увеличивает механический порог в ответ на стимуляцию волос фон Фрея. Эта сниженная механическая чувствительность быстро восстанавливалась при облучении светом с длиной волны 380 нм. Этот эксперимент впервые демонстрирует оптофармакологическую регуляцию боли in vivo [112]. Фотоконтроль активности ноцицепторов роговицы in vivo использует уникальные особенности роговицы, такие как прозрачность и свободные нервные окончания, расположенные на несколько микрометров ниже поверхности. , что облегчает оптический контроль.Однако короткая длина волны света, необходимая для фотоизомеризации QAQ и PhotoS1P транс в цис, препятствует их более широкому использованию in vivo из-за потенциального повреждения клеток и плохого проникновения в интактные ткани. Это техническое ограничение может быть преодолено с помощью недавней разработки лаборатории Крамера версии QAQ (QENAQ) с красным смещением, которая фотоизомеризуется в цис-состояние при облучении синим светом и релаксирует обратно в транс в темноте за считанные секунды. [123]. В более общем плане разработка оптических инструментов с красным смещением может расширить их использование в качестве фотомодуляторов ноцицепторной активности in vivo, а также в качестве потенциальных терапевтических средств [124,125].Оптофармакологическая регуляция канала TRPA1 впервые была достигнута с помощью optovin, небольшой молекулы, содержащей родамин, которая при воздействии фиолетового света обеспечивает обратимый оптический контроль нервной активности у рыбок данио и мышей [126]. Optovin был обнаружен лабораторией Петерсона в ходе химического скрининга на основе поведения в поисках соединений, которые могут управлять светозависимым двигательным поведением у рыбок данио дикого типа. В частности, оптовин обеспечивает in vivo фотоконтроль движений спинного плавника рыбок данио TRPA1-зависимым образом, и, кроме того, было показано, что он фотоактивирует каналы TRPA1 человека, гетерологично экспрессируемые в клетках HEK293, и каналы TRPA1 мыши, нативно экспрессируемые в культивируемых сенсорных нейронах DRG.Экспериментальные данные о механизме действия указывают на существование как косвенных, так и прямых механизмов фотоактивации каналов TRPA1 оптовином. С одной стороны, в результате воздействия на оптовин светом 405 нм синглетный кислород АФК генерируется из окружающего водного кислорода, что впоследствии активирует каналы TRPA1 (рис. 2г). С другой стороны, световое облучение индуцирует превращение оптовина в соединение в реакционноспособном состоянии, которое может напрямую взаимодействовать с редокс-чувствительными цистеиновыми остатками в канале TRPA1 посредством образования обратимой ковалентной тиоэфирной связи.Важно отметить, что у оптовина отсутствует индуцируемая светом обратимость, поскольку активация спонтанно реверсируется в темноте по неизвестному в настоящее время механизму, что делает этот подход несколько похожим на фоторасщепление, когда лиганд в клетке высвобождается при световой стимуляции, а для дезактивации требуется спонтанное и часто медленное рассеивание лиганд, что ограничивает их использование [127]. Совсем недавно та же группа идентифицировала два фотоизомеризуемых соединения, азобензолсодержащий TRPswitch-A и азопиразолсодержащий TRPswitch-B, оба наделены способностью обратимо и неоднократно фотоактивировать TRPA1b рыбок данио.Дополнительным преимуществом по сравнению с optovin является то, что TRP-переключатели обеспечивают более быструю кинетику активации/деактивации при освещении УФ/зеленым светом соответственно. Следует отметить, что, несмотря на то, что TRP-переключатели не активируют каналы TRPA1 млекопитающих, они являются первыми фотоизомеризуемыми фармакологическими инструментами в фотомодуляции каналов TRPA1, и модификация каркаса TRPswitch может предоставить лиганды с различной видовой специфичностью, тем самым расширяя опто-рецепторы ноцицептивных каналов TRP. фармакологический инструментарий [127] (табл. 1).На сегодняшний день только несколько оптико-фармакологических агентов были непосредственно оценены на нервных окончаниях [111,118]. Тем не менее, выдающийся прогресс оптофармакологии предоставил значительный репертуар высокой гибкости и универсальности светонастраиваемых лигандов и ионных рецепторов, при этом фотохромные связанные лиганды обеспечивают высочайшую молекулярную специфичность, а фотохромные лиганды имеют главное преимущество, заключающееся в том, что они не требуют генетических модификаций. целевой белок. В целом, эти растущие оптофармакологические достижения открывают новые возможности для решения фундаментальных вопросов о роли каналов TRP в физиологии и патологии ноцицептивных нервных окончаний.

Таблица 1. Обобщение оптофармакологических соединений, используемых для модуляции активности ноцицептивного канала TRP и/или активности ноцицептивных нейронов.

Таблица 1. Обобщение оптофармакологических соединений, используемых для модуляции активности ноцицептивного канала TRP и/или активности ноцицептивных нейронов.

5 Опто-химический агент 9 TRPV1 9 AGONIST
Цель Activity Опто-химическая стратегия Тестирование Метод
TRPV1
IN VITRO : нейроны DRG крысы.
AC4 1 [110] TRPV1 антагонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: рекомбинантный крысиный TRPV1.
ABCTC 2 [110] TRPV1 антагонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: рекомбинантный крысиный TRPV1.
AzCA4 3 [111] TRPV1 агонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: нейроны DRG мыши.
ex vivo: препарат кожного нерва.
Оптовин [126] TRPA1 Агонист Родамин-содержащий фотохромный лиганд in vitro: рекомбинантный TRPA1 человека и нейроны DRG мыши.
TRP-switch-A [127] zTRPA1b 4 агонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: рекомбинантный TRPA1b.
TRP-switch-B [127] zTRPA1b 4 агонист Азопиразолсодержащий фотохромный лиганд in vitro: рекомбинантный TRPA1b.
QAQ 5 [118] Navs, Kvs и VGCC антагонист Фотохромный лиганд на основе азобензола TG нейроны: крыса.
ex vivo: DRG мыши.
in vivo: анализ фон Фрея.
QENAQ 6 [123] Navs и Kvs антагонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: мышиные TG нейроны
ex vivo: DRG мыши.
PhotoS1P [121] S1P 7 агонист Фотохромный лиганд на основе азобензола in vitro: нейроны DRG мыши.
in vivo: тест Харгривза.

4. Оптическая запись активности ноцицептивных каналов TRP в нервном терминале

Исследование токов, опосредованных TRP, с использованием электрофизиологического подхода обеспечивает доступ с низкой пропускной способностью, но с высоким разрешением к биофизике и физиологии каналов TRP. Использование оптической визуализации для изучения притока Ca 2+ или Na + через каналы TRP полезно для доступа к функции TRP и фармакологии со средней и высокой пропускной способностью.Однако в некоторых случаях метод оптической записи является необходимостью. Одним из таких случаев является анализ структур, недоступных для стандартных электрофизиологических методов. Ярким примером этого является изучение физиологии периферических окончаний ноцицептивных нейронов.

Несмотря на то, что они являются ключевыми структурами ноцицепции, мало что известно о функциональных свойствах периферических окончаний первичных ноцицептивных нейронов. Периферические ветви чувствительных нервов, как правило, погружены в окружающие их ткани, что затрудняет прямую электрофизиологическую регистрацию изменений мембранного потенциала, вызванных естественной стимуляцией тонких терминальных окончаний.Это ограничение было снято в середине 20-го века с использованием препаратов беспозвоночных, таких как рецептор растяжения раков [129], образованный изолированным периферическим сенсорным нейроном, чьи короткие щеткообразные дендритные ответвления оканчиваются на волокнах брюшной мышцы. Микроэлектрод, введенный в сому клетки, позволял фиксировать события, происходящие на ближайшем терминале. Аналогичные исследования были проведены на тельце Пачини, которое содержит один аксон миелинового сенсорного нерва и теряет миелиновую и шванновскую оболочки при входе в тельце.Применение электрода позволяло одновременно внеклеточно регистрировать электротоническое растяжение вдоль аксона изменения мембранного потенциала, вызванного слабым механическим усилием, приложенным к поверхности тельца (генераторный потенциал), и распространяющихся потенциалов действия, генерируемых рецепторным потенциалом на уровне аксона. первый узел Ранвье [130]. В целом эти пионерские исследования определили общую характеристику процесса возбуждения периферических окончаний первичных соматосенсорных нейронов млекопитающих.Однако слабые токи, генерируемые в мельчайших нервных окончаниях термических и ноцицептивных немиелинизированных первичных сенсорных нейронов, не могли быть зарегистрированы напрямую. Импульсная активация в одиночных аксонах ноцицептивных нейронов, которая кодирует специфические стимулы, была непосредственно проанализирована на таких платформах, как кожа. подготовка нервов и модель соматосенсорной системы ex-vivo [131,132]. Они позволяют напрямую оценить паттерны активности волокон или окончаний, но не биофизический механизм, лежащий в основе этой активности.Электрические записи тела клетки или участков мембраны первичных сенсорных нейронов различной модальности также использовались для дальнейшего определения вклада TRP и потенциалзависимых каналов в генераторный потенциал и специфической реакции на их естественные стимулы. Однако, учитывая, что функциональное окружение терминали [133, 134, 135, 136, 137], геометрия [25, 26, 138] и, вероятно, свойства ее пассивной мембраны [19, 139] отличаются от клеточных тел, расположенных в DRG или TG, фактическое обнаружение и передача вредных стимулов могут значительно отличаться. из предсказаний, сделанных на основе данных, полученных при изучении соматов нейронов.Таким образом, на некоторые основные вопросы ноцицепции и боли нельзя ответить, просто изучая тела клеток. Например, исследования DRG могут предсказать, но не дать прямого ответа, какие молекулярные композиты участвуют в терминальном генераторном потенциале. Кроме того, изучение только сомат ДРГ не позволяет определить вклад ТРП и потенциалзависимых каналов в генераторный потенциал и место перехода между генераторным потенциалом и потенциалом действия. Более того, недавнее вычислительное исследование предсказало, что ноцицептивный выход в результате активации терминальных каналов TRPV1 зависит от структуры терминального дерева [19], что еще раз подчеркивает важность прямого исследования распространения сигнала вдоль ноцицептивных терминалей.Наши знания о нормальной и аномальной передаче болевых сигналов зависят от полного понимания процессов в нервных окончаниях, которые приводят к ощущению боли. Новые методы внеклеточной регистрации одиночных ноцицепторных нервных окончаний в роговице морских свинок [140, 141] и регистрации целых клеток терминальной луковицы в культивируемых нейронах DRG [142] дают важную информацию, показывая, что свободные нервные окончания первичных сенсорных нейронов млекопитающих служат отдельные модальности стимулов обладают различными мембранными характеристиками, связанными с распространением нервных импульсов в их периферических нервных окончаниях, и предоставляют физиологически значимую информацию о роли специфических каналов в активности ноцицептивных терминалей.Однако ионная визуализация терминалей добавляет электрофизиологическим записям несколько преимуществ. Во-первых, ионная визуализация обеспечивает достаточное пространственное и временное разрешение для детального изучения динамики ионов при обнаружении и распространении вредных стимулов вдоль конечного и дистального аксона. Кроме того, электрофизиологические записи включают применение записывающих электродов, которые могут повредить ткань и, таким образом, сами по себе привести к активации ноцицептивных терминалей. Оптическая визуализация не требует введения электрода и, следовательно, может быть выполнена в интактной ткани.Наконец, визуализацию с терминалов можно проводить ex vivo и in vivo с нескольких терминалов одновременно. Недостатком этого подхода является то, что может быть недостаточное временное разрешение для характеристики быстрой зависящей от времени кинетики ионных каналов. Этот недостаток был устранен недавно с использованием сверхчувствительного устройства визуализации, позволяющего производить выборку сигналов Ca 2+ , испускаемых GCaMP6, в компартментной камере из культивируемых терминальных структур ноцицептивных нейронов на частоте 2 кГц [25].Такой подход позволил изучить генерацию и распространение сигналов с миллисекундным временным разрешением и пространственным разрешением 1 мкм. В этой модели фокальное откалиброванное применение капсаицина на одном терминале вызывало характерные сигналы Ca 2+ вдоль ноцицептивного терминалоподобного процесса. Используя это временное разрешение потенциала ближнего действия, авторы продемонстрировали, что применение капсаицина в присутствии блокаторов Nav приводит к увеличению TRPV1-опосредованного интратерминального Ca 2+ , который медленно распадается по мере распространения вдоль ноцицептивного волокна. 25].Этот подход был достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать различия в латентности, времени до пика и амплитуде индуцированных капсаицином ионных переходов вдоль терминальных нейритов. Важно отметить, что этот подход позволил впервые изучить опосредованные TRPV1 сигналы Na + в ноцицептивных терминальных процессах с использованием чувствительного к Na + красителя, натрий-связывающего бензофуранизофталата (SBFI). С методологической точки зрения, этот подход in vitro, основанный на особом компартменте, содержащем только окончания нейритов, в настоящее время является единственным подходом, который позволяет непосредственно изучать динамику Nav окончаний.В этом отношении он даже предпочтительнее анализа in vivo, поскольку использование красителей на основе ацетоксиметила (AM) in vivo, вероятно, будет производить сильный фоновый шум из-за загрузки красителем AM ненейронных клеток в области изображения. Тем не менее, существенным ограничением этого подхода является то, что записи были выполнены in vitro из терминальных отростков, рост которых был индуцирован из культивируемых нейронов DRG путем применения различных концентраций NGF. Таким образом, эта модель не обязательно представляет поведение терминала в его естественных условиях.Важно отметить, что свойства индуцированного капсаицином распространения сигнала в этих культивируемых структурах, подобных терминалям, были сходны с распространением индуцированных капсаицином сигналов, зарегистрированных от ноцицептивных терминалей роговицы, зарегистрированных in vivo в интактной ткани [26], которые будут подробно обсуждаться ниже. Препятствием при изучении ноцицептивных окончаний в естественной среде с использованием оптических записей с физиологически значимым временным разрешением является то, что слои непрозрачной ткани, такие как кожа, оптически затеняют большинство периферических сенсорных нервных окончаний.Визуализация терминальной ноцицептивной активности на коже лапы in vivo или ex vivo требует конфокальной или многофотонной микроскопии с длительным (секундным) временем получения кадра. Недавно сигналы Ca 2+ от терминальных ветвей ноцицептивных нейронов кожи ex vivo были проанализированы с использованием конфокального микроскопа с вращающимся диском при частоте сбора данных 0,25 Гц [27]. Авторы зарегистрировали активность ноцицептивных терминальных ветвей в кожно-нервном препарате, состоящем из кожного лоскута с тыльной поверхности задней лапы и иннервирующего подкожный нерв от мышей, экспрессирующих GCaMP3 в нейронах, экспрессирующих TRPV1.Была использована кожа с дорсальной поверхности, поскольку ткань подошвенной кожи значительно толще и менее поддается визуализации. В связи с низкой лекарственной проницаемостью эпидермиса кожный лоскут укладывали дермой вверх, а агонисты TRP-каналов наносили сверху, поэтому визуализацию терминалей проводили с эпидермальной стороны с помощью инвертированного конфокального микроскопа. Визуализация ноцицептивных терминальных ветвей кожи при применении различных активаторов каналов TRP выявила повышенную активность каналов TRPM3 при воспалении кожи, опосредованном полным адъювантом Фрейнда (CFA), что подчеркивает роль каналов TRPM3 терминалей в воспалительной боли [27].Интересно, что некоторые участки кожи, такие как ушные эксплантаты, позволяют проводить более быструю (2,6 Гц) однофотонную конфокальную визуализацию ноцицептивной терминальной активности [28]. Используя изображения Ca 2+ ноцицептивных волокон, экспрессирующих GCaMP3, из остро изолированных эксплантатов волосистой кожи уха, Ким и его коллеги смогли оценить индуцированную TRPV1 активность волокон множественных периферических ноцицептивных окончаний и выявить, что окончания неповрежденных тройничных нервов V3 демонстрируют обширную Гиперактивность TRPV1 после повреждения нерва ветви тройничного нерва V2 [28].Для регистрации активности ноцицептивных терминалей, иннервирующих органы-мишени, некоторые исследователи используют легкодоступные и прозрачные ткани, такие как роговица и твердая мозговая оболочка, которые обильно иннервируются ноцицептивными нейронами [143,144]. Лаборатория Маллигана недавно представила препарат ex vivo, содержащий кость черепа с присоединенными паутинной оболочкой и твердой мозговой оболочкой. Для оценки активности ноцицептивных волокон, иннервирующих твердую мозговую оболочку, в этом препарате непосредственно на препарат наносили мембранопроницаемый индикатор Ca 2+ Rhod-2 AM и визуализировали терминальные ноцицептивные ветви с помощью широкопольной эпифлуоресцентной микроскопии [29].Активность каналов TRPV1 в этих терминальных ответвлениях определяли с помощью УФ-фотолиза капсаицина в клетке, как описано выше (рис. 2а), и результирующую активность регистрировали по мере ее распространения вдоль волокна [29]. Этот подход был использован для записи активности терминальных волокон твердой мозговой оболочки, экспрессирующих CGRP, и демонстрации влияния рецепторов 5-HT1 и μ-опиоидных рецепторов на электрически вызванную активность ноцицептивных терминальных волокон [145, 146]. Ткань роговицы, которая в основном иннервируется ноцицептивных нейронов [147,148] (см. также выше) и легко доступен для манипуляций, широко используется для электрических записей ноцицептивных терминалей [140,141] и недавно для ex vivo [30,149] и in vivo [26] оптических записей ноцицептивных терминалей .Чтобы изучить молекулярную основу терминальной активности, опосредованной TRPV1, лаборатория Вайнрайха провела флуоресцентные измерения вызванных капсаицином сигналов Ca 2+ ex vivo из изолированных иссеченных роговиц или роговиц в изолированных глазах. Сигналы Са 2+ метили, пропитывая ткань роговицы крысы или весь глаз в индикаторе Са 2+ , Oregon Green 488 BAPTA-1 [149]. В более поздних экспериментах декстран Oregon Green 488 BAPTA или другой индикатор Ca 2+ FURA-2 применяли in vivo, а затем вырезали роговицу для визуализации [30].Визуализация Ca 2+ (с частотой сбора данных от 0,5 до 1,7 Гц) была получена с использованием эпифлуоресцентной микроскопии после фокального применения капсаицина или электрической стимуляции [149]. Лечение капсаицином запускало сигналы Ca 2+ на терминальных волокнах, которые были полностью заблокированы применением антагониста каналов TRPV1, капсазепина [149]. Важно отметить, что на эти сигналы не влияла блокировка VGCC [149]. Хотя записи in vitro и ex vivo уже дали важную информацию об активности периферических ноцицептивных окончаний в целом и каналов TRPV1 в частности, характеристика этих процессов в большинстве физиологических состояний имеет решающее значение. чтобы иметь возможность проверить эти же предпосылки in vivo.На основе разработки методологий, использованных выше, была разработана новая методика для изучения ноцицептивных окончаний, в частности каналов TRPV1, в условиях in vivo [26] (рис. 3а). В этом подходе установленное преимущество периферических ноцицептивных окончаний роговицы использовали, а ноцицептивные нейроны роговицы мышей инфицировали аденоассоциированным вирусом серотипа-1, несущим экспрессионную кассету для GCaMP6s. Через десять-четырнадцать дней после инъекции вируса производили регистрацию ноцицептивных окончаний и терминальных волокон, иннервирующих роговицу, у мышей под наркозом.Как и в эксперименте in vitro [25], для нанесения капсаицина на отдельный терминал использовали фокальную калиброванную затяжку, активирующую каналы TRPV1 терминала (рис. 3b). Примечательно, что пипетку с затяжкой помещали непосредственно над эпителием роговицы, чтобы она не нарушала целостность ткани. Таким образом, эти эксперименты имеют то преимущество, что они позволяют регистрировать активность отдельных терминалей после применения «естественных» вредных раздражителей в физиологических условиях in vivo в пределах интактной ткани.Детекцию проводили с помощью сверхчувствительного аппарата визуализации, использовавшегося ранее для выявления изменений внутриаксональных концентраций Na + в центральных нейронах с временным разрешением одиночного потенциала действия [150], а также для регистрации опосредованных капсаицином изменений Ca 2+ и сигналы Na + в культивируемых терминальных отростках, как объяснено выше [25]. Сверхчувствительный аппарат в сочетании с оптическими свойствами ткани роговицы позволил регистрировать изменения флуоресценции GCaMP6s in vivo с относительно высокой частотой кадров 40–125 Гц.Это также позволило зарегистрировать изменения Ca 2+ после фокальной терминальной стимуляции не только на терминальном конце (рис. 3с), но и глубже на уровне терминальных волокон (глубина 15–30 мкм от поверхности роговицы) (рис. 3г) и даже сплетения (глубина 60–100 мкм от поверхности роговицы) [26] (рис. 3д). Этот подход позволил измерить опосредованную капсаицином активность терминальных каналов TRPV1 in vivo в интактной ткани. Было показано, что терминальные сигналы Ca 2+ , вызванные капсаицином, не были чувствительны к применению блокаторов каналов Na + , однако применение бенедипина, блокатора VGCC T-, N- и L-типа, уменьшало амплитуда сигнала.Эти данные показывают, что в ноцицептивных нейронах мышей in vivo сигнал, опосредованный TRPV1, усиливается за счет активации VGCC [26]. Записи TRPV1-индуцированной активности in vivo также показали, что TRPV1- и VGCC-опосредованная деполяризация пассивно распространяется вдоль окончания примерно на 25–30 мкм, и только затем Nav вносят свой вклад в сигнал, определяя местоположение зоны инициации спайка. на ноцицептивных окончаниях. Используя этот подход, авторы также смогли изучить изменения в генерации и распространении сигнала, индуцированного TRPV1, у мышей с острым воспалением роговицы, продемонстрировав, что в таких случаях опосредованный TRPV1 сигнал на терминальном конце также усиливается за счет активации Navs. на терминальном кончике, которые становятся функционально доступными при воспалительных состояниях.Это дополнительное усиление сигнала, индуцированного TRPV1, вызывало повышение возбудимости ноцицептивных нейронов, что приводило к воспалительной боли.

Таким образом, различные подходы к оптической регистрации активности периферических ноцицептивных терминалей in vitro, ex vivo и in vivo открывают уникальные возможности для понимания активности этих крошечных структур, определяющих болевые ощущения в норме и при патологии.

TRPV3 — обзор | ScienceDirect Topics

TRPV3

TRPV3, термочувствительный ионный канал с особенно близкой гомологией к TRPV1, может активироваться при температурах > 32–39°C и проявляет прогрессивно возрастающую реакцию на повторяющиеся тепловые раздражители (Peier et al., 2002; Смит и др., 2002; Xu et al., 2002) (рис. 4.1C). TRPV3 также может активироваться химическими агонистами, в том числе 2-аминоэтоксидифенилборатом (2APB) (Chung et al., 2004a) и фарнезилпирофосфатом (Bang et al., 2010), а также различными природными соединениями, такими как камфора (Moqrich et al., 2005), карвакрол, эвгенол и тимол (Xu et al., 2006).

В отличие от TRPV1, который сильно экспрессируется в сенсорных нейронах, TRPV3 труднее обнаружить в этих нейронах, и вместо этого он наиболее заметно экспрессируется в кератиноцитах кожи (Peier et al., 2002). В самом деле, записи зажима напряжения целых клеток, как в клеточной линии 308, происходящих из кератиноцитов мыши, так и в первичных кератиноцитах, выявили TRPV3-подобные токовые ответы на тепловые стимулы (Chung et al., 2003, 2004b). Эти ответы, как и те, которые опосредованы рекомбинантным TRPV3, могут быть потенцированы низкими дозами 2APB или камфоры и постепенно увеличиваются при повторяющейся тепловой стимуляции, что отличает их от вызванных теплом токов, опосредованных TRPV4 (см. ниже).

Эти сенсибилизирующие ответы соответственно отсутствовали в кератиноцитах, выделенных от мышей с нокаутом TRPV3 (Moqrich et al., 2005), окончательно связывая их с этим каналом. TRPV3 важен для дифференцировки и созревания кератиноцитов, формирования эпидермального барьера и морфогенеза волос, поскольку все эти процессы нарушены у мышей, лишенных TRPV3 (Moqrich et al., 2005; Cheng et al., 2010). Однако функциональное сходство между TRPV3 и TRP-каналами, экспрессируемыми чувствительными нейронами, его реакция на физический раздражитель (т. е. тепло), который, как известно, активирует сенсорные нейроны, и непосредственная близость эпидермальных сенсорных нервных окончаний к кератиноцитам побудили исследователей изучить возможность что вызываемая теплом передача сигналов TRPV3 в кератиноцитах может способствовать коммуникации с близлежащими сенсорными терминалями, чтобы запускать или модулировать восприятие тепла и/или тепловой боли.

Таким образом, ряд экспериментов in vitro был направлен на идентификацию гипотетических паракринных сигналов, продуцируемых активируемым теплом TRPV3 в кератиноцитах, которые могут передавать сигналы соседним нейронам. Исследования показали, что в изолированных кератиноцитах TRPV3 может опосредовать высвобождение простагландина E 2 (Huang et al., 2008), аденозинтрифосфата (АТФ) (Mandadi et al., 2009) и оксида азота (Miyamoto et al. , 2011) в ответ на тепловую стимуляцию. Кроме того, при совместном культивировании DRG-нейронов и кератиноцитов мыши тепловая стимуляция индуцировала увеличение Ca 2 + в обоих типах клеток, при этом повышенное содержание Ca 2 + в DRG-нейронах задерживалось по сравнению с кератиноцитами.Нейрональное увеличение Ca 2 + может быть устранено антагонистом рецептора АТФ подтипа P2, что предполагает передачу АТФ от кератиноцитов к нейронам. Более того, АТФ-опосредованный ответ в сенсорных нейронах не наблюдался, если эти нейроны культивировали совместно с кератиноцитами, нокаутными по TRPV3 (Mandadi et al., 2009).

В другом исследовании применение агонистов TRPV3 камфоры и 2APB в первичных кератиноцитах индуцировало неканоническую независимую от синтазы оксида азота продукцию оксида азота, которая зависела от TRPV3 и требовала нитритов и внутриклеточного подкисления (Miyamoto et al., 2011). В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что TRPV3 может опосредовать высвобождение из кератиноцитов множества молекул, способных запускать или модулировать активность нейронов, и, следовательно, согласуются с потенциальной ролью кератиноцитов TRPV3 в восприятии тепла.

Исследования in vivo на мышах с нокаутом TRPV3 также предоставили некоторые доказательства того, что этот канал может способствовать поведенческим реакциям как на безобидное, так и на вредное тепло. Однако эти результаты были сложными и иногда противоречивыми.Например, в тесте с выбором двух температур мыши дикого типа со смешанным генетическим фоном сильно предпочитали температуру пола 35°C температуре пола, которая была бы нормальной комнатной, тогда как мыши, лишенные TRPV3, демонстрировали менее выраженное предпочтение более теплой поверхности. . Точно так же в температурном градиенте от ~ 14 ° C до ~ 55 ° C мыши дикого типа демонстрировали предпочтительную занятость в диапазоне от 30 до 38 ° C в течение 30–45 минут, тогда как мышам с нокаутом TRPV3 потребовалось вдвое больше времени, чтобы проявить предпочтение этому диапазону (Moqrich et al., 2005). Мыши с нокаутом TRPV3 на этом генетическом фоне, как было показано, также проявляют более длительный латентный период для отдергивания лапы от болезненно высокой температуры (Moqrich et al., 2005). Вместе эти данные, по-видимому, указывают на участие TRPV3 в поведении различения тепла.

Однако в последующих исследованиях, проведенных на мышах с более однородным генетическим фоном, отсутствие TRPV3 либо оказывало меньшее влияние на безвредное или вредное тепловое ощущение, либо вообще не оказывало видимого эффекта. Например, отличные результаты были получены, когда мышей с нокаутом TRPV3 на фоне C57Bl6, 129/S6 и 129S1/SvImJ анализировали в двухтемпературном выборе или в градиентном анализе.В одном исследовании мыши с нокаутом TRPV3 на фоне C57Bl6 не проявляли значимого фенотипа в этих анализах (Huang et al., 2011). Кроме того, мыши C57Bl6, лишенные как TRPV3, так и TRPV4 (см. ниже), демонстрировали практически нормальное поведение теплового предпочтения, но демонстрировали небольшой дефицит ноцицепции, вызванной теплом. Наоборот, на фоне 129/S6, в то время как мыши дикого типа демонстрировали относительно широкое, несколько бимодальное распределение температурного градиента, мыши с нокаутом TRPV3 предпочитали более узкий диапазон температур между 22 и 25°C.Более узкий диапазон предпочтений нокаутов TRPV3 также был очевиден в анализах двухтемпературной селекции (Huang et al., 2011).

В другом исследовании мышей на фоне 129S1/SvImJ нокауты TRPV3 снова демонстрировали значительный фенотип термического отбора в анализе двухтемпературного отбора, но любопытно, что эта разница наблюдалась только у самок (Miyamoto et al., 2011). На основании этих результатов нельзя исключить роль TRPV3 в поведенческих реакциях на тепло окружающей среды.Однако эта роль может быть второстепенной и/или модулирующей и, по-видимому, в значительной степени зависит от штамма.

Наконец, следует отметить, что сенсорные нейроны, а также кератиноциты могут экспрессировать TRPV3 (Smith et al., 2002; Xu et al., 2002). Следовательно, для полного понимания потенциального вклада этого канала в ощущение тепла необходимо тщательное изучение нокаутов TRPV3, селективных по типам клеток.

TNFα индуцирует совместный перенос TRPV1/TRPA1 в везикулах, содержащих VAMP1, в плазмалемму посредством слияния, опосредованного Munc18-1/syntaxin1/SNAP-25

  • Julius, D.Каналы ГТО и боль. Annu Rev Cell Dev Biol 29, 355–84 (2013).

    КАС пабмед Google ученый

  • Катерина, М. Дж. и др. Нарушение ноцицепции и болевой чувствительности у мышей, лишенных рецептора капсаицина. Наука 288, 306–13 (2000).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Катерина, М. Дж. и др. Рецептор капсаицина: активируемый нагреванием ионный канал болевого пути.Природа 389, 816–24 (1997).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Story, G.M. et al. ANKTM1, TRP-подобный канал, экспрессируемый в ноцицептивных нейронах, активируется низкими температурами. Ячейка 112, 819–29 (2003).

    КАС пабмед Google ученый

  • Jordt, S.E. et al. Горчичное масло и каннабиноиды возбуждают чувствительные нервные волокна через TRP-канал ANKTM1.Природа 427, 260–5 (2004).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Zhang, X., Huang, J. & McNaughton, P. A. NGF быстро увеличивает мембранную экспрессию теплоуправляемых ионных каналов TRPV1. EMBO J 24, 4211–23 (2005).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Йеске, Н. А. и др. Якорный белок A-киназы опосредует термическую гипералгезию TRPV1 посредством PKA-фосфорилирования TRPV1.Боль 138, 604–16 (2008).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Schnizler, K. et al. Закрепление протеинкиназы A через AKAP150 необходимо для модуляции TRPV1 форсколином и простагландином E2 в сенсорных нейронах мыши. J Neurosci 28, 4904–17 (2008).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Штейн А. Т., Уфрет-Винсенти К.A., Hua, L., Santana, LF & Gordon, SE. Фосфоинозитид-3-киназа связывается с TRPV1 и опосредует NGF-стимулированный перенос TRPV1 на плазматическую мембрану. J Gen Physiol 128, 509–22 (2006).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Van Buren, JJ, Bhat, S., Rotello, R., Pauza, M.E. & Premkumar, L.S. Сенсибилизация и транслокация TRPV1 инсулином и IGF-I. Мол Боль 1, 17 (2005).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Чжан, С., Li, L. & McNaughton, P.A. Провоспалительные медиаторы модулируют активируемый нагреванием ионный канал TRPV1 через каркасный белок AKAP79/150. Нейрон 59, 450–61 (2008).

    ПабМед Google ученый

  • Morenilla-Palao, C., Planells-Cases, R., Garcia-Sanz, N. & Ferrer-Montiel, A. Регулируемый экзоцитоз способствует потенцированию активности ваниллоидного рецептора протеинкиназой C. J Biol Chem 279, 25665–72 (2004).

    КАС пабмед Google ученый

  • Боннингтон, Дж.К. и Макнотон, П.А. Сигнальные пути, участвующие в сенсибилизации ноцицептивных нейронов мыши фактором роста нервов. J Physiol 551, 433–46 (2003).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Shu, X. & Mendell, L.M. Острая сенсибилизация NGF реакции сенсорных нейронов малого диаметра на капсаицин. J Neurophysiol 86, 2931–8 (2001).

    КАС пабмед Google ученый

  • Чжуан З.Y., Xu, H., Clapham, DE & Ji, RR Фосфатидилинозитол-3-киназа активирует ERK в первичных сенсорных нейронах и опосредует воспалительную тепловую гипералгезию посредством сенсибилизации TRPV1. J Neurosci 24, 8300–9 (2004).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Дай, Ю. и др. Сенсибилизация TRPA1 с помощью PAR2 способствует ощущению воспалительной боли. J Clin Invest 117, 1979–87 (2007).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ван, С.и другие. Фосфолипаза C и протеинкиназа A опосредуют брадикининовую сенсибилизацию TRPA1: молекулярный механизм воспалительной боли. Мозг 131, 1241–51 (2008).

    ПабМед Google ученый

  • Шмидт, М., Дубин, А. Е., Петрус, М. Дж., Эрли, Т. Дж. и Патапутян, А. Ноцицептивные сигналы индуцируют перенос TRPA1 на плазматическую мембрану. Нейрон 64, 498–509 (2009).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кампруби-Роблес, М., Planells-Cases, R. & Ferrer-Montiel, A. Дифференциальный вклад SNARE-зависимого экзоцитоза в воспалительную потенциацию TRPV1 в ноцицепторах. FASEB J 23, 3722–33 (2009).

    КАС пабмед Google ученый

  • Chuang, H.H. et al. Брадикинин и фактор роста нервов освобождают рецептор капсаицина от PtdIns(4,5)P2-опосредованного ингибирования. Природа 411, 957–62 (2001).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Харт, П.H., Cooper, R.L. & Finlay-Jones, J.J. IL-4 подавляет продукцию IL-1 бета, TNF-альфа и PGE2 перитонеальными макрофагами человека. Иммунология 72, 344–9 (1991).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Паспаракис, М. и др. TNF-опосредованное воспалительное заболевание кожи у мышей с эпидермис-специфической делецией IKK2. Природа 417, 861–6 (2002).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Стратис, А.и другие. Патогенная роль кожных макрофагов в мышиной модели кератиноцит-индуцированного псориазоподобного воспаления кожи. J Clin Invest 116, 2094–104 (2006).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Боуэн, Э. Дж., Шмидт, Т. В., Фирма, К. С., Руссо, А. Ф. и Дарем, П. Л. Фактор некроза опухоли-альфа, стимуляция экспрессии и секреции пептида, связанного с геном кальцитонина, нейронами тройничного ганглия крысы.Дж. Нейрохим 96, 65–77 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Дин, М., Харт, Р. П. и Джонакайт, Г. М. Фактор некроза опухоли-альфа индуцирует субстанцию ​​Р в симпатических ганглиях посредством последовательной индукции интерлейкина-1 и фактора, ингибирующего лейкемию. J Neurobiol 28, 445–54 (1995).

    КАС пабмед Google ученый

  • Шаферс М., Ли Д.Х., Брорс Д., Якш Т.Л. и Соркин Л.С. Повышенная чувствительность поврежденных и соседних неповрежденных первичных сенсорных нейронов крысы к экзогенному фактору некроза опухоли-альфа после перевязки спинномозгового нерва. J Neurosci 23, 3028–38 (2003).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Шаферс М., Соркин Л. С., Гейс С. и Шубаев В. И. Лигирование спинномозговых нервов вызывает транзиторную активацию рецепторов фактора некроза опухоли 1 и 2 в поврежденных и соседних неповрежденных ганглиях задних корешков у крыс.Neurosci Lett 347, 179–82 (2003).

    КАС пабмед Google ученый

  • Homma, Y., Brull, S.J. & Zhang, J.M. Сравнение поведения при хронической боли после местного применения фактора некроза опухоли альфа к нормальным и механически сдавленным поясничным ганглиям у крыс. Боль 95, 239–46 (2002).

    КАС пабмед Google ученый

  • Спицарова Д.& Palecek, J. Фактор некроза опухоли альфа повышает чувствительность рецепторов TRPV1 спинного мозга к эндогенному агонисту N-олеоилдопамину. J Нейровоспаление 7, 49 (2010).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Константин, К. Э. и др. Эндогенный фактор некроза опухоли альфа (ФНО-альфа) требует, чтобы рецептор ФНО типа 2 вызывал тепловую гипералгезию в модели рака у мышей. J Neurosci 28, 5072–81 (2008).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Хагенакер, Т., Чещик, Дж. К., Шаферс, М. и Бассельберг, Д. Сенсибилизация токов кальциевых каналов, активированных напряжением, к капсаицину в ноцицептивных нейронах с помощью фактора некроза опухоли-альфа. Brain Res Bull 81, 157–63 (2010).

    КАС пабмед Google ученый

  • Джин, X. и Джеро, Р.В.Т. Острая p38-опосредованная модуляция устойчивых к тетродотоксину натриевых каналов в сенсорных нейронах мышей с помощью фактора некроза опухоли-альфа. J Neurosci 26, 246–55 (2006).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ma, F., Zhang, L. & Westlund, K.N. Активные формы кислорода опосредуют увеличение TNFR1 после активации TRPV1 в нейронах DRG мыши. Мол Боль 5, 31 (2009).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Hensellek, S., Brell, P., Schaible, HG, Brauer, R. & Segond von Banchet, G. Цитокин TNF-альфа увеличивает долю нейронов DRG, экспрессирующих рецептор TRPV1 через рецептор TNFR1 и активацию ERK.Mol Cell Neurosci 36, 381–91 (2007).

    КАС пабмед Google ученый

  • Fernandes, E. S. et al. Определенная роль транзиторного рецепторного потенциала анкирина 1, в дополнение к транзиторному рецепторному потенциалу ваниллоида 1, в индуцированной фактором некроза опухоли альфа воспалительной гипералгезии и моноартрите Фрейнда, индуцированном полным адъювантом. Arthritis Rheum 63, 819–29 (2011).

    КАС пабмед Google ученый

  • Мэн, Дж., Долли, Дж. О. и Ван, Дж. Избирательное расщепление SNARE в сенсорных нейронах раскрывает белковые комплексы, опосредующие экзоцитоз пептидов, запускаемый различными стимулами. Мол Нейробиол 50, 574–88 (2014).

    КАС пабмед Google ученый

  • Донг, М. и др. Гликозилированные SV2A и SV2B опосредуют проникновение ботулинического нейротоксина Е в нейроны. Mol Biol Cell 19, 5226–37 (2008).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Донг М.и другие. SV2 представляет собой белковый рецептор ботулинического нейротоксина А. Science 312, 592–6 (2006).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Peng, L., Tepp, W.H., Johnson, E.A. & Dong, M. Ботулинический нейротоксин D использует белок синаптических везикул SV2 и ганглиозиды в качестве рецепторов. PLoS Pathog 7, e1002008 (2011 г.).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Махрхольд, С., Rummel, A., Bigalke, H., Davletov, B. & Binz, T. Синаптический везикулярный белок 2C опосредует поглощение ботулинического нейротоксина A диафрагмальными нервами. FEBS Lett 580, 2011–4 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Custer, K.L., Austin, N.S., Sullivan, J.M. & Bajjalieh, S.M. Синаптический везикулярный белок 2 увеличивает вероятность высвобождения в покоящихся синапсах. J Neurosci 26, 1303–13 (2006).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Маттеоли, М., Takei, K., Perin, M.S., Sudhof, TC & De Camilli, P. Экзоэндоцитотическая рециркуляция синаптических пузырьков в развивающихся отростках культивируемых нейронов гиппокампа. J Cell Biol 117, 849–61 (1992).

    КАС пабмед Google ученый

  • Meng, J. et al. Активация TRPV1 опосредует высвобождение пептида, связанного с геном кальцитонина, который возбуждает сенсорные нейроны тройничного нерва и ослабляется перенаправленным ботулиническим токсином с антиноцицептивным потенциалом.J Neurosci 29, 4981–92 (2009).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Гаскон С., Паес-Гомес Дж. А., Диас-Гуэрра М., Шайфеле П. и Шолль Ф. Г. Лентивирусные векторы с двойным промотором для конститутивной и регулируемой экспрессии генов в нейронах. J Neurosci Methods 168, 104–12 (2008).

    КАС пабмед Google ученый

  • Фишер, М.Дж. и др. Прямые доказательства функциональных гетеромеров TRPV1/TRPA1. Pflugers Arch 466, 2229–41 (2014).

    КАС пабмед Google ученый

  • Рупарел, Н. Б., Патвардхан, А. М., Акопян, А. Н. и Харгривз, К. М. Гомологическая и гетерологичная десенсибилизация реакций капсаицина и горчичного масла использует разные клеточные пути в ноцицепторах. Боль 135, 271–9 (2008).

    КАС пабмед Google ученый

  • Салас, М.М., Харгривз К.М. и Акопян А.Н. Опосредованные TRPA1 ответы в сенсорных нейронах тройничного нерва: взаимодействие между TRPA1 и TRPV1. Eur J Neurosci 29, 1568–78 (2009).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Старущенко А., Еске Н. А., Акопян А. Н. Вклад взаимодействия TRPV1-TRPA1 в одноканальные свойства канала TRPA1. J Biol Chem 285, 15167–77 (2010).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Мэн, Дж., Wang, J., Lawrence, G. & Dolly, JO. Синаптобревин I опосредует экзоцитоз CGRP из сенсорных нейронов, а ингибирование ботулиническими токсинами отражает их антиноцицептивный потенциал. J Cell Sci 120, 2864–74 (2007).

    КАС пабмед Google ученый

  • Schiavo, G. et al. Нейротоксины столбняка и ботулина-В блокируют высвобождение нейротрансмиттеров путем протеолитического расщепления синаптобревина. Природа 359, 832–5 (1992).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Шох, С.и другие. Функция SNARE проанализирована у мышей с нокаутом синаптобревина/VAMP. Наука 294, 1117–22 (2001).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Пэн, Л. и др. Широко распространенные вариации последовательности VAMP1 у позвоночных предполагают потенциальное селективное давление ботулинических нейротоксинов. PLoS Pathog 10, e1004177 (2014 г.).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Содерберг О.и другие. Прямое наблюдение за отдельными эндогенными белковыми комплексами in situ путем лигирования по близости. Nat Methods 3, 995–1000 (2006).

    ПабМед Google ученый

  • Voets, T. et al. Munc18-1 способствует стыковке больших везикул с плотным ядром. Нейрон 31, 581–91 (2001).

    КАС пабмед Google ученый

  • Малинтан, Н. Т. и др. Прекращение взаимодействия комплекса Munc18-1-SNARE оказывает ограниченное влияние на экзоцитоз в клетках PC12.J Biol Chem 284, 21637–46 (2009).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Девеса, И. и др. альфаCGRP необходим для болевой экзоцитозной мобилизации каналов TRPV1 в пептидергических ноцицепторах. Proc Natl Acad Sci USA 111, 18345–50 (2014).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Вэй, Л., Гу, К. и Макнотон, П. А.Семейство ионных каналов термо-TRP: свойства и терапевтическое значение. Br J Pharmacol 165, 787–801 (2012).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Лотц, М., Карсон, Д. А. и Воган, Дж. Х. Вещество P, активация ревматоидных синовиоцитов: нервный путь в патогенезе артрита. Наука 235, 893–5 (1987).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Спицарова Д., Неранджич В. и Палечек Дж. Модуляция синаптической активности спинного мозга фактором некроза опухоли альфа в модели периферической невропатии. J Нейровоспаление 8, 177 (2011).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кочуков М.Ю. и др. Фактор некроза опухоли-альфа (ФНО-альфа) усиливает функциональные термические и химические реакции катионных каналов TRP в синовиоцитах человека. Мол Боль 5, 49 (2009).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Чжао Б.и другие. Транспорт рецепторов, рецепторных сигнальных комплексов и ионных каналов через нейропептид-секреторные везикулы. Cell Res 21, 741–53 (2011).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Weng, H.J. et al. Tmem100 является регулятором комплекса TRPA1-TRPV1 и способствует возникновению стойкой боли. Нейрон 85, 833–46 (2015).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Дулубова И.и другие. Munc18-1 напрямую связывается с нейронным комплексом SNARE. Proc Natl Acad Sci USA 104, 2697–702 (2007).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Fujita, Y. et al. Томосин: синтаксин-1-связывающий белок, образующий новый комплекс в процессе высвобождения нейротрансмиттера. Нейрон 20, 905–15 (1998).

    КАС пабмед Google ученый

  • Хата Ю., Slaughter, C.A. & Sudhof, TC. Комплекс слияния синаптических пузырьков содержит гомолог unc-18, связанный с синтаксином. Природа 366, 347–51 (1993).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Rizo, J. & Sudhof, T.C. Snares and Munc18 в слиянии синаптических пузырьков. Nat Rev Neurosci 3, 641–53 (2002).

    КАС пабмед Google ученый

  • Зилли Ф.E., Sorensen, JB, Jahn, R. & Lang, T. Munc18-связанный синтаксин легко образует комплексы SNARE с синаптобревином в нативных плазматических мембранах. PLoS Biol 4, e330 (2006).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Долли, Дж. О., Ван, Дж., Журавски, Т. Х. и Менг, Дж. Новые терапевтические средства на основе рекомбинантных ботулинических нейротоксинов для нормализации высвобождения трансмиттеров и медиаторов боли. FEBS J 278, 4454–66 (2011).

    КАС пабмед Google ученый

  • Сингх, Дж. А. и Маховальд, М. Л. Внутрисуставной ботулинический токсин А в качестве дополнительной терапии рефрактерной боли в суставах у пациентов с ревматоидным артритом, получающих биопрепараты: отчет о двух случаях. Совместный костный позвоночник 76, 190–4 (2009).

    ПабМед Google ученый

  • Чен, С. и Барбьери, Дж. Т. Разработка ботулинического нейротоксина для расширения терапевтического вмешательства.Proc Natl Acad Sci USA 106, 9180–4 (2009).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Тискорния Г., Сингер О. и Верма И. М. Производство и очистка лентивирусных векторов. Нацпроток 1, 241–5 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Durham, PL Пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP), и мигрень. Головная боль 46 Приложение 1, S3–8 (2006).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Ноцицептивный канал TRP | Энциклопедия

    Определение

    Каналы транзиторного рецепторного потенциала (TRP) стали ключевыми молекулярными идентичностями в сенсорной трансдукции болевых стимулов. Способность ноцицепторов вести себя как детекторы вредных раздражителей зависит от присутствия в их периферических нервных окончаниях специализированных трансдуцирующих молекул, способных преобразовывать вредные физические (тепловые и механические) и химические раздражители в генераторные потенциалы.При стимуляции нервных окончаний выходной сигнал, передаваемый в центральную нервную систему, зависит от свойств каналов преобразователя, которые продуцируют генераторные потенциалы. Потенциал-зависимые каналы впоследствии переводят его в срабатывание потенциала действия. Ноцицептивные каналы TRP являются одними из наиболее изученных каналов преобразователя, экспрессируемых в ноцицепторах, и играют ключевую роль в изучении боли.

    1. Введение

    У млекопитающих информация об окружающей среде преимущественно передается периферическим нейронами соматосенсорной системы.Такие нейроны являются клеточными сенсорами, преобразующими механические, тепловые и химические раздражители в электрические сигналы, которые передаются в центральную нервную систему (ЦНС) в виде потенциалов действия [1] . Сенсорные нейроны у млекопитающих псевдоуниполярны, имеют один аксон с двумя отдельными ветвями: периферическая ветвь, которая простирается и иннервирует органы-мишени, такие как кожа, внутренние органы и слизистые оболочки, и центральная ветвь, которая передает собранную информацию на вторичные нейроны. нейроны ЦНС в спинном спинном роге или сенсорных ядрах ствола мозга [2] .Тела клеток первичных сенсорных нейронов иннервируют группу тел вместе в сегментарном порядке в ганглиях задних корешков (DRG), которые находятся латеральнее спинного мозга (а). Тела первичных чувствительных нейронов, которые иннервируют голову и лицо, скапливаются в ганглиях тройничного нерва (TG), расположенных рядом с мозгом [3] (b).

    Рисунок 1. Схематическая иллюстрация, изображающая соматосенсорную иннервацию и ее проекции на центральную нервную систему (ЦНС). ( a ) Соматосенсорные нервные окончания, иннервирующие кожу, проецируются на нейроны второго порядка задних рогов спинного мозга.Представлены три функциональных типа сенсорных нейронов, иннервирующих кожу, наряду с выраженными каналами транзиторного рецепторного потенциала (TRP). ( b ) Окончания соматосенсорных нервов роговицы плотно заселяют эпителий роговицы, достигают тройничного ганглия (TG) через глазной нерв и проецируются вместе с другими первичными ноцицептивными нейронами, иннервирующими лицо, к нейронам ЦНС второго порядка в спинальной части ядер тройничного нерва в стволе головного мозга. Представлены две функциональные формы сенсорных нейронов роговицы и TRP-каналы, которые они экспрессируют.

    Традиционно сенсорные нервные волокна подразделяются на четыре типа в зависимости от скорости их проведения [4] . Aα- и Aβ-волокна демонстрируют сильно миелинизированные аксоны и высокую скорость проведения, Aδ слабо миелинизированы и имеют средние скорости проведения, тогда как C-волокна лишены миелина и имеют низкие скорости проведения [5] . Сенсорные нейроны, ответственные за обнаружение потенциально вредных раздражителей, в основном принадлежат к классу C-волокон или Aδ и известны как ноцицепторы [6] .Aδ-ноцицепторы лежат в основе быстрого компонента боли сразу после повреждения ткани [4] , тогда как C-ноцицепторы способствуют более поздним стадиям развития хронической боли, нейрогенного воспаления и сенсибилизации [7] .

    Способность ноцицепторов действовать как детекторы вредных раздражителей зависит от наличия в их периферических нервных окончаниях специализированных трансдуцирующих молекул, способных преобразовывать вредные физические (тепловые и механические) и химические раздражители в генераторные потенциалы [4] [8] .При стимуляции нервных окончаний выходной сигнал, передаваемый в ЦНС, зависит от свойств каналов преобразователя, таких как переходные рецепторные потенциалы (TRP), кислоточувствительные ионные каналы (ASIC), Piezo и TACAN [9] [10]. [11] [12] [13] [14] [15] , которые производят генераторные потенциалы. Потенциал-зависимые каналы впоследствии переводят его в срабатывание потенциала действия. Ионные каналы TRP являются одними из наиболее изученных трансдукторных каналов, экспрессируемых в ноцицепторах, и играют ключевую роль в изучении боли [4] .

    2. Ноцицептивные каналы TRP в сенсорных нервных волокнах

    Несколько членов семейства TRP были идентифицированы как первичные молекулярные преобразователи ноцицептивных нервных волокон. Основываясь на гомологии их последовательностей, надсемейство TRP млекопитающих состоит из шести подсемейств с 28 проницаемыми для катионов каналами, организованными как канонические (TRPC), ваниллоидные (TRPV), анкириновые (TRPA), меластатиновые (TRPM), полицистиновые (TRPP) и муколипиновые. (ТРМЛ) [16] . В целом, это суперсемейство каналов TRP участвует во многих физиологических и патофизиологических процессах, однако на основании их способности передавать определенные физические и химические вредные стимулы только несколько членов, принадлежащих к семействам TRPV, TRPA и TRPM, были классифицированы как ноцицептивные TRP. [17] .

    TRPV1 является первым идентифицированным и наиболее хорошо охарактеризованным молекулярным объектом, лежащим в основе обнаружения капсаицина в сенсорных нейронах, острого ингредиента острого чили [18] . Помимо капсаицина, TRPV1 может активироваться большим количеством физических и химических раздражителей, таких как вредная температура (> 42 ° C), острые растительные продукты, низкий pH и животные токсины. Более того, TRPV1 обладает способностью интегрировать различные вредные стимулы на белковом уровне, что является архетипом полимодального рецепторного канала [19] .В периферической нервной системе TRPV1 в основном экспрессируется в ноцицептивных нейронах малого и среднего диаметра из DRG и TG, таких как пептидергические и непептидергические С-волокна, а также в Aδ-волокнах [20] [21]. ] .

    TRPA1 является единственным членом подсемейства TRPA у млекопитающих, связанным с передачей боли, и, подобно TRPV1, ведет себя как полимодальный рецептор, интегрируя на молекулярном уровне передачу различных типов вредных раздражителей. Он экспрессируется в сенсорных нейронах малого диаметра DRG и TG, которые, кроме того, совместно экспрессируют характерные ноцицептивные маркеры, такие как TRPV1, субстанция P и/или пептид, родственный гену кальцитонина (CGRP) [22] .Эти особенности, наряду с активацией при температуре ниже 18 °C, позволяют предположить, что TRPA1 действует как детектор вредного холода в ноцицептивных сенсорных нейронах [23] [24] . Некоторые исследования сообщают о выраженных нарушениях болевой чувствительности к холоду у мышей с нокаутом TRPA1 [25] , тогда как другие не обнаруживают отчетливого фенотипа в поведении чувствительности к холоду [26] [27] . Недавние данные указывают на роль TRPA1 в восприятии острого вредного тепла [28] [29] .TRPA1 также может активироваться множеством раздражающих и вредных соединений, включая аллилизотиоцианат, содержащийся в горчичном масле и васаби [23] [30] , никотин [31] , бактериальные эндотоксины [32] , или активные формы кислорода (АФК) [33] [34] [35] , которые имеют основополагающее значение для повреждения тканей и сигнализации клеточного стресса. Широкий спектр потенциально вредных стимулов, активирующих TRPA1, привел к мысли, что TRPA1 действует как молекулярный сенсор клеточного стресса и повреждения тканей [36] .

    TRPM3 представляет собой вредный активируемый теплом канал, экспрессируемый в большом подмножестве сенсорных нейронов DRG и TG вместе с ноцицепторами [37] . Его порог активации немного сдвинут в сторону более высоких температур по сравнению с TRPV1, и он также может быть активирован нейростероидом прегненолона сульфатом или более эффективным синтетическим агонистом CIM0216 [38] . Мыши, лишенные каналов TRPM3, обнаруживают нарушение в поведении уклонения от вредного тепла, а также в развитии тепловой гипералгезии [37] .Сходным образом, фармакологическая блокада TRPM3 вызывает дефицит чувствительности к вредному теплу у мышей [39] . Интересно, что удаление генов TRPV1 и TRPM3 не полностью подавляет поведение избегания вредного тепла, указывая на то, что должны существовать дополнительные механизмы обнаружения. Только когда TRPV1, TRPM3 и TRPA1 удалены, у мышей полностью исчезают острые вредные тепловые реакции, чтобы избежать ожогов в анализе с погружением хвоста [28] . Недавняя работа показала, что TRPM2 лежит в основе ответов на остаточное тепло (выше 45°C) в диссоциированных первичных сенсорных нейронах.Его роль в болезненном восприятии тепла in vivo еще предстоит выяснить.

    TRPM8 был первым охарактеризованным термо-TRP-каналом, активируемым холодом, так как его проводимость резко возрастает при понижении температуры [43] [44] . В то же время было обнаружено, что он активируется природными соединениями, вызывающими ощущение «свежести», такими как эвкалиптол, ментол [44] и более мощный агонист ицилин. TRPM8 экспрессируется в субпопуляции Aδ- и C-волокон, исходящих из сенсорных нейронов малого диаметра DRG и TG [43] .Несколько функциональных анализов установили, что около 20% нейронов DRG, экспрессирующих TRPM8, также реагировали на агонист TRPV1 капсаицин, несмотря на отсутствие экспрессии CGRP или вещества P, известных маркеров ноцицепторной идентичности. Поразительно, что эта пропорция повышается до 45% в TG TRPM8-позитивных нейронах, иннервирующих роговицу, в то время как большинство из них также экспрессирует вещество P [45] . Вскоре после первых характеристик TRPM8-нулевых мышей стало ясно, что ионный канал TRPM8 является центральным действующим лицом при слабой термочувствительности холода [46] [47] [48] .

    В дополнение к каналам преобразователя, которые лежат в основе генерации рецепторного потенциала, сенсорные нервные волокна экспрессируют большое разнообразие потенциалзависимых и лигандзависимых ионных каналов, в первую очередь потенциалзависимые натриевые каналы (Navs), потенциалзависимые калиевые каналы (Kvs), потенциалзависимые -управляемые кальциевые каналы (VGCC) и управляемые гиперполяризацией циклические нуклеотидные (HCN) каналы. Эти ионные каналы определяют возбудимость нервных окончаний, опосредуя формирование нервных импульсов, которые передаются сенсорным нейронам второго порядка в ЦНС [49] .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.