14 ―― 亜鉛栄養治療

総 説

7巻1号

2016

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温度感受性 TRP チャネルと亜鉛による制御
自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター 細胞生理研究部門

要富永真琴

約TRP チャネルは様々な細胞で細胞外センサーとして機能し，ヒトに存在する 6 サブファミ
リ ー 27 の TRP チ ャ ネ ル の う ち 11（TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPM2, TRPM3,TRPM4, TRPM5, TRPM8, TRPA1, TRPC5）は，温度によって活性化することから温度感受性 TRP チャネルと呼ばれている．この 11 の温度感受性 TRP チャネルのうち，カプサイシン受容体 TRPV1，ワサビ受容体 TRPA1，温かい温度で活性化する TRPM2, TRPM5 は亜鉛による活性制御が報告されている．TRPM5 について，私たちは亜鉛によって TRPM5 活性化が抑制される（IC50 4.3μM）ことを明らかにし，その抑制に関わる 3 つのアミノ酸残基を同定した．温度感受性 TRP チャネルは様々な生理機能に関わることが明らかにされつつあり，その生理機能と亜鉛イオンによる制御との研究の進展が期待される．
KEY WORDS

図１

ヒト TRP チャネルの分子系統樹

アミノ酸置換数を JTT 法により推定し，最小進化法により分子系統樹を作成した．各枝の数値は統計的な信頼性（ブートストラップ値）を表している．ヒトでは TRPC2 が偽遺伝子となっているので，マウス TRPC2 を用いた．scale：遺伝的距離（アミノ酸置換率）．

亜鉛，温度感受性 TRP チャネル，TRPV1，TRPA1，TRPM2，TRPM5
表１

温度感受性 TRP チャネルの発現部位，有効刺激と亜鉛による制御

発現部位

はじめに機械刺激，温度刺激等が含まれる．細胞外環境に直接接する膜蛋白質は細胞膜センサーとして細胞細胞は，それを取り巻く環境の変化の中で，そ感覚に重要な役割を果たしているが，特に TRPの環境情報を他のシグナルに変換し，細胞質・核チャネルは化学物質刺激・物理刺激のセンサーとや周囲の細胞に伝達することによって環境変化にして注目を浴びている．

ダイナミックに対応している．さらに，細胞で得trp 遺伝子は 1989 年にショウジョウバエの光られた感覚情報は生物個体の生存適応に必要不可受容応答変異株の原因遺伝子として発見され，欠な個体の感覚情報へと統合される．特に，視覚，trp 変異株において光刺激に対する受容器電位

聴覚，味覚，嗅覚等では細胞で得られる感覚情報（receptor potential）変化が一過性（transient）であTRPA1

主に感覚神経TRPV1

感覚神経ほか

TRPM2
TRPM5

主な活性化刺激（温度以外）
アリルイソチオシアネート（ワサビ）、シナモアルデヒド（シナモン），アクロレイン（タバコの煙）等の侵害刺激
カプサイシン，プロトン，43 度以上の熱刺激等の侵害刺激

亜鉛の効果
活性化
抑制

感 覚 神 経， 脳 神 経， 膵 臓，cADP, cADPR, 細胞内 Ca2+

抑制膵臓，味細胞ほか

抑制

マクロファージほか

細胞内 Ca2+はそのまま個体の感覚情報となる．細胞外環境情ることから命名された．trp がコードする蛋白質（vanilloid）, T R P M L（ m u c o l i p i n ）, TRPPネル」と電気生学的に括られていた一群のチャネ報は大きく化学物質情報と物理情報に分けられて（TRP）の多くはカルシウム透過性の高い非選択（polycystin）, TRPA（ankyrin）, TRPN（nompC）

ルの分子実体が明らかになったことで，その生理おり，化学物質にはイオン，アミノ酸，蛋白質，性陽イオンチャネルを形成している．遺伝子解析に分けられるが，哺乳類には TRPN サブファミ的意義が細胞，種を越えて議論できるようになっ

脂質等に加えて，匂い，フェロモン，味物質などの結果，図１に示すように多くの TRP ホモログ

リーはなく 28 のチャネルが，そしてヒトではてきた．カルシウム透過性が高いためにチャネルの低分子有機化合物からガス（一酸化窒素や二酸が同定され，TRP イオンチャネルスーパーファ

TRPC2 が偽遺伝子となっており 27 のチャネルが開口によるカルシウム流入が細胞内の様々なカル２）化炭素）にいたるまで多岐にわたる物質が含まれ，

ミ リ ー は 7 つ の サ ブ フ ァ ミ リ ー：TRPC．
6 つのサブファミリーを構成している （図１）

シウム依存性経路を活性化し，神経細胞において物理情報には電位変化，容積変化，光，浸透圧，（ c a n o n i c a l ）, T R P M（ m e l a s t a t i n ）, T R P V

それまで「カルシウム・ナトリウム透過性チャは脱分極から細胞興奮をもたらす．特に，感覚神16 ―― 亜鉛栄養治療

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経では侵害刺激を受容する（侵害刺激を電気信号質 nanodisc 内での構造が明らかにされ，温度にに変換する）最も簡単で有効的なメカニズムは陽よるチャネル開口に膜脂質が関与するモデルが提イオンの流入がもたらす脱分極によって電位作動

１）

唱されている ．ラットの気管支に分布するされる炎症環境においては，TRPM2 チャネルが３．TRPM2

体温レベルの温度で活性化するようになることでTRPM2 は種々の温度依存的な生理応答に重要
２）

細胞内のカルシウム濃度を上昇させて免疫応答を性ナトリウムチャネルを活性化させて活動電位をTRPV1 の酸による活性化が亜鉛によって抑制さであり ，さらに，最近，感覚神経や視床下部神増強すると考えられる．実際に，TLR2 リガンド発生させることであり，その陽イオンの流入を司れるとする報告がある15）（表１）．

経に発現する TRPM2 が温かい温度感知やそれにであるザイモサン刺激で惹起されるサイトカイン基づく生理機能に関わることが報告されて注目を遊離は TRPM2 欠損マクロファージで減弱しておる陽イオン透過性のイオンチャネルの中心的分子４）群の１つが TRP イオンチャネルである ．そして，11 の TRP チ ャ ネ ル（TRPV1, TRPV2,．TRPM2 はカルボキシル末端にり，ザイモサン貪食能も TRPM2 の発現と温度に刺激物質β-NAD や ADP リボースの結合部位が依存して増強した．炎症は血管拡張による局所温浴びている

２．TRPA1

９,11）

TRPV3, TRPV4, TRPM2, TRPM3, TRPM4,

17 度以下の侵害性冷刺激によって活性化されあり，温度とリガンドの同時刺激で活性が増強す度の上昇を伴うが，炎症部位の冷却が症状の軽減

TRPM5, TRPM8, TRPA1, TRPC5）に温度感受性

る新たな温度感受性 TRP チャネルとして 2003

る．膵臓の・細胞では深部体温下で常に活性化し，に有効であることはこの現象からも理解しやすがあることが報告されている（表１）．

年に報告された TRPA1 は，主に感覚神経細胞にインスリン分泌に寄与することが示されており，い．また，マクロファージに発現する TRPM2 は，12）．

ケモカイン遊離およびそれに伴う炎症部位への好受容に深く関わっている ．また，マスタード，TRPM2 欠損マウスでは，小腸から分泌されるイ中球の遊走を亢進すること，脊髄ミクログリアに発現し TRPV1 との共発現が観察され，侵害刺激４）

１．TRPV1

TRPM2 欠 損 マ ウ ス は 耐 糖 能 異 常 を 示 すシナモン，生ニンニクの成分であるそれぞれ allyl

ンスリン放出を促すインクレチンホルモンによる発現する TRPM2 の活性が炎症性疼痛モデルおよ1997 年に遺伝子クローニングされたトウガラ

isothiocyanate，cinnamaldehyde，allicin な ど に膵臓からのインスリン分泌が阻害されており，膵び神経障害性疼痛モデルにおいて機械刺激痛覚過シの主成分であるカプサイシンの受容体 TRPV1

よって TRPA1 が活性化されることが報告され臓の機能に大きく関わることが明らかになってい敏を増悪させることが示されている．一方で，は，主に無髄の C 線維に発現しており，カプサた．このことはマスタードオイル等による炎症やる．TRPM2 は，レドックス感受性を持つ TRP チャ

TRPM2 は活性酸素の産生を抑制するネガティブ

イシンと同様に痛みを惹起する熱や酸（プロトン）

熱性痛覚過敏の発症のメカニズムとして考えられネルのひとつであるが，リンパ球からミクログリフィードバック機構にも関わることが報告されて４）によっても活性化する ．この TRPV1 の性質はる．加 え て，tetrahydrocannabinol（THC）, 2-APB,アまで免疫細胞に広く発現することから，炎症といることから，レドックスシグナルと TRPM2 機

カプサイシン感受性の侵害受容神経が複数の刺激

acrolein, folmaldehyde 等 の aldehydes, methylの関連が数多く報告されている．私たちはこれま能が協調的に免疫機能を調節しており，そのバラ2+に応答する（polymodal nociceptors）
ことと合致すparaben, Ca イ オ ン な ど 非 常 に 多 く の 物 質 にでに，過酸化水素がアミノ末端のメチオニン残基ンスの破綻が炎症の慢性化に関わると考えられる．TRPV1 の熱による活性化の温度閾値は約 43よって活性化することが報告されている．その多（Met214）を酸化して TRPM2 の活性化温度閾値

る．この TRPM2 のレドックスセンサーとしての度で生体に痛みを引き起こす温度閾値とほぼ一致

くは痛みを惹起する物質として知られており，を低下させて熱刺激に対する応答性を増強させる

機能は，膵臓でのグルコース依存性のインスリンしている．カプサイシン，プロトン，熱という３TRPA1 が侵害刺激受容に関与することは明らか

つ の TRPV1 の 有 効 刺 激 に 加 え て， 複 数 のである．最近ではヒスタミン非依存性の痒みの発

TRPV1 の内在性リガンドの候補が報告されてい生やオキサリプラチンのような抗がん剤による痛る．TRPV1 を発現した細胞を用いた電気生理学みにも関与することが報告されている．TRPA1的解析に加え，TRPV1 欠損マウスの行動解析にが 侵 害 刺 激 受 容 体 と し て 機 能 す る こ と は，よって個体レベルでも TRPV1 が複数の侵害刺激

TRPA1 欠損マウスの行動解析によっても確かめの受容体として機能していることが確認されていられている．しかし，明らかになった TRPA1 刺るが，TRPV1 欠損マウスの最も顕著な表現型は激物質は冷感をもたらさない．また，TRPA1 が熱性痛覚過敏の減弱であり，TRPV1 が炎症性疼冷刺激によって活性化しないとする報告もあり，痛の発生に強く関わっていることと合致する．

TRPA1 欠損マウスの解析からも TRPA1 の冷刺2+

TRPV1 を介して流入した Ca が複合体を形成す2+までの TRPA1 は熱センサーとして機能する８）．

を活性化してクロライドイオン流出からさらなる亜鉛イオンは TRPA1 チャネルのポアを通過して脱分極を引き起こすことが明らかになっており，

細 胞 内 に 流 入 し， 細 胞 内 ド メ イ ン に 結 合 し て新たな痛み増強メカニズムとして注目されている

TRPA1 を活性化することが明らかになっている

10）

３）

析から TRPV1 のほぼ全体の構造が 3.4Åの解像れる（表１）．

度で明らかにされた ７）．さらに，2016 年には脂ことを明らかにした ．つまり，活性酸素が産生

図２

放出にも関わっている６）．TRPM2 チャネル活性TRPM5 チャネル電流の ZnCl2 による抑制

激感受性に結論は得られていない．昆虫から鳥類

る Ca 活性化クロライドチャネル anoctamin 1．2013 年に低温電子顕微鏡を用いた単粒子解５）．亜鉛による疼痛のメカニズムの一つと考えら

HEK293 細胞に発現させた mouse TRPM5 のステップパルスによる電流（ステップパルスプロトコールは左に示す）は，25度で 20μM ZnCl2 によって著しく抑制された．細胞内 Ca2+ 500nM．

18 ―― 亜鉛栄養治療7巻1号

201619は細胞外から亜鉛によって抑制されると報告され14）．ている （表１）

TRPM5 電流の抑制は電位依存性がなく，-80 ｍV

図４ZnCl2 による TRPM5 抑制に関わるポアループのアミノ酸で観察される TRPM5 電流抑制の IC50 値は 4.3μMであった．TRPM5 のチャネル活性は温度上昇に伴って増強したが，その増強も亜鉛によって著し４．TRPM5く抑制された（図３）．細胞外のマイナス電荷を

TRPM5 は 15 ～ 35 度の温度帯で活性が上昇すもつアミノ酸に作用すると推定して点変異体を用

２）る ．活性化には温度に加えて細胞内 Ca の上いて解析したところ，TRPM5 のポアループにあ昇（500nM 以上）が必須である．TRPM5 チャネル

る His896, Glu926, Glu939 が亜鉛による抑制に関

2++は Na 透 過 性 が あ る が，Ca2+を 通 さ な い．

わることが明らかとなった（図４）．TRPM5 は，

TRPM5 欠損マウスもインスリン分泌が障害され味覚のみならず膵臓からのインスリン放出等，さて耐糖能異常を示すことが知られている．また，まざまな生理機能に関わることが報告されておTRPM5 は II 型味細胞に発現が見られ，TRPM5り，それら生理機能と亜鉛との関連の解析が待た欠損マウスでは甘味応答の温度依存的増強が見られる．

れなかったことから，「温かいと甘味が増す」現
象に味覚受容体下流での TRPM5 活性化が関わっていると考えられている．しかし，ヒト疾患でのTRPM5 遺伝子異常は明らかになっていない．

おわりに
温度感受性 TRP チャネルは様々な生理機能にHEK293 細胞に発現させた TRPM5 電流は 20関わることが明らかにされつつあり，その生理機μM の細胞外亜鉛イオンによってほぼ完全に抑能と亜鉛イオンによる制御との研究の進展を願っ（ 表 １）（ 図 ２）．この亜鉛による制 さ れ た13）ている．

図３

複数の温度における TRPM5 チャネル電流の ZnCl2 による抑制

HEK293 細胞に発現させた mouse TRPM5 のステップパルスによる電流は，20 度，25 度，32 度において電位非依存的に 30μM（-80mV と +160ｍV での抑制を示す）*, p < 0.05, **, p < 0.01 vs. Control. ##, p < 0.01 vs. 20 oC.
ZnCl2 によって著しく抑制された．
細胞内 Ca2+ 500nM．

TRPM5 の膜トポロジーモデルとポアループ（第 5,6 膜貫通ドメイン間の細胞外ループ）のアミノ酸配列．ヒスチジン 896，グルタミン酸 926，グルタミン酸 939 が亜鉛による TRPM5 抑制に関与する．TM（trans membrane）

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2016

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献 ― ――――――――

Regulation of TRP channel function by zinc１）Gao Y, Cao E, Julius D, et al：TRPV1 structures

９）Song K, Wang H, Kamm GB, et al：The TRPM2

in nanodiscs reveal mechanisms of ligand and lipid

channel is a hypothalamic heat sensor that limits

action. Nature 534：347-351, 2016

fever and can drive hypothermia. Science 353：

２）Gees M, Owsianik G, Nilius B, et al： TRPchannels. Comp Physiol 2：563-608, 2012

1393-1398, 201610）Takayama Y, Uta D, Furue H, et al：Pain-

３）Hu H, Bandell M：Zinc activates damage-enhancing mechanism through interaction between

sensing TRPA1 ion channels. Nat Chem Biol. 5：

TRPV1 and anoctamin 1 in sensory neurons. Proc183-190, 2009

Natl Acad Sci USA 112：5213-5218, 2015４）Julius D：TRP channels and pain. Annu Rev
Cell Dev Biol 29：355-384, 201311）Tan CH, McNaughton PA：The TRPM2 ionchannel is required for sensitivity to warmth.

５）Kashio M, Sokabe T, Shintaku K, et al：Redox

Nature 536：460-463, 2016

signal-mediated sensitization of Transient Receptor12）Uchida K, Tominaga M：The role of TRPM2 in

Potential Melastatin 2（TRPM2）to temperature

pancreatic beta-cells and the development ofaffects macrophage functions. Proc Natl Acad Scidiabetes. Cell Calcium 56：332-339, 2014

USA 109：6745-6750, 201213）Uchida K, Tominaga M：Extracellular zinc ion

Makoto Tominaga
Division of Cell Signaling, Okazaki Institute for Integrative Bioscience(National Institute for Physiological Sciences), National Institutes of Natural Sciences
The transient receptor potential (TRP) channel superfamily includes a large number of proteins that
constitute 7 subfamilies (TRPC, TRPV, TRPM, TRPML, TRPN, TRPA and TRPP), and there are 27
ion channels in 6 families in humans. These channels have been strongly conserved evolutionarily.
The family was first cloned from a mutant Drosophila strain in which receptor potentials in the eyewere transient upon light stimulation. Some of the TRP channels respond to a wide variety of sensory
stimuli, including chemicals and temperature changes. Thus, they are termed“thermosensitive”TRP
channels (TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPM2, TRPM3, TRPM4, TRPM5, TRPM8, TRPA1.
TRPC5).

Among the 11 thermosensitive TRP channels, TRPV1, TRPA1, TRPM2, TRPM5 are known

to be regulated by Zn2+. TRPA1 is activated by zinc while TRPV1, TRPM2 are inhibited by Zn2+.

６）Kshio M, Tominaga M：Redox Signal-mediatedregulates TRPM5 activation through its interaction

Enhancement of the Temperature Sensitivity ofwith a pore loop domain. J. Biol. Chem. 288：

TRPM5 channel is a monovalent cation channel activated by intracellular Ca2+, and was inhibited byTransient Receptor Potential Melastatin 225950-25955, 2013

physiological concentrations of extracellular Zn2+. The inhibition involves His896, Glu926 and Glu939 in（TRPM2）Elevates Glucose-induced Insulin

14）Yang W, Manna PT, Zou J, et al：ZincSecretion from Pancreatic Islets. J Biol Chem

inactivates melastatin transient receptor potential

290：12435-12442, 2015

2 channels via the outer pore. J Biol Chem. 286：７）Liao M, Cao E, Julius D, et al：Structure of theTRPV1 ion channel determined by electron cryomicroscopy. Nature 504：107-112, 201323789-23798, 201115）Vysotskaya ZV, Moss CR, Gu Q：Differential
regulation of ASICs and TRPV1 by zinc in rat８）Saito S, Tominaga M：Functional diversity andevolutionary dynamics of thermoTRP channels.

bronchopulmonary sensory neurons. Lung. 192：927-934, 2014

Cell Calcium 57：214-221, 2015

◆富永真琴略歴
1984 年		愛媛大学医学部卒業，京都大学附属病院内科研修医，浜松労災病院循環器内科医
1992 年		
京都大学大学院医学研究科博士課程修了
1993 年		
自然科学研究機構生理学研究所助手
1996 年		カリフォルニア大学サンフランシスコ校博士
研究員
1999 年		
筑波大学基礎医学系講師
2000 年		
三重大学医学部教授（生理学第一講座）
2004 年		自然科学研究機構岡崎統合バイオサイエンスセンター（生理学研究所）教授

the pore loop between the 5th and 6th transmembrane doamins. Zn2+ is a TRPM5 inhibitor and theinhibition might be related to its physiological functions.
Key words：zinc, thermosensitive TRP channel, TRPV1, TRPA1, TRPM2, TRPM5