TRPM7 通道介导镉对肺细胞的细胞毒性及作为潜在治疗靶点的研究

镉（Cd2+）是常见呼吸污染物，其肺细胞毒性机制尚不明确。本研究通过电生理、基因编辑（CRISPR/Cas9）及细胞毒性实验，发现 TRPM7 通道在人肺腺癌 A549 细胞和小鼠原代肺泡 Ⅱ 型（ATII）细胞中介导 Cd2+内流，抑制或敲除 TRPM7 可显著减轻 Cd2+毒性，为镉中毒防治提供新靶点。

　　

镉（Cd²⁺）作为一种毒性极强的环境污染物，广泛存在于空气、水和土壤中，尤其对呼吸系统危害显著，是吸烟人群肺部疾病的重要诱因。长期暴露于 Cd²⁺可引发慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺纤维化及肺癌等，但 Cd²⁺进入肺细胞的具体机制一直未完全阐明。既往研究对 TRPM7 通道（瞬态受体电位阳离子通道亚家族 M 成员 7，一种兼具离子通道和激酶结构域的双功能蛋白）在 Cd²⁺转运中的作用存在争议，部分研究显示其可能参与 Cd²⁺摄取，但在不同细胞类型中的表现不一致，因此亟需深入探究 TRPM7 在肺细胞中的具体作用。

德国慕尼黑大学（LMU Munich）及德国肺研究中心（DZL）的研究团队针对这一科学问题展开研究，旨在明确 TRPM7 通道是否为肺细胞摄取 Cd²⁺的关键途径，并评估其作为治疗靶点的潜力。研究成果发表于《Archives of Toxicology》，为镉诱导的肺部毒性机制及干预策略提供了重要科学依据。

研究主要采用以下关键技术方法：

1. 电生理技术（膜片钳）：检测 A549 细胞和原代 ATII 细胞的内源性 TRPM7 电流，分析通道活性及 Cd²⁺对其影响。
2. 基因编辑技术（CRISPR/Cas9）：构建 TRPM7 基因敲除（KO）的 A549 细胞株，验证 TRPM7 缺失对 Cd²⁺毒性的影响。
3. 药理学抑制：使用 TRPM7 特异性抑制剂 NS8593 和 VER155008，评估药物干预对 Cd²⁺细胞毒性的缓解作用。
4. 细胞 viability 检测（中性红法）：量化 Cd²⁺暴露后细胞存活率，分析 TRPM7 在毒性中的剂量依赖性作用。

研究结果

1. 肺细胞中 TRPM7 通道的内源性表达与功能验证

通过膜片钳实验发现，人肺腺癌 A549 细胞和小鼠原代肺泡 Ⅱ 型（ATII）细胞均表现出典型的 TRPM7 电流特征，其电流 - 电压（I-V）关系呈外向整流，且可被 TRPM7 基因敲除（CRISPR/Cas9）或抑制剂（NS8593、VER155008）完全阻断。值得注意的是，与其他细胞类型不同，A549 细胞在 TRPM7 失活后仍能维持正常增殖，表明其对 TRPM7 的依赖性较低，适合作为研究毒性机制的模型。

2. TRPM7 缺失或抑制可显著减轻 Cd²⁺对肺细胞的毒性

在 A549 细胞中，野生型（WT）细胞暴露于 Cd²⁺后出现明显的细胞死亡特征（如贴壁能力丧失、细胞形态皱缩），而 TRPM7 KO 细胞对 Cd²⁺的敏感性显著降低，半致死浓度（LC₅₀）从野生型的约 20 μM 升至 50 μM 以上。药理学实验显示，NS8593 和 VER155008 预处理可剂量依赖性地逆转 Cd²⁺诱导的细胞毒性，进一步证实 TRPM7 通道是 Cd²⁺进入肺细胞的主要途径。

3. 原代 ATII 细胞中 TRPM7 对 Cd²⁺毒性的调控作用

在更接近生理状态的小鼠原代 ATII 细胞中，同样观察到内源性 TRPM7 电流，且其活性可被抑制剂阻断。Cd²⁺暴露显著降低 ATII 细胞存活率，而 TRPM7 抑制剂 NS8593 可完全逆转这一效应，提示 TRPM7 在肺泡上皮细胞的 Cd²⁺毒性中起关键作用。

研究结论与讨论

本研究证实，TRPM7 通道是肺细胞摄取 Cd²⁺的主要分子机制，其缺失或抑制可显著减轻 Cd²⁺诱导的细胞毒性。这一发现不仅解决了既往研究中 TRPM7 在 Cd²⁺毒性中的争议，更揭示了 TRPM7 在呼吸系统重金属中毒中的关键作用。由于 Cd²⁺暴露与多种肺部疾病密切相关，靶向 TRPM7 可能为防治镉中毒相关肺损伤提供新策略，例如开发特异性抑制剂以阻断 Cd²⁺内流，减轻毒性效应。

此外，研究还发现 A549 细胞在 TRPM7 失活后仍能正常生长，这与其他细胞类型（如成骨细胞、T 细胞）中 TRPM7 缺失导致生长停滞的现象不同，提示 TRPM7 的功能具有细胞类型特异性。这一特性为后续研究提供了重要线索，即需进一步探索肺细胞中 TRPM7 的独特调控机制，以及其与其他金属离子（如 Mg²⁺、Zn²⁺）稳态的关系。

综上所述，该研究不仅阐明了 TRPM7 在 Cd²⁺肺毒性中的核心作用，还为开发针对重金属中毒的靶向治疗提供了实验依据，具有重要的科学意义和临床转化潜力。