曹敏玲　王　慧

貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院，貴州　貴陽(yáng)　550002

?

P2X7受體與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究進(jìn)展

曹敏玲王慧*

貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550002

P2X7受體及其介導(dǎo)的信號(hào)通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用，P2X7受體可能成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病潛在的藥物靶點(diǎn)。本文就P2X7受體與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化、抑郁癥和失眠等的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

P2X7受體；信號(hào)通路；中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

胞外核苷酸P2嘌呤受體近年來(lái)成為學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，分為離子通道P2X受體和G蛋白偶聯(lián)P2Y受體兩大類。從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中已克隆出七種P2X受體的亞型(P2X1-7)，而P2X7受體(P2X7 receptor,P2X7R)的結(jié)構(gòu)和功能跟其他亞型相比有顯著差異。P2X7R在多種病理狀態(tài)下表達(dá)上調(diào)，本文就P2X7R與帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化、抑郁癥和失眠等中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)疾病的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述如下。

1　P2X7受體簡(jiǎn)介

三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)作為中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其受體根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制分為兩類：離子通道P2X受體和G蛋白偶聯(lián)P2Y受體。P2X受體是以ATP為配體的離子門控通道，目前已確認(rèn)存在7個(gè)不同的亞型，它們具有相同的一般結(jié)構(gòu)：即氨基端和羧基端均在胞內(nèi)，2個(gè)跨膜區(qū)和1個(gè)包含10個(gè)半胱氨酸殘基的胞外環(huán)結(jié)構(gòu)。P2X7R是由595個(gè)氨基酸組成，為2次跨膜蛋白，ATP結(jié)合位點(diǎn)在胞外環(huán)上。P2X7R與P2X受體的其他亞型有35%～40%的同源性，其羧基端區(qū)是P2X受體家族成員中最長(zhǎng)的，由239個(gè)氨基酸構(gòu)成，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)將直接影響P2X7R的功能調(diào)節(jié)。P2X7R容易形成多聚體結(jié)構(gòu)，通常以三聚體的方式分布在細(xì)胞膜上。

P2X7R在體內(nèi)分布極為廣泛，于血液中表達(dá)最為顯著，如巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等。在CNS內(nèi)，神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中檢測(cè)到P2X7R的存在[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠皮質(zhì)、海馬、腦干、伏核、脊髓[2]和人類腦組織均出現(xiàn)P2X7R mRNA的表達(dá)。P2X7R為雙功能受體，激活P2X7R需要更高濃度的ATP。P2X7R在較低濃度或短時(shí)間激動(dòng)劑刺激時(shí)引起非選擇性陽(yáng)離子內(nèi)流，在較高濃度或長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)刺激時(shí)形成質(zhì)膜孔道，允許分子質(zhì)量900Da以下的分子和離子通透，表明P2X7R有可能具備跟其他離子通道受體不同的特殊功能[3]。

2　P2X7受體介導(dǎo)的信號(hào)通路

P2X7R活化的主要信號(hào)是細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，隨后激活多種復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生不同功能。有研究發(fā)現(xiàn)，在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，P2X7R介導(dǎo)的磷脂酶D的活化依賴于胞外高濃度鈣離子條件，蛋白激酶C可能在這個(gè)活化過程中起到重要作用。P2X7R激活后可引起巨噬細(xì)胞或小膠質(zhì)細(xì)胞釋放白介素(interleukin，IL)-1β，隨之啟動(dòng)核因子(nuclear factor ，NF)-κB的基因表達(dá)，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯后引發(fā)一系列免疫反應(yīng)[4]。絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MARK)分布廣泛， P2X7R介導(dǎo)P38、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular-regulated kinase，ERK)、Jun-氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)3條主要MARK信號(hào)通路的激活。P2X7R在多種細(xì)胞通過特定的蛋白酪氨酸激酶活化MARK信號(hào)通路。P2X7R還可以激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)下游的細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞存活。鈣依賴磷酸酶/T細(xì)胞活化核因子被P2X7R激活后，引起誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible NOS,iNOS)和環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)-2等促炎因子的生成和釋放[5]。P2X7R激活后介導(dǎo)多種信號(hào)通路，并參加炎性和免疫反應(yīng)過程，導(dǎo)致細(xì)胞受損乃至凋亡[6]，成為相關(guān)疾病病理進(jìn)展的關(guān)鍵因素。

3　P2X7受體與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

P2X7R廣泛存在CNS中并發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，產(chǎn)生復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)。CNS疾病如帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化、抑郁癥和失眠等病理過程與P2X7R關(guān)系密切，提示P2X7R可能成為CNS疾病未來(lái)治療的新靶點(diǎn)。

3.1帕金森病(Parkinson′s disease,PD)PD作為一種多見的CNS退行性疾病，其發(fā)病率與年齡的增長(zhǎng)呈正相關(guān)，典型癥狀包括靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)平衡障礙。對(duì)于PD患者的發(fā)病，現(xiàn)一般認(rèn)為與遺傳因素、年老、情緒因素、抗PD藥物的影響及腦內(nèi)多巴胺、去甲腎上腺素、乙酰膽堿等神經(jīng)遞質(zhì)的異常變化有關(guān)。α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-Syn)是PD遺傳發(fā)病的關(guān)鍵因素，它可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞，引起多巴胺能神經(jīng)元死亡。有研究表明[7]，通過細(xì)胞外α-Syn對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7R的刺激，引起PI3K/AKT通路激活和氧化應(yīng)激增加，調(diào)控該途徑可能成為預(yù)防和治療PD的有效思路。P2X7R激活后誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞合成以及釋放多種細(xì)胞因子與信號(hào)分子是引起多巴胺能神經(jīng)元退變的主要原因[8]。另外，受損的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元P2X7R在長(zhǎng)時(shí)間較高濃度ATP的刺激作用下形成質(zhì)膜孔道，結(jié)果導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元變性、壞死。有文獻(xiàn)指出[9]，P2X7R可能通過破壞細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，調(diào)節(jié)IL-1β的釋放等影響黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的退化過程。P2X7R拮抗劑A-438079能抑制BzATP[2′-3′-O-(4-benzoylbenzoyl)-ATP]誘導(dǎo)的IL-1β釋放和P2X7R質(zhì)膜孔道的形成，它可減少6-羥多巴胺導(dǎo)致的紋狀體多巴胺消耗，因此，P2X7R的阻斷對(duì)PD紋狀體多巴胺起保護(hù)作用[10]。

3.2阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)AD是好發(fā)于老年人群的進(jìn)行性發(fā)展的疾病，主要病理變化為大腦皮質(zhì)彌漫性萎縮、以β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)為主要成分的老年斑和以過度磷酸化的tau蛋白為重要組成部分的神經(jīng)元纖維纏結(jié)。AD的病因目前尚未明確，有研究[11]指出其發(fā)病的關(guān)鍵因素是Aβ在腦內(nèi)的沉積，并誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化。

有研究顯示[12]，在成人AD患者大腦和Aβ1～42處理的人類胎兒小膠質(zhì)細(xì)胞，P2X7R的表達(dá)水平顯著提高。腦內(nèi)Aβ沉積可使P2X7R表達(dá)增強(qiáng)，激活P2X7R的小膠質(zhì)細(xì)胞通過產(chǎn)生活性氧和神經(jīng)毒性炎癥物質(zhì)介導(dǎo)神經(jīng)元死亡。P2X7R通過減少IL-1β釋放和抑制COX通路來(lái)增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ1～42的吞噬作用[13]。Aβ能刺激野生型小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加、ATP釋放、IL-1β分泌和細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)，對(duì)P2X7R基因敲除小鼠則沒有觀察到此現(xiàn)象；同樣在野生型小鼠海馬內(nèi)注射Aβ會(huì)引起IL-1β大量堆積而P2X7R基因敲除小鼠則沒有出現(xiàn)同等情況[14]，提示P2X7R是Aβ激活小膠質(zhì)細(xì)胞過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有研究表明，ERK1/2、JNK和糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3,GSK3)作為主要信號(hào)途徑涉及P2X7R依賴的α-分泌酶活性[15-16]。P2X7R 489C>T單核苷酸多態(tài)性降低了約四倍患有AD的概率[17]，以上發(fā)現(xiàn)對(duì)深入了解AD的生理及其治療意義深遠(yuǎn)。

3.3肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)ALS是一種發(fā)病機(jī)制尚未明確，以選擇性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元變性丟失、進(jìn)行性癱瘓為特點(diǎn)的疾病。谷氨酸的堆積、超氧化物歧化酶-1(superoxide dismutase-1,SOD1)基兇突變、情緒障礙等可能是出現(xiàn)ALS的危險(xiǎn)因素。在ALS的動(dòng)物模型中，表達(dá)超氧化物歧化酶1突變體(SOD1G93A)的星形膠質(zhì)細(xì)胞能誘發(fā)神經(jīng)炎性反應(yīng)，推動(dòng)疾病進(jìn)展過程甚至引發(fā)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元凋亡。有研究表明[18]，由ATP或P2X7R激動(dòng)劑BzATP反復(fù)刺激導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞SOD1G93A具有神經(jīng)毒性，誘發(fā)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡，該作用能被P2X7R選擇性拮抗劑亮藍(lán)G抑制。加入P2X7R抑制劑或增加胞外降解ATP的酶，能完全清除星形膠質(zhì)細(xì)胞SOD1G93A對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的毒性。以上表明P2X7R激活脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞引起的神經(jīng)毒性會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡，進(jìn)而提示P2X7R抑制劑可能通過星形膠質(zhì)細(xì)胞減少ALS的神經(jīng)炎性反應(yīng)。然而，有研究證明[19]，SOD1G93A小鼠進(jìn)行P2X7R敲除后，ALS的發(fā)病和疾病進(jìn)展明顯加速惡化，提示該受體可能至少在疾病的某些階段產(chǎn)生有益的影響。因此，P2X7R在ALS的病理過程中發(fā)揮復(fù)雜的雙重作用，這種作用可能通過影響疾病的神經(jīng)炎癥成分為治療ALS開辟新的途徑[20]。

3.4抑郁癥抑郁癥以明顯、持久的心境低落為主要臨床特征，是一種常見的情緒障礙綜合征。過度分泌的IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α，可能是抑郁癥的潛在致病因素之一[21]。脂多糖誘導(dǎo)的抑郁癥小鼠模型的IL-6、IL-1β和TNF-α的水平明顯上調(diào)，應(yīng)用大黃酚通過抑制P2X7/NF-κB信號(hào)通路，下調(diào)上升的IL-6、IL-1β和TNF-α從而發(fā)揮抗抑郁的作用[22]，提示調(diào)節(jié)P2X7R信號(hào)通路的相關(guān)蛋白可能為治療抑郁癥提供新的策略。研究表明[23]，P2X7R基因缺失后大量基因表達(dá)發(fā)生改變，其中包括Slc17a7、Nfatc1、Creb313等抑郁癥相關(guān)基因。激活P2X7R能快速釋放促炎性細(xì)胞因子，對(duì)P2X7R進(jìn)行基因敲除后小鼠表現(xiàn)出抗抑郁樣表型，表明P2X7R拮抗劑可能成為抑郁癥治療的潛在靶點(diǎn)[24]。

3.5失眠失眠是指入睡困難和維持睡眠障礙，在一定程度上影響患者的身心健康，越來(lái)越受到醫(yī)學(xué)行業(yè)和社會(huì)各界的關(guān)注。Lena Backlund等[25]對(duì)健康志愿者進(jìn)行睡眠剝奪，檢測(cè)到外周血單核細(xì)胞上P2X7R RNA的水平顯著升高，表明健康成年人睡眠剝奪會(huì)增加P2X7R的表達(dá)。James M等[26]研究表明P2X7R參與睡眠的調(diào)節(jié)，它的表達(dá)隨睡眠-覺醒周期變化，如果去除P2X7R則會(huì)降低睡眠剝奪誘導(dǎo)的睡眠反應(yīng)。另外，大鼠睡眠剝奪后P2X7R蛋白水平發(fā)生改變，并且經(jīng)過IL-1處理后影響P2X7R mRNA的表達(dá)。P2X7R被激活后引起膠質(zhì)細(xì)胞釋放IL-1，IL-1又反過來(lái)影響睡眠，提示P2X7R與失眠關(guān)系密切，可能通過調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞釋放IL-1來(lái)參與疾病的病理過程。

4　小結(jié)與展望

P2X7R及其介導(dǎo)的信號(hào)通路與CNS疾病關(guān)聯(lián)密切，P2X7R拮抗劑可能成為CNS疾病潛在的治療靶點(diǎn)。但由于不同物種對(duì)激動(dòng)劑或拮抗劑的敏感性不同，P2X受體亞型可能存在較大的變異，給研究帶來(lái)諸多不便。因此將有高度選擇性和安全有效的P2X7R的激動(dòng)劑或拮抗劑引入CNS疾病的研究非常關(guān)鍵。深入研究P2X7R，才有利于開發(fā)出治療多種CNS疾病的新型藥物。

[1]Sperlágh B, Illes P. P2X7 receptor: an emerging target in central nervous system diseases[J]. Trends in pharmacological sciences, 2014, 35(10): 537-547.

[2]Friedle S A, Brautigam V M, Nikodemova M, et al. The P2X7‐Egr pathway regulates nucleotide‐dependent inflammatory gene expression in microglia[J]. Glia, 2011, 59(1): 1-13.

[3]Volonte C, Apolloni S, D Skaper S, et al. P2X7 receptors: channels, pores and more[J]. CNS & Neurological Disorders-Drug Targets (Formerly Current Drug Targets-CNS & Neurological Disorders), 2012, 11(6): 705-721.

[4]Duan S, Neary J T. P2X7 receptors: properties and relevance to CNS function[J]. Glia, 2006, 54(7): 738-746.

[5]D Skaper S. Ion channels on microglia: therapeutic targets for neuroprotection[J]. CNS & Neurological Disorders-Drug Targets (Formerly Current Drug Targets-CNS & Neurological Disorders), 2011, 10(1): 44-56.

[6]Arulkumaran N, Unwin R J, Tam F W K. A potential therapeutic role for P2X7 receptor (P2X7R) antagonists in the treatment of inflammatory diseases[J]. Expert opinion on investigational drugs, 2011, 20(7): 897-915.

[7]Jiang T, Hoekstra J, Heng X, et al. P2X7 receptor is critical in α-synuclein-mediated microglial NADPH oxidase activation[J]. Neurobiology of aging, 2015, 36(7): 2304-2318.

[8]胡巨偉, 郭潔潔, 陳曉薇, 等. P2X7 受體在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)老年學(xué)雜志, 2014, 8: 139.

[9]Ferrari D, Pizzirani C, Adinolfi E, et al. The P2X7 receptor: a key player in IL-1 processing and release[J]. The Journal of Immunology, 2006, 176(7): 3877-3883.

[10]Marcellino D, Suárez-Boomgaard D, Sánchez-Reina M D, et al. On the role of P2X7 receptors in dopamine nerve cell degeneration in a rat model of Parkinson's disease: studies with the P2X7 receptor antagonist A-438079[J]. Journal of neural transmission, 2010, 117(6): 681-687.

[11]Tewari M, Seth P. Emerging role of P2X7 receptors in CNS health and disease[J]. Ageing research reviews, 2015, 24: 328-342.

[12]Lee H G, Won S M, Gwag B J, et al. Microglial P2X7 receptor expression is accompanied by neuronal damage in the cerebral cortex of the APPswe/PS1dE9 mouse model of Alzheimer's disease[J]. Experimental & molecular medicine, 2011, 43(1): 7-14.

[13]Ni J, Wang P, Zhang J, et al. Silencing of the P2X7 receptor enhances amyloid-β phagocytosis by microglia[J]. Biochemical and biophysical research communications, 2013, 434(2): 363-369.

[14]肖智(綜述), 潘貴書(審校). 腦內(nèi)P2X7受體研究進(jìn)展[J]. 癲癇與神經(jīng)電生理學(xué)雜志, 2011, 10(2):110-114.

[15]Delarasse C, Gonnord P, Galante M, et al. Neural progenitor cell death is induced by extracellular ATP via ligation of P2X7 receptor[J]. Journal of neurochemistry, 2009, 109(3): 846-857.

[16]Diaz-Hernandez J I, Gomez-Villafuertes R, León-Otegui M, et al. In vivo P2X7 inhibition reduces amyloid plaques in Alzheimer's disease through GSK3β and secretases[J]. Neurobiology of aging, 2012, 33(8): 1816-1828.

[17]Sanz J M, Falzoni S, Rizzo R, et al. Possible protective role of the 489C> T P2X7R polymorphism in Alzheimer's disease[J]. Experimental gerontology, 2014, 60: 117-119.

[18]Gandelman M, Peluffo H, Beckman J S, et al. Extracellular ATP and the P2X7 receptor in astrocyte-mediated motor neuron death: implications for amyotrophic lateral sclerosis[J]. Journal of neuroinflammation, 2010, 7(1): 33.

[19]Apolloni S, Amadio S, Montilli C, et al. Ablation of P2X7 receptor exacerbates gliosis and motoneuron death in the SOD1-G93A mouse model of amyotrophic lateral sclerosis[J]. Human molecular genetics, 2013:259.

[20]Apolloni S, Amadio S, Parisi C, et al. Spinal cord pathology is ameliorated by P2X7 antagonism in a SOD1-mutant mouse model of amyotrophic lateral sclerosis[J]. Disease Models and Mechanisms, 2014, 7(9): 1101-1109.

[21]Clark S M, Michael K C, Klaus J, et al. Dissociation between sickness behavior and emotionality during lipopolysaccharide challenge in lymphocyte deficient Rag2 mice[J]. Behavioural brain research, 2015, 278: 74-82.

[22]Zhang K, Liu J, You X, et al. P2X7 as a new target for chrysophanol to treat lipopolysaccharide-induced depression in mice[J]. Neuroscience letters, 2016, 613: 60-65.

[23]Cslle C, Andó R D, Baranyi M, et al. The role of P2X7 ATP receptors in the nervous system: potential implications in inflammatory and depression-like diseases[J]. BMC Pharmacology, 2009, 9(Suppl 2): A53.

[24]Basso A M, Bratcher N A, Harris R R, et al. Behavioral profile of P2X 7 receptor knockout mice in animal models of depression and anxiety: relevance for neuropsychiatric disorders[J]. Behavioural brain research, 2009, 198(1): 83-90.

[25]Backlund L, Lavebratt C, Frisen L, et al. P2RX7: expression responds to sleep deprivation and associates with rapid cycling in bipolar disorder type 1[J]. PloS one, 2012, 7(8): e43057.

[26]Krueger J M, Taishi P, De A, et al. ATP and the purine type 2 X7 receptor affect sleep[J]. Journal of Applied Physiology, 2010, 109(5): 1318-1327.

Research progress of P2X7 receptor and central nervous system diseases

CAO MinlingWANG Hui*

Guiyang College of Traditional Chinese Medicine,Guiyang 550002,China

P2X7 receptor and its mediated signaling pathway play a key role in the regulation of central nervous system diseases.P2X7 receptor may be a potential drug target for diseases of the central nervous system.This article reviews the latest research progress of P2X7 receptor and central nervous system diseases such as Parkinson's disease,Alzheimer's disease,amyotrophic lateral sclerosis,depression and insomnia.

P2X7 receptor;signaling pathway;central nervous system diseases

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NO.81360590)。

曹敏玲(1987-)，女，在讀碩士。主要從事睡眠醫(yī)學(xué)研究。

王慧(1967-)，女，博士，教授，主要從事中西醫(yī)結(jié)合基礎(chǔ)研究。E-mail：517634846@qq.com

R3

A

1007-8517(2016)14-0026-03

2016.04.27)