P2X7受体在糖尿病视网膜病变中的作用*

王　静 综述，梁　亮 审校

(三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌 443002)



·综述·

P2X7受体在糖尿病视网膜病变中的作用*

王静 综述，梁亮△审校

(三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌 443002)

糖尿病视网膜病变；腺苷三磷酸；P2X7受体；视网膜；糖尿病；综述

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病患者常见的并发症，可引起糖尿病患者视力的严重损伤，在临床预防及治疗上均无理想治疗手段[1]。DR最重要的特征是微血管周细胞凋亡、炎性反应及血管新生。微血管周细胞凋亡及损伤可导致血视网膜屏障和黄斑水肿，致使微血管周细胞和微血管近腔壁收缩细胞的丢失，是微动脉瘤和新生血管丛发展进程中的重要阶段[2]。而氧化应激、高级糖基化产物的形成、蛋白激酶C的上调、多元醇途径的增加可引起炎性反应，致使视网膜血管阻塞和局部缺血，导致视网膜血流减少及视网膜血管功能的破坏[3]。在一系列的反应中，慢性高血糖症激活多条信号途径，其中活化的P2X7受体刺激病变部位细胞释放VEGF，后者可促进内皮细胞的增殖/活化、增加血管通透性及诱导新生血管生成[4]。可见，P2X7受体与DR密切相关，本文就二者关系作一综述。

1　视网膜上P2X7受体的特点

P2X受体是配体门控离子通道家族，能够被细胞外的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)激活，由P2X1～P2X7 7个亚型组成，分布于多种细胞，参与许多反应如外周和中枢神经系统的突触传递、平滑肌细胞收缩、血小板聚集、巨噬细胞活化、细胞死亡及免疫调控[5]。其中，P2X7受体由两个跨膜结构，一个胞外结构域，胞内N端和C端组成，C端区在P2X受体家族中最长，与其他蛋白无同源性，带有蛋白质和脂质的结合基序，这一特殊结构使得P2X7 受体具有独特的分子功能，能通过扩展N末端的胞质尾区引起质膜渗透障碍，导致细胞毒性和(或)凋亡[6]。P2X7受体在视网膜多种类型的细胞上表达，包括神经细胞如神经节细胞、神经胶质细胞和血管细胞等[7-8]。在成年鼠的视网膜上，内核层和神经节细胞层的许多细胞上都可检测到免疫标记的P2X7受体，此受体也存在于突触前的视杆双极细胞中，表明嘌呤在视网膜的神经传递中扮演重要角色[9]。与嘌呤家族的其他配体门控通道相比，P2X7受体具有许多独有的特点，这些特点均表现出一定的生理和病理意义，如P2X7受体的最初激活可导致非选择性胞膜孔道的开放，允许钠(Na+)、钙(Ca2+)内流和钾(K+)外流；持续性活化则可导致跨膜孔道的形成，允许相对分子质量低于900的亲水性分子通过，参与一系列病理生理过程[10]。Smith等[11]研究发现，P2X7受体在局部缺血大脑皮层的神经元和胶质细胞中的表达量明显上调，其介导的信号涉及神经退行性疾病，如帕金森病，阿尔茨海默尔疾病及多发硬化症[12]。此外，P2X7受体可通过细胞内钙离子水平介导周细胞的收缩,血管舒缩反应的时间和空间动力学是由P2X7被激活后强烈抑制视网膜微血管网内细胞间电紧张传递而形成的[13]。

2　P2X7受体和DR

2.1P2X7受体介导的炎性反应与DR近年来研究表明DR是一种慢性炎症病变，尤其是病变部位炎症因子的持续活化，可能是导致DR复杂病理的起始原因[14]。众所周知，P2X7受体在细胞的炎性反应中扮演着危险信号感受器的作用：即监视炎症部位危险信号ATP的释放情况，促进炎症细胞活化释放炎症因子。炎症因子是炎性反应中重要的参与者，视网膜中的炎症因子异常聚集可能损伤血管内皮细胞，造成组织水肿、渗漏及无灌注区的形成，此外炎性反应能够降解血管视网膜屏障的完整性，进而导致视网膜血管阻塞和局部缺血[15]。有研究表明，P2X7的激动剂可有效增加白细胞介素(IL)-1β和肿瘤坏死因子α(TNF-α)从缺氧激活的视网膜小胶质细胞中的释放[16]。另外，最近的数据表明，P2X7受体活化可促进TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子的释放，参与视网膜神经节细胞死亡，而神经节细胞的死亡可伴随眼内压增高进而加剧P2X7受体的活化，加速视网膜神经节细胞的死亡[17]。虽然关于P2X7受体介导的炎性反应与DR的相关研究还需要进一步深入，但迄今为止的新发现已表明P2X7受体可能在DR进展中发挥着重要作用。

2.2P2X7受体介导的微血管周细胞凋亡与DRShestopalov等[18]通过体内外实验研究发现，P2X7受体受刺激后对视网膜神经节细胞的杀伤作用，可能与细胞内Ca2+浓度的增加相关；Liu等[19]研究也表明，细胞外ATP和它的代谢产物腺苷能够影响眼中存活的神经节细胞，并且，神经性P2X7受体的早期上调可导致视网膜神经元的损伤，进而致使视网膜的破坏；Rejdak等[20]的数据表明，P2X7受体的活化也参与了缺氧诱导的视网膜神经死亡。而机械压力引起的ATP直接从视网膜神经节细胞释放，可激活P2X7受体。因为视网膜中细胞外的ATP水平随着眼内压的增加而上升，激活视网膜神经节细胞上P2X7受体的活化可能是致命的，此自分泌反应可能对青光眼的视网膜神经节细胞产生有害的效应。有研究显示，高糖浓度介质中的人原始成纤维细胞会受到ATP的持续刺激，而发生形态改变进而凋亡，其中P2X7受体起着重要的作用[21]；也有报道发现，2型糖尿病患者的成纤维细胞的特征是带有一个以高水平ATP释放或以P2X7激活的增加为基础的高反应性嘌呤环[22]。此外，P2X7受体激活的延长可导致小胶质细胞通透性增加[23]。

已有研究表明，大剂量葡萄糖可诱导人视网膜内皮细胞凋亡，这可能是促进DR发展的原因[24]。Sugiyama 等[25]发现细胞外烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，氧化型辅酶(NAD+)等造成视网膜微血管中细胞死亡，这一机制涉及P2X7嘌呤受体的活化及跨膜孔道的形成，患者一旦发生糖尿病，视网膜微血管对细胞外NAD+的血管毒性作用的敏感性增加大约100倍。而在体外研究中使用激光斑点循环分析仪和视网膜电描记术发现，四氧嘧啶诱导的糖尿病一旦发生，视网膜血流速度和功能更容易受到被P2X7受体激发后引起细胞凋亡的影响,因而可认为，嘌呤型的血管毒性可能导致微血管的细胞死亡，是DR的标志[26]。

2.3P2X7受体介导生成的VEGF与DR近年来的研究发现，DR发展的关键在于视网膜进行性缺血刺激新生血管形成，脆弱的新生血管一旦形成将标志着疾病本身进入增生性DR(PDR)阶段。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)又被称为血管渗透因子，在血管生成的过程中起中心调控作用，是一种特异性刺激血管内皮细胞增殖及新生血管形成的细胞因子[27]。在正常视网膜内，仅在神经视网膜、脉络及视网膜色素上皮层存在少量的VEGF,而在糖尿病性视网膜病变的视网膜各层都可发现明显增强的VEGF[27]。同时，视网膜血管内皮细胞存在 VEGF 高亲和受体，而且受体数目较其他组织内皮细胞多，是启动新生血管形成的最重要、最有效的物质，同时也参与肿瘤和DR中新生血管的形成[28]。在内皮细胞中，ATP通过自分泌和旁分泌释放细胞因子与趋化因子的信号,该过程是一个特异的、受体介导的过程:ATP激活P2X7受体，活化的P2X7促进巨噬细胞产生活性氧化物(ROS)，ROS参与核苷酸受体介导的p38和JNK途径的激活，ROS、p38和JNK途径的激活可刺激病变部位细胞释放VEGF，VEGF 可促进内皮细胞增殖、增加血管通透性及诱导新生血管生成，进而引发增生性DR和其他缺血性视网膜疾病的病理性血管增生和血管重塑[29]。抑制 VEGF的产生及其受体的过度表达可延缓 DR 病变的发生、发展，从而找到更有效地防治 DR 的途径。因而，抗血管内皮细胞生长因子的药物近年被用于增殖型DR的围术期[30]。

3　结　　语

综上所述，P2X7嘌呤受体通过炎性反应或释放VEGF参与了DR 疾病的全过程，并与其发生、发展密切相关。随着检测手段的不断进步，临床上对患者体液中相关因子含量进行检测，可能会成为评价疾病严重程度，评估患者预后的有力检测手段。

[1]Birbrair A,Zhang T,Wang ZM,et al.Pericytes:multitasking cells in the regeneration of injured,diseased,and aged skeletal muscle[J].Front Aging Neurosci,2014,6:245.

[2]Kitada M,Zhang Z,Mima A,et al.Molecular mechanisms of diabetic vascular complications[J].J Diabetes Investig,2010,1(3):77-89.

[3]Khan ZA,Chakrabarti S.Cellular signaling and potential new treatment targets in diabetic retinopathy[J].Exp Diabetes Res,2007:31867.

[4]Maia AR,Batista TM,Victorio JA,et al.Taurine supplementation reduces blood pressure and prevents endothelial dysfunction and oxidative stress in post-weaning protein-restricted rats[J].PLoS One,2014,9(8):e105851.

[5]Jiang R,Taly A,Grutter T.Moving through the gate in ATP-activated P2X receptors[J].Trends Biochem Sci,2013,38(1):20-29.

[6]Monção-Ribeiro LC,Faffe DS,Santana PT,et al.P2X7 receptor modulates inflammatory and functional pulmonary changes induced by silica[J].PLoS One,2014,9(10):e110185.

[7]Ide S,Nishizawa D,Fukuda K,et al.Haplotypes of P2RX7 gene polymorphisms are associated with both cold pain sensitivity and analgesic effect of fentanyl[J].Mol Pain,2014,10:75.

[8]Burnstock G.Discovery of purinergic signalling,the initial resistance and current explosion of interest[J].Br J Pharmacol,2012,167(2):238-255.

[9]Vessey KA,Fletcher EL.Rod and cone pathway signalling is altered in the P2X7 receptor knock out mouse[J].PLoS One,2012,7(1):e29990.

[10]Sugiyama T.Role of P2X7 receptors in neuronal death in the retina[J].Neural Regen Res,2014,9(6):579-581.

[11]Smith SM,Mitchell GS,Friedle SA,et al.Hypoxia attenuates purinergic P2X receptor-induced inflammatory gene expression in brainstem microglia[J].Hypoxia(Auckl),2013(1)：1-11.

[12]Letavic MA,Lord B,Bischoff F,et al.Synthesis and pharmacological characterization of two novel,brain penetrating P2X7 antagonists[J].ACS Med Chem Lett,2013,4(4):419-422.

[13]Notomi S,Hisatomi T,Murakami Y,et al.Dynamic increase in extracellular ATP accelerates photoreceptor cell apoptosis via ligation of P2RX7 in subretinal hemorrhage[J].PLoS One,2013,8(1):e53338.

[14]Shen J,Bi YL,Das UN.Potential role of polyunsaturated fatty acids in diabetic retinopathy[J].Arch Med Sci,2014,10(6):1167-1174.

[15]Nishida N,Jing D,Kuroda K,et al.Activation of signaling pathways related to cell wall integrity and multidrug resistance by organic solvent in Saccharomyces cerevisiae[J].Curr Genet,2014,60(3):149-162.

[16]Wesselius A,Bours MJ,Agrawal A,et al.Role of purinergic receptor polymorphisms in human bone[J].Front Biosci (Landmark Ed),2011,1:2572-2585.

[17]Niyadurupola N,Sidaway P,Ma N,et al.P2X7 receptor activation mediates retinal ganglion cell death in a human retina model of ischemic neurodegeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2013,54(3):2163-2170.

[18]Shestopalov VI,Slepak VZ.Molecular pathways of pannexin1-mediated neurotoxicity[J].Front Physiol,2014,5:23.

[19]Liu Y,Xu X,Tang R,et al.Viability of primary cultured retinal neurons in a hyperglycemic condition[J].Neural Regen Res,2013,8(5):410-419.

[20]Rejdak R,Junemann A,Grieb P,et al.Kynurenic acid and kynurenine aminotransferases in retinal aging and neurodegeneration[J].Pharmacol Rep,2011,63(6):1324-1334.

[21]Burnstock G,Novak I.Purinergic signalling and diabetes[J].Purinergic Signal,2013,9(3):307-324.

[22]Kur J,Newman EA,Chan-Ling T.Cellular and physiological mechanisms underlying blood flow regulation in the retina and choroid in health and disease[J].Prog Retin Eye Res,2012,31(5):377-406.

[23]Anccasi RM,Ornelas IM,Cossenza M,et al.ATP induces the death of developing avian retinal neurons in culture via activation of P2X7 and glutamate receptors[J].Purinergic Signal,2013,9(1):15-29.

[24]马建芳,杨中汉,宋志宏,等.大剂量葡萄糖诱导人视网膜内皮细胞凋亡[J].第一军医大学学报,2003,23(5):435-438.

[25]Sugiyama T.Role of P2X7 receptors in the development of diabetic retinopathy[J].World J Diabetes,2014,5(2):141-145.

[26] Sugiyama T,Oku H,Komori A,et al.Effect of P2X7 receptor activation on the retinal blood velocity of diabetic rabbits[J].Arch Ophthalmol,2006,124(8):1143-1149.

[27]Seyedarabi A,Cheng L,Zachary I,et al.Production of soluble human vascular endothelial growth factor VEGF-A165-heparin binding domain in Escherichia coli[J].PLoS One,2013,8(2):e55690.

[28]Hubbell MC,Semotiuk AJ,Thorpe RB,et al.Chronic hypoxia and VEGF differentially modulate abundance and organization of myosin heavy chain isoforms in fetal and adult ovine arteries[J].Am J Physiol Cell Physiol,2012,303(10):C1090-1103.

[29]Hirano T,Iesato Y,Murata T.Multicolor pattern scan laser for diabetic retinopathy with cataract[J].Int J Ophthalmol,2014,7(4):673-676.

[30]Han XX,Guo CM,Li Y,et al.Effects of bevacizumab on the neovascular membrane of proliferative diabetic retinopathy:reduction of endothelial cells and expressions of VEGF and HIF-1α[J].Mol Vis,2012,18:1-9.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.14.040

宜昌市科技攻关项目(A14301-05)。作者简介：王静(1969-)，副主任护师，本科，主要从事眼视光学研究。△

，E-mail:1215655424@qq.com。

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1671-8348(2016)14-1987-03

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