P2X7受体在中枢神经系统中的作用研究进展

朱进飘 钟琦 陈畅 张宗泽

1978年Buenstock等研究发现ATP通过作用嘌呤受体P2发挥作用，并将对ATP敏感的P2受体划分为配体门控离子通道P2X型(the ligand-gated P2X type)和G蛋白偶联P2Y型(the G-protein-coupled P2Y type)两类。根据P2X型受体组件以及信号转导差异性，在哺乳动物细胞中可克隆出7种亚型(P2X1-7)。

P2X型受体具有最基本的结构，均由胞内氨基末端(N端)与羧基末端(C端)和胞外半胱氨酸残基环两个跨膜区组成。不同的是，P2X7受体全长由595个氨基酸残基组成，其C端是所有家族成员中最长的(由239个氨基酸构成)[1]。这一独特的分子结构基础，决定了其不但具有离子通道功能，而且在激活状态下可由离子通道向大的细胞孔径转化，参与机体递质释放、信号转导、炎性反应等生理病理过程[2]。大量研究表明，P2X7受体广泛表达于中枢神经系统(CNS)中，不但是神经元和胶质细胞发挥多种生理机制的基础，而且参与多种CNS疾病的发生发展。现就P2X7受体在CNS中介导神经递质的释放、调节轴突延伸与分支、神经元-星形胶质细胞相互作用和参与炎性反应的生理机制以及在CNS相关疾病中的作用研究进展做一综述，为CNS相关疾病的治疗提供新靶点。

1 P2X7受体在CNS中的生理作用

1.1介导神经递质释放Zhang等[3]在小鼠岛叶皮质(insular cortex，IC)观察到P2X7受体表达于突触前膜，P2X7受体激动剂BZATP〔2’-3’-O-(4-benzoylbenzoyl)-adenosine 5’-triphosphate〕可增加神经元自发兴奋性突触后电流频率(sEPSC)和微小兴奋性突触后电流(mEPSC)，而抑制剂BBG可阻断sEPSC和mEPSC的发生，提示P2X7受体可能参与突触前膜递质的释放。通过体外培养P2X7受体基因敲除小鼠小脑神经元细胞发现，P2X7受体使突触前膜Ca2+内流增强，从而促进轴突远端区域递质的出胞[4-5]。大量研究结果显示，激活的突触前膜P2X7受体可引起海马释放谷氨酸和γ氨基丁酸(GABA)，下丘脑-神经垂体系统释放精氨酸加压素。P2X7受体除引起细胞Ca2+内流外，还可使胞内囊泡向各个方向运动，参与递质释放的早期阶段[6]；P2X7受体也可通过诱导磷酸化突触蛋白-I参与递质出胞的最后阶段[7]。

关于P2X7受体介导神经递质的出胞方式，最初认为激活状态的P2X7受体可使非选择性膜通道向大孔径转化，可使相对分子质量900的有机分子自由通过细胞膜，此可能为递质的一种出胞释放。但Moores 等[8]观察到，BZATP可显著促进神经递质通过胞吐的方式出胞，并非通过上述大孔径途径。随后研究证实，谷氨酸依赖P2X7受体出胞既有胞吐作用，也可通过P2X7受体形成的膜大孔径完成出胞[9-10]。

1.2调节轴突延伸与分支P2X7受体激活可使轴突最远端区域Ca2+浓度急剧增加[11]，Ca2+充当胞内信号转导的第二信使，使酪氨酸蛋白磷酸化增加，进而激活促分裂原活化蛋白(MAPK)，促进神经轴突的延伸[12-13]。Deaz-Hernandez等[11]研究认为，这一通路可促进神经元生长及分支，但Huang等[13]研究表明，这一通路只是促进轴突沿特定方向延伸，神经元生长主要由PI3K/Akt信号通路调控，而这一过程仅仅发生在神经元本身，与胶质细胞无关；但也有研究显示，神经元轴突的延伸仅发生基于胶质细胞包被(glial carpet)的环境下[14]。 虽然上述研究结果存在矛盾，但P2X7受体对轴突发生的影响除了由自身信号通路调节之外，组织非特异磷酸酶(TNAP)也可通过P2X7受体调节轴突的生理过程。在体外培养海马神经元中，可观察到TNAP不但能减少胞外ATP的水平，也可水解ATP阻止P2X7受体的激活，从而促进轴突的生长与分支[15]。

1.3神经元-星形胶质细胞相互作用“三重突触(the tripartite synapse)”由神经元突触前膜、神经元突触后膜、与前后膜密切接触的星形胶质细胞突起组成[16]，P2X7受体在这一结构环路中发挥重要的作用。

邻近的星形胶质细胞可感受并整合多个微小突触活动改变，从而引起小、快速且局部的Ca2+内流[17]。星形胶质细胞内Ca2+浓度的增加可引起相应的神经胶质出胞，特别是ATP和谷氨酸既可通过胞吐出胞[18]，也可通过Pannexin-1半通道(pannexin-1 hemichannels)释放，两种途径的出胞取决于ATP对星形胶质P2X7受体刺激的强度[19]。神经元-胶质细胞间ATP增加，既可作用于神经元突触的P2X7受体，引起神经元相应的生理病理过程，也可作用星形胶质细胞P2X7受体，进一步调整信息的强度，从而反馈给紧挨着的突触，甚至远端的其他突触。同时，释放的谷氨酸与CNS的谷氨酸受体结合，进而对突触后效应进行调节。

1.4参与中枢神经炎性反应P2X7受体可参与神经元和胶质细胞下游信号通路的级联反应。P2X7受体激活使胞内酪氨酸蛋白磷酸化，除通过MAPK信号通路调节轴突生长外，还可参与细胞因子的调控过程；P2X7受体也可激活Jun-氨基端激酶(JNK)信号通路，JNK增强转录因子复合物活化蛋白-1(AP-1)活性，活化的AP-1可调节炎性反应因子基因的转录和促进细胞凋亡蛋白的表达。

另外，激活的P2X7受体可促使小胶质细胞释放白细胞介素-1β(IL-1β)，激发下游免疫应答。Pelegrin等[20]研究发现，阻断膜孔蛋白pannexin-1，P2X7受体介导的IL-1β释放也受到抑制，提示这一过程需要pannexin-1和P2X7受体共同参与。Karatas等[21]研究显示，偏头痛发作后，神经元pannexin-1通过紧密耦合神经元P2X7受体形成复合体(pannexin-1-P2X7R)，激活caspase-1进而使IL-1β成熟和释放；而这种复合体的抑制剂可抑制大脑皮层中IL-1β、环氧合酶-2等的产生与释放[22]。

2 P2X7受体介导神经系统相关疾病

2.1P2X7受体与睡眠障碍Blanco-Centurion等[23]通过使用基底前脑层面的腺苷敏感生物传感器，可观察到胞外腺苷的白昼浓度与睡眠-觉醒周期有关；而腺苷主要由胞内ATP经过出胞后，迅速在胞外水解而来，暗示睡眠-觉醒周期可能与P2X7受体有关。

Krueger等[24]实验证明，P2X7受体被胞外ATP激活后，触发胶质细胞释放IL-1，IL-1则反过来影响睡眠；而且给予BZATP处理可增加非快速动眼睡眠(NREMS)，敲除小鼠的P2X7受体可减缓前述作用，表示睡眠障碍可能与P2X7受体有密切联系。进一步研究表明，P2X7受体表达增加可能是睡眠剥夺的应激性反应，而这一过程可能与通过P2X7受体通道的谷氨酸水平有关[25]。Kovalzon等[26]研究发现，与对照组C57Bl/6小鼠比较，pannexin-1敲除小鼠觉醒活动的时间显著延长，而NREMS时间减少，这一表现可能与P2X7受体显著延长pannexin-1-P2X7R复合体通道有关。最新研究证明，杂合子基因型的P2X7受体可以改变睡眠质量，而单纯P2X7受体密码子460的单核苷酸多态性代替物并不影响志愿者的睡眠[27]。未来临床上，通过改变P2X7受体基因在CNS中的表达进而改善睡眠质量，可能会是一种全新的干预措施。

2.2P2X7受体与神经退行性疾病

2.2.1P2X7受体与帕金森病(PD)：PD的病理机制主要为黑质-纹状体多巴胺能神经系统明显受损。Marcellino等[28]通过观察6-羟多巴胺大鼠PD模型证明 ，P2X7受体可能介导黑质中小胶质细胞、星形胶质细胞的炎性反应，且P2X7受体竞争性拮抗剂A-438079可部分防止由6-羟多巴胺引起的纹状体多巴胺消耗，缓解黑质神经元损伤。另外，由于P2X7受体在胶质细胞高表达，活化P2X7受体可激活星形胶质细胞和小胶质细胞合成与分泌多种细胞因子和信号分子，加剧多巴胺能神经元的退变。有文献指出，P2X7受体可破坏细胞内离子平衡、调节IL-1的生成与释放，进而影响黑质多巴胺能神经元损伤。此外，损伤的黑质多巴胺能神经元P2X7受体在胞外高浓度的ATP刺激下形成大孔径通道，导致这种损伤进一步加剧[29]。因此，通过药物抑制小胶质细胞过度表达P2X7受体和炎性反应下游信号的转导，将会是治疗神经退行性疾病的另一选择[30]。

2.2.2P2X7受体与阿尔茨海默病(AD)：AD是一种与年龄有关的大脑神经退行性疾病，其典型病理改变是β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉积形成老年斑、Tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结(NFTs)。

尽管AD确切的诱发因素尚不清楚，但研究提示，P2X7受体可能参与AD的病理过程[31]。Aβ可通过P2X7受体激活小胶质细胞，激活后的小胶质细胞释放活性氧和炎性介质可引起神经元损伤，促进AD的发展[29]；此外，激活的P2X7受体可改变淀粉样前体蛋白(APP)切割酶(α、β和γ)的产生，但主要影响切割酶α。有研究证明，BZATP激活P2X7受体，抑制分泌酶α对APP的切割，减少Aβ的生成。使用拮抗剂阻断P2X7受体后，或在P2X7 基因敲除小鼠中，则未观察到P2X7 受体激动剂BZATP对α切割酶的抑制作用[32]。

2.2.3P2X7受体与肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)：ALS是一种快速进行性疾病，其特点是运动神经元的退化和丢失，引起肌肉功能障碍与麻痹。在ALS发生的过程中，P2X7受体可能发挥双重作用，而这种作用可能为临床治疗ALS开辟新途径。Gandelman 等[33]通过在体外共同培养运动神经元和表达人类超氧化物歧化酶(1SOD1G93A)星形胶质细胞或非转基因的星形胶质细胞的研究表明，脊髓胶质细胞的P2X7受体激活可引起运动神经元的死亡，而且1SOD1G93A显著加剧这种神经毒性。进一步研究证实，在1SOD1G93A星形胶质细胞培养中，BZATP对P2X7受体刺激可激发潜在的神经毒性传导通路，而这一通路可被敲除P2X7受体或者P2X7受体的拮抗剂所阻断[34]。然而，在敲除P2X7受体的1SOD1G93小鼠中观察到ALS的发病进程明显被加剧，提示P2X7受体可能使ALS患者获益[35]。

综上所述，P2X7受体在神经元和胶质细胞中均有表达，是两者多种生理病理的沟通桥梁。P2X7受体与睡眠障碍、神经退行性疾病等疾病密切相关，提示通过调控P2X7受体信号通路治疗CNS疾病具有广泛的应用前景。但目前临床上P2X7受体选择性阻断剂缺乏，因此深入研究P2X7受体的发生机制与CNS疾病进展的关系，寻找新的治疗方案，可为治疗CNS疾病开辟新思路。

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