P2X7受体在胞内病原体感染中的研究进展

贺樟平，陈列松，吴移谋

嘌呤受体分为P1和P2受体，P1受体主要由腺苷激活，P2受体主要由ATP激活。P1受体再分为A1、A2、A3等亚型，而P2受体家族包括P2YG蛋白偶联受体(P2Y1、2、4、6、11-14)和P2X配体门控离子通道受体(P2X1-7)[1]。P2Z受体最先从大鼠脑中克隆出来，之后被命名为P2X7受体，随着对该受体的深入研究，发现其参与宿主清除微生物机制并介导炎症反应。P2X7受体参与机体抵抗结核杆菌、衣原体、布氏杆菌、病毒，寄生虫等多种胞内病原体的感染过程。虽然抗生素的使用有效减轻了病原体侵入机体后引起的炎症反应，但抗生素滥用，多种超级细菌已进化出耐药性，对人体健康造成极大危害。随着基因敲除P2X7受体的动物模型和细胞模型的广泛应用，发现其在病毒感染中也发挥了重要作用，提示P2X7受体有望成为感染性疾病治疗的新靶点。本文主要综述P2X7受体结构、功能和分布，以及在常见胞内病原体感染中的研究进展。

1 P2X7受体结构、功能与分布

P2X7受体是由595个氨基酸残基组成的蛋白质，在细胞膜上形成由3个同源亚基组成的多聚体，每个亚基有2个跨膜结构域和1个糖基化的胞外环，胞外环上有ATP结合位点。胞内为1个短链N端与长链C端。N端序列结构高度保守，由395个氨基酸残基组成；C端由约200个氨基酸残基组成，是P2X7受体的主要功能结构域。

ATP作为P2X7受体唯一的天然激动剂，是细胞在应激、损伤或病原体感染时释放的一种磷酸化合物[2]。P2X7受体对ATP的敏感性很低，当ATP浓度为2～4 mmol/L时，P2X7受体才发生活化；而活化其他P2X受体家族的ATP浓度仅需1～10 μmol/L[3]。生理状态下，细胞间隙的ATP浓度处于低水平状态。而在病理状态下，如感染、炎症、组织缺氧或损伤时，免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞、单核细胞、淋巴细胞等可将胞内ATP释放入细胞间隙，胞外ATP浓度增加，进而活化P2X7受体[4]。

P2X7受体激活后打开快速、双向特定的阳离子通道(胞外Na+、Ca2+内流和胞内K+外流)，进一步引起下游信号通路的变化，如Ca2+内流能激活磷脂酶D(PLD)，促进吞噬体-溶酶体融合进而杀死胞内病原体，K+外流可刺激并辅助NLRP3炎症复合体组装，促进caspase-1活化，caspase-1被激活后，将胞内不具活性的pro-IL-1β前体剪切成有活性的成熟IL-1β，分泌到胞外引起炎症反应。P2X7受体还可通过NADPH氧化酶诱导ROS的产生,促进溶酶体融合，从而清除病原体[5]。Caspase-1水解pro-IL-6、pro-IL-18、pro-IL-33等促炎反应的细胞因子，使其成为有活性的IL-6、IL-18、IL-33[6]，介导多种感染性疾病的病理生理过程[7]。此外，P2X7受体参与一氧化氮(nitric oxide, NO)合成，诱导一氧化氮合酶(nitric oxide synthetase, iNOS)，TNF-α的释放和NF-κβ信号途径的活化等[8]。当P2X7受体被ATP持续活化，其介导的阳离子孔道转变成pannexin-1膜孔，形成较大的非选择性膜孔，胞内外小分子物质和离子可通过“膜孔”引起细胞通透性改变，引起细胞水肿、坏死和凋亡等现象的发生[9](图1)。

P2X7受体与炎症相关[10]，可激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体3(nucleo-tide-binding domain leucine-rich-containing family pyrin domain-containing-3, NLRP3)，促进IL-1β释放[11]。P2X7受体还参与损伤修复过程，促进伤口愈合和细胞生长，以维持机体内环境稳定[12]。

P2X7受体广泛分布于全身，在人体多种组织和细胞中均有表达, 如血液细胞和神经细胞[13]。血液细胞包括造血干细胞、中性粒细胞[14]、巨噬细胞、单核细胞、淋巴细胞和红细胞等。其中，中性粒细胞参与炎症反应释放活性氧(Reactive oxygen species, ROS)，形成的胞外捕获网与糖酵解产生的ATP有关。神经细胞包括小胶质细胞[15]、星形胶质细胞、少突胶质细胞以及雪旺细胞。最新的研究发现，P2X7受体也分布于成骨细胞、成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞等组织细胞[16]。此外，P2X7受体还存在于某些神经元群，如脊髓、小脑、下丘脑和黑质中[17-18]。P2X7受体在不同的细胞中具有不同的作用机制(表1)。

表1 P2X7受体在不同细胞中的作用机制Tab.1 P2X7 receptor has different mechanisms in different cells

2 P2X7受体与细菌感染

2.1 P2X7受体与结核分枝杆菌 结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起结核病的胞内寄生病原体，该菌可侵犯全身各组织脏器，以肺部感染多见。在结核杆菌感染中，P2X7受体对机体具有保护作用，可促进单核细胞/巨噬细胞P2X7受体表达增加，诱导巨噬细胞清除胞内结核分枝杆菌，有利于机体控制感染[25]。该保护作用可被P2X7受体阻断剂oxidized ATP (oxATP)阻断[26]。而氯马司汀通过激活巨噬细胞P2X7受体引发Ca2+内流，从而控制结核分枝杆菌感染[27]。

然而，P2X7受体对机体也存在损伤作用，这与分枝杆菌菌株类型和致病性有关[28]。如高致病性菌株(Beijing1471或MP287/03)通过活化P2X7受体诱导巨噬细胞坏死，大量ATP释放到胞外，打开pannexin-1膜孔，致细胞死亡、组织损伤、菌体扩散[29]。同样，Bomfim 等[30]发现高致病性分枝杆菌依赖P2X7受体诱导巨噬细胞死亡，促进细菌体内扩散。此外，P2X7受体还与结核分枝杆菌IV型超敏反应引起的局部组织的炎症反应有关，促进肉芽肿形成，引发干酪样坏死和广泛的组织损伤[31]。

2.2 P2X7受体与牛布鲁氏菌 牛布鲁氏菌(BovineBrucellosis)攻击免疫系统可激活P2X7受体，引发Na+、Ca2+内流和K+外流，激活NLRP3炎性小体。研究表明，牛布鲁氏菌通过NLRP3炎性小体释放的IL-1β不仅与线粒体ROS产生有关，还与P2X7受体和牛布鲁氏菌产生的NO密切相关[32]。IL-1β在感染、损伤以及免疫应答中起重要作用，也是急、慢性炎症反应的主要介导因子[33]。敲除NLRP3基因的巨噬细胞IL-1β分泌低，且NLRP3基因敲除鼠比野生鼠更易感染牛布鲁氏菌[34]。表明NLRP3炎性小体在抗牛布鲁氏菌感染中发挥重要作用，而NLRP3炎性小体的激活又受P2X7受体调控，进一步推测P2X7受体可间接通过NLRP3炎性小体发挥抗炎作用。

2.3 P2X7受体与衣原体 沙眼衣原体(Chlamy-diatrachomatis, Ct)通过破坏先天性免疫应答，抑制衣原体包涵体和溶酶体融合，进而寄生于宿主细胞中[35]。感染的巨噬细胞通过ATP活化P2X7受体，激活磷脂酶D(phospholipase D, PLD)，清除衣原体。ATP刺激巨噬细胞后，可检测到PLD活化，而抑制PLD活化可恢复衣原体活性。然而，在相同条件下，缺乏P2X7受体的巨噬细胞未发生PLD活化，也未检测到衣原体活性降低，提示PLD的活化与P2X7受体有关，且PLD是控制感染的直接因素[36]。同样，在沙眼衣原体感染中，P2X7受体基因敲除鼠与野生鼠相比更易阴道感染，其子宫颈内、输卵管和输卵管系膜组织的急性炎症更明显[37]。

鹦鹉热衣原体(Chlamydiapsittaci, Cps)对机体的损伤与感染引起的全身免疫应答密切相关[38]。感染衣原体的细胞比未感染衣原体的细胞ATP高2～3倍，Cps通过P2X7受体抑制ATP诱导的J774鼠巨噬细胞凋亡，其通过减少胞外ATP渗入胞内，阻止Ca2+内流抑制宿主细胞凋亡，J774鼠巨噬细胞与ATP共孵育，6 h后检测到Cps活性降低，而Cps活性在未与ATP共孵育的J774鼠巨噬细胞中无明显改变，表明ATP可通过激活P2X7受体，促进胞内病原体的清除[39]。

3 P2X7受体与病毒感染

3.1 P2X7受体与HIV 人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus, HIV)，即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒，可造成人类免疫系统受损。HIV除主要攻击CD4+T淋巴细胞外，还可感染CD8+T淋巴细胞、B淋巴细胞、朗格汉斯细胞、单核吞噬细胞、树突状细胞和神经胶质细胞。P2X7受体参与HIV发病机制由核苷酸逆转录酶抑制剂(NRTIs)介导，目前AIDS治疗的重点依赖于抑制P2X7受体活性[40]。ATP激活P2X7受体后，储存在巨噬细胞囊泡中的HIV-1病毒颗粒通过胞吐作用释放到胞外，而使用P2X7受体拮抗剂A-438079和神经酰胺抑制剂阿米普拉明可阻止病毒释放[41]，从而控制感染扩散[42]。此外，P2X7拮抗剂还可抑制HIV-1感染淋巴组织，减少IL-10和IL-1β的分泌[41]。由于抗逆转录病毒治疗后HIV患者不能产生足够数量的辅助性T细胞，而CD34+造血祖细胞过度表达P2X7受体时可抑制T淋巴细胞分化为辅助性T细胞, 致细胞免疫和体液免疫受损。因此，抑制P2X7受体活化可恢复CD4+水平，并能延长免疫缺陷者的寿命[43]。

3.2 P2X7受体与H7N9流感病毒 H7N9感染机体形成“细胞因子风暴”引发全身炎症反应综合征，严重者可导致多器官功能障碍综合征，甚至危及生命[44]。NLRP3炎性小体是在H7N9感染过程中激活的先天性胞质复合体，活化的caspase-1可将不活跃的pro-IL-1β和pro-IL-18剪切成具有生物活性的IL-1β和IL-18以诱发炎症反应，激活的上皮细胞和内皮细胞分泌TNF-α、IL-6等多种细胞因子[6]。NLRP3炎性小体在流感早期发挥保护作用，在感染晚期加速炎症反应，而在小鼠流感模型中，感染早期和晚期使用P2X7受体抑制剂丙磺舒或AZ11645373滴鼻治疗后，促炎细胞因子分泌均减少，肺内炎症浸润减轻[45]。该结果表明P2X7受体在H7N9感染中不仅参与炎症反应，P2X7受体抑制剂还可作为H7N9感染治疗药物的研发方向。

3.3 P2X7受体与登革热病毒 当机体受到登革热病毒(Dengue virus, DEN)感染时，释放大量ATP活化P2X7受体，产生大量促炎因子导致低血容量性休克和凝血功能障碍。P2X7受体参与抗病毒应答，与未加抑制剂组相比，ATP抑制剂预处理单核细胞后，胞内登革热病毒载量明显降低。NO具有抗病毒作用，未加P2X7受体抑制剂NO生成增加，而用特异性P2X7受体抑制剂KN62处理细胞后，几乎检测不到NO，表明P2X7受体通过促进宿主细胞NO生成以灭活胞内病毒，从而控制登革热病毒感染[46]。

3.4 P2X7受体与其他病毒 其他致呼吸道感染的病毒，如新型冠状病毒(COVID-19)感染机体，引发急性呼吸窘迫综合征，肺弥漫性水肿，炎性细胞浸润，甚至发展为弥散性血管内凝血。在一些体外和体内的实验模型中，这些病毒感染引起的病理改变均为P2X7受体活化所致[47]。此外，水痘带状疱疹病毒(varicella-zoster virus, VZV)感染的细胞,胞内ATP以依赖pannexin-1膜孔的方式分泌到胞外，胞外ATP激活P2X7受体来抑制水痘带状疱疹病毒、新城鸡瘟病毒、小鼠白血病病毒和单纯疱疹病毒的复制，并通过P38/JNK/ATF-2信号通路促进IFN-β的分泌，从而发挥抗病毒作用[48]。

4 P2X7受体与寄生虫

4.1 P2X7受体与弓形虫 弓形虫(Toxoplasmagondii)是专性细胞内寄生虫，80%寄生于大脑，其次是心脏和眼底，可随血液流动到达全身各部位，使宿主免疫力下降，引起弓形虫病[49]，弓形体病无法治愈，可通过加强机体免疫应答加以控制[50]。虽然巨噬细胞能有效地抑制弓形虫繁殖[51]，然而，弓形虫已进化出通过P2X7受体操纵宿主的免疫逃逸机制[52]，胞外ATP 激活P2X7受体可增强弓形虫感染期间的促炎症反应[53]，P2X7受体通过NADPH氧化酶诱导ROS的产生，促进IL-1β分泌，进而促进线粒体ROS的生成,介导弓形虫感染[54]。P2X7-/-小鼠比P2X7+/+小鼠更容易受到弓形虫RH菌株的急性感染, 这与炎性因子分泌不足有关。感染后第4天，在感染菌株的P2X7-/-小鼠的腹膜冲洗液中促炎细胞因子IL-12、IL-1、IFN-α和TNF-γ的水平没有或很少增加，然而在P2X7+/+小鼠中这些细胞因子的水平显著增加。且感染RH菌株的P2X7-/-鼠肝、脾、淋巴结器官重量和弓形虫寄生载量增加，提示P2X7受体参与宿主调控弓形虫感染的防御机制。

4.2 P2X7受体与克氏锥虫 克氏锥虫(TrypanomacruziChagas)是一种人兽共患的寄生原虫，由嗜血锥蝽传播，常引起克氏锥虫病，侵犯多种器官如心、脑、食管、结肠等。在炎症部位，ATP及其降解产物腺苷，通过激活P2X7受体发挥信号分子和免疫调节作用。P2X7受体调节细胞外ATP和腺苷水平，影响克氏锥虫病患者的免疫和炎症过程[55]。肥大细胞在克氏锥虫感染中具有免疫调节作用，虽然感染诱导P2X7受体转录，使P2X7受体发挥抗感染免疫作用，但是在不同的感染组织中该受体的表达存在差异[56]，表明肥大细胞调控P2X7受体发挥抗感染免疫受不同炎症环境的限制。

4.3 P2X7受体与疟原虫 疟疾是一种经“按蚊”叮咬而感染疟原虫(plasmodium)所引起的虫媒传染病，不同的疟原虫分别引起间日疟、三日疟、恶性疟及卵圆疟。ATP在感染的红细胞中积累，并通过膜上的离子通道或红细胞破裂释放到细胞外环境，P2X7受体感知胞外ATP，诱导CD4+T细胞分泌INF-γ和IL-2，促进Th1细胞的分化为滤泡辅助T细胞(Tfh)以维持体液免疫[57]。此外，P2X7受体还通过促进细胞凋亡以控制感染小鼠脾脏Tfh细胞数量，缺乏P2X7受体的小鼠对感染的易感性增加，这与Th1细胞分化受损有关[58]。免疫系统通过维持Th1/Tfh细胞的稳态可以更有效地清除疟原虫，因此，利用P2X7激动剂和拮抗剂操纵ATP-P2X7轴调控Th1/Tfh细胞平衡，可改善机体免疫应答或逆转病理进程。由于疟原虫的侵袭性与其在宿主免疫中的生存能力有关，近年来的研究主要集中于P2X7受体靶向药物诱导保护性免疫以控制感染。

5 小结与展望

P2X7受体在体内分布广泛，参与调节炎性因子的分泌，与胞内病原体感染有着极其密切的关系。在感染早期，P2X7受体协助机体产生保护性免疫，参与宿主清除微生物机制并介导炎症反应，然而，当感染持续加重，机体产生细胞因子风暴时，该保护作用转变为损伤作用。总之，P2X7受体对机体是否具有保护性作用取决于感染程度、菌株类型和致病性。在过去的几十年里，P2X7受体的相关研究虽已取得巨大进展，但要彻底阐明P2X7受体在胞内病原体感染中的作用，需要进一步探究不同胞内病原体激活P2X7受体的可能信号通路及其所导致的复杂多样的生物学效应。随着对P2X7受体和其炎症通路的深入了解，针对P2X7受体的药物在感染性疾病中已取得显著疗效，表明该受体可作为感染性疾病药物治疗靶点，具有广泛的应用前景。

利益冲突：无

引用本文格式：贺樟平，陈列松，吴移谋.P2X7受体在胞内病原体感染中的研究进展[J].中国人兽共患病学报，2021，37(11)：1037-1043. DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2021.00.147