嘌呤能配体门控离子通道7变异体在肿瘤中的研究进展

李嘉萌 刘永瑄 盛开雯 余立华

[摘要] 嘌呤能配体门控离子通道7（purinergic ligand-gated ion channel 7，P2X7）是一类广泛存在于生物体内的腺苷三磷酸配体门控离子通道。在肿瘤微环境中，大量腺苷三磷酸因细胞凋亡而释放，P2X7被持续激活，进而进一步调控细胞增殖和凋亡。人P2X7基因具有高度多态性，现已发现其存在多种剪接变异体。本文主要概述P2X7变异体在肿瘤细胞生长和凋亡中的作用机制，为研发新型抗肿瘤靶向药物提供依据。

[关键词] 嘌呤能配体门控离子通道7；变异体；肿瘤；作用机制

[中图分类号] R730      [文献标识码] A      [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.16.032

P2嘌呤能受体是由核苷酸激活的质膜蛋白，分为代谢型P2Y受体和离子型P2X受体[1]。P2嘌呤能受体可在胞外腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的作用下被激活，引起Na+、K+、Ca2+等离子内流，激活一系列细胞内下游反应，从而调控细胞的增殖和凋亡[2]。嘌呤能配体门控离子通道7（purinergic ligand-gated ion channel 7，P2X7）是一类广泛存在于生物体内的ATP配体门控离子通道。P2X7有多种亚型，表达于骨肉瘤、神经母细胞瘤、胶质母细胞瘤、肺腺癌和急性髓系白血病等多种类型肿瘤细胞中[3-7]。P2X7B广泛表达于正常组织中，其在免疫系统和神经系统中的表达高于P2X7A[8]。P2X7J表达于宫颈癌细胞中[9]。P2RX7-V3表达于葡萄膜黑色素瘤中[10]。非功能性P2X7（non-functional P2X7，nf-P2X7）表达于乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌和基底细胞癌等细胞中，但在正常组织细胞膜上未发现其表达[11]。P2X7的剪接变异体在不同组织中表达的差异与P2X7变异体功能相关。

1  P2X7嘌呤能受体的结构

人P2X7基因位于12号染色体，由13个外显子组成，全长（P2X7A）包含595个氨基酸，由一个大的细胞外环、两个ATP结合位点、两个α螺旋跨膜结构域（TM1和TM2）及细胞内N端和延伸的C端尾部组成[12]。其中，N端较短（含30个氨基酸），其序列高度保守，具有调节钙内流的作用[13]；C端含有200个氨基酸，该结构域不同位置的突变与多种生理功能丧失有关[12-13]。

P2X7具有高度多态性，现已发现多种P2X7变异体（P2X7B～P2X7J）。P2X7B在第10和第11外显子之间插入一个内含子从而产生一个新的终止子，导致P2X7B缺少全长受体的最后171个氨基酸，但在跨膜结构域TM2之后含有18个氨基酸[2]。P2X7C～P2X7F缺乏编码细胞外结构域的外显子。P2X7C和P2X7E在第10和第11外显子之间含有与P2X7B相同的内含子。P2X7G和P2X7H位于外显子2和外显子3之间的内含子中包含一个额外的外显子（称为外显子N3），新引入的起始密码子可导致跨膜结构域TM1蛋白翻译出现问题[2]。P2X7I位于外显子1和2之间的内含子出现罕见点突变，形成一个空等位基因[14]。P2X7J缺少第8外显子，不表达截断之后的258个氨基酸，包括羧基末端的10个氨基酸。P2X7J是非功能性的。当P2X7J与P2X7A共表达时，可形成非功能性P2X7A/P2X7J异型受体。P2X7J在正常和宫颈癌组织中均表达，且在宫颈癌组织中表达水平较高，提示该变异体可保护肿瘤细胞免受ATP介导细胞凋亡的影响[9]。在啮齿类动物中发现剪接变体P2X7K，其产生是由于外显子1和外显子2之间的内含子中插入额外的外显子，导致P2X7K在第一个跨膜结构域具有交替的N端，因此在激动剂作用下可提高其形成大孔的敏感性[15]。

2  P2X7变异体在肿瘤中的作用机制

P2X7的各变异体均与细胞增殖失调有关，但各变异体的功能和作用机制存在差异。P2X7A作为全长受体对细胞增殖有双相调节作用。在肿瘤微环境等高浓度胞外ATP刺激下，P2X7A可通过形成胞膜大孔引起细胞凋亡。在一些实体肿瘤细胞中，P2X7A可激活磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称Akt）、细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）1/2等信号通路，通过调节下游细胞因子、核转录因子调控相关基因的表达。P2X7A在肿瘤侵袭和转移过程中发挥重要作用。基于P2X7各变异体是全长P2X7A的选择性剪接理论，可认为P2X7各变异体在结构上保持高度同源性，在功能上也有相似之处：P2X7B、P2X7J、P2X7L和nf-P2X7可使细胞丧失大孔形成的功能，P2X7A和P2X7B可调节线粒体代谢进而影响细胞代谢，P2X7K可改变细胞膜的通透性，P2X7B和P2X7J通过与P2X7A形成异源三聚体而免受P2X7诱导的细胞凋亡。

2.1  P2X7A

P2X7A可促进细胞增殖，参与细胞死亡。P2X7A被病理条件下释放的高水平ATP激活，细胞内K+水平降低导致前体胱天蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）-1裂解为caspase-1，前体白细胞介素（interleukin，IL）-1β和前体IL-18转化为成熟的IL-1β和IL-18，从而激活炎症小体NLRP3[12]。P2X7A可介导胞膜大孔的形成，引起细胞内炎症因子的释放，进而导致细胞凋亡。同时，大孔开放也可增强细胞内药物的摄取。研究发现P2X7A可在增加急性髓系白血病细胞对柔红霉素通透性中发挥作用，促进化疗药物的进入，从而提高其毒性；急性髓系白血病复发患者经化疗后，P2X7A水平有所降低[14]。

近年来，P2X7A被发现具有促进细胞增殖的作用。P2X7A表达于巨噬细胞、树突状细胞、B淋巴细胞、T淋巴细胞和胸腺细胞等造血和免疫细胞中。在多种实体肿瘤中，P2X7A的表达水平和活性都有所增加。在急、慢性髓系白血病患者中发现P2X7A过表达[14]。既往研究表明，P2X7A可促进人胰腺癌细胞、卵巢癌细胞、胶质瘤细胞、神经母细胞瘤和前列腺癌细胞的增殖和生长[16-20]。在人神经母细胞瘤中，细胞外ATP激活P2X7A后，PI3K/Akt信号通路活性增加，Akt/缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）轴被激活，血管内皮生长因子表达水平升高；同时，细胞内Akt可抑制参与细胞凋亡调控过程的糖原合成酶激酶-3β活性[19]。P2X7A的激活可增加肿瘤细胞的侵袭和转移能力；在前列腺癌和卵巢癌细胞中，P2X7A也可通过激活PI3K/Akt信号通路促进肿瘤细胞的生长[17，20]。在胰腺癌细胞、卵巢癌细胞、前列腺癌细胞及胶质瘤细胞中，P2X7A的激活可活化ERK1/2，ERK1/2及其介导的信号通路可作用于AP-1、核因子кB等核转录因子，在肿瘤侵袭和转移过程中起中介和放大信号的作用[16-18，20]。同时，P2X7A还可通过调节细胞代谢影响细胞增殖。低水平ATP激活P2X7A后，可诱导Ca2+穿过质膜进入线粒体，增加线粒体膜电位，提高糖酵解速率和氧化磷酸化效率，有助于ATP的合成代谢反应，从而促进肿瘤细胞在生长因子供应有限的条件下生长；而高水平ATP激活P2X7A后，可导致线粒体破裂和细胞死亡[21]。

2.2  P2X7B

P2X7B与P2X7A的组织分布相似，其在大多数组织中的表达水平与P2X7A相当甚至更多[22]。P2X7B除无法形成质膜大孔外，其可介导其他所有依赖P2X7A的反应。当细胞外ATP水平升高时，P2X7A可形成质膜大孔，导致细胞死亡。而在这种条件下，P2X7B不仅不会导致细胞死亡，还会进一步刺激细胞增殖。因此，相较于P2X7A，P2X7B具有更强的促细胞增殖作用。

在转染P2X7B的HEK293细胞中，P2X7B的激活可增加细胞内质网中Ca2+的释放量；Ca2+可与钙调蛋白结合，激活活化T细胞核因子胞浆1型，激活下游信号通路，从而促进HEK293的细胞增殖[8.23]。与同时转染P2X7A和P2X7B的骨肉瘤细胞相比，仅表达P2X7B的骨肉瘤细胞内骨保护素显著增高，可更大程度降低RANK-L与骨保护素比值，从而增强骨肉瘤细胞的侵袭性[3]。研究表明P2X7B还可与P2X7A在质膜中形成异源三聚体，这种异源三聚体可显著增强P2X7A的功能[8]。

2.3  P2X7H

P2X7H又称为P2X7-V3，其被认为是一种与肿瘤高度相关的可变剪接亚型，参与肿瘤的血管生成、细胞增殖和转移等过程[24]。P2X7H被证实是促进葡萄膜黑色素瘤发生的重要致癌因子，其可通过调控PI3K/Akt信号通路活性，介导肿瘤进展。在体外和体内实验中，敲除P2X7H基因均可显著抑制肿瘤细胞的生长和转移[10]。

2.4  P2X7J

P2X7J已被证实表达于宫颈癌细胞中[9]。P2X7J是P2X7A的天然截短变异体之一。相对于P2X7A，P2X7J缺少羧基末端、第二跨膜结构域TDM2和细胞外环远端1/3部分。这种变异体被认为可保护宫颈癌细胞免受P2X7诱导的细胞凋亡作用。在Feng等[25]的研究中，P2X7J变异体与P2X7A以异源寡聚化形式结合并形成非功能性P2X7低聚物，该低聚物使P2X7A丧失诱导P2X7依赖性细胞凋亡的作用，其机制在于P2X7J和P2X7A的共表达可阻断细胞凋亡和孔形成，抑制P2X7受体激动剂BzATP激活的Ca2+内流，从而保护宫颈癌细胞免受P2X7诱导的细胞凋亡的作用。

与正常宫颈组织相比，P2X7各变异体在人宫颈鳞状细胞癌中的表达也支持上述结论。研究发现，尽管P2X7J在人宫颈鳞状细胞癌和正常宫颈组织的裂解物中表达水平相当，但P2X7A在人宫颈鳞状细胞癌组织中的表达显著低于正常宫颈组织。基于P2X7A在肿瘤细胞中的表达减少有利于P2X7J/ P2X7A异源寡聚体复合物的形成这一发现，单独或相对于P2X7J测定P2X7A在细胞中的含量或许可为肿瘤的诊疗提供新线索[25]。

2.5  P2X7K

在小鼠等啮齿类动物中，科学家发现一种新的剪接变体P2X7K。相较于P2X7A，P2X7K对激动剂有更高的敏感性，可快速触发膜通透性的改变；P2X7K在脾淋巴细胞中的表达更有选择性，其N端结构域的改变可影响孔内Ca2+通道区分渗透性阳离子的能力。P2X7A是低亲和力的嘌呤能受体，需要毫摩尔浓度级的ATP才能完全将其激活。相比之下，P2X7K可被微摩尔浓度级的ATP完全激活，从而产生较P2X7A更微弱的Ca2+电流。因此，这一功能可视作防止钙超载对细胞增殖产生不利影响的安全阀[26]。

2.6  P2X7L

P2X7L在信使RNA水平缺失外显子7和外显子8，这使得天冬酰胺292和精氨酸294残基被切除，这两个残基可与人P2X7配体结合位点ATP相互作用，残基被切除后P2X7L缺乏ATP的结合位点。在被P2X7L和P2X7A双重转染的HEK293细胞中，P2X7A和P2X7L的共表达对胞外ATP的刺激仅表现出吞噬功能，而不具有质膜出泡、细胞死亡、通道或膜孔形成等功能[27]。

2.7  nf-P2X7

nf-P2X7在尿路上皮癌、肾癌、结直肠癌、肺癌、肝癌、肉瘤和胸膜癌中均有表达。nf-P2X7是P2X7A的错误折叠形式，其保留P2X7A的离子通道和营养功能，但不具有P2X7A形成胞膜大孔的功能，可支持肿瘤细胞生存，有利于肿瘤细胞的生长[28]。在无ATP刺激的条件下，nf-P2X7常以胞内蛋白的形式存在于胞浆内。当细胞暴露于高浓度ATP时，胞内的nf-P2X7可转运至胞膜上，上调nf-P2X7在胞膜上的表达水平，下调P2X7A表达水平，抑制胞膜大孔的形成，减少肿瘤细胞的凋亡[28]。

nf-P2X7的表达水平随肿瘤级别的变化而变化。在前列腺癌中，nf-P2X7展示出区分潜在和侵袭性肿瘤的潜力。正常前列腺组织缺乏nf-P2X7，而分化良好的前列腺癌组织内表达中等密度的nf-P2X7。当肿瘤细胞转变为中分化或低分化状态时，nf-P2X7的密度增加。在生长非常缓慢的低级别前列腺癌中，nf-P2X7几乎完全为细胞内的受体表达模式，而浸润性前列腺癌患者质膜和基底细胞表面nf-P2X7密度显著升高[29]。因此，胞膜nf-P2X7表达的上调可能是P2X7变异体促进肿瘤细胞增殖的原因之一。

3  小结

近年来，越来越多的研究证实P2X7变异体与肿瘤的发生发展有关。目前，关于P2X7变异体和nf-P2X7亚型的研究表明，既保留P2X7的促细胞增殖功能且无法形成胞膜大孔的变异体在肿瘤组织的高侵袭性中发挥重要作用。因此，继续深入探索P2X7变异体在肿瘤细胞增殖中的作用机制，可为新型抗肿瘤靶向药物的研发提供更多可能。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2023–10–12）

（修回日期：2024–05–21）