P2X7受體與中樞神經系統疾病的研究進展

曹敏玲+王慧

【摘 要】 P2X7受體及其介導的信號通路在中樞神經系統疾病中發揮著關鍵的調控作用，P2X7受體可能成為中樞神經系統疾病潛在的藥物靶點。本文就P2X7受體與中樞神經系統疾病如帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側索硬化、抑郁癥和失眠等的最新研究進展進行綜述。

【關鍵詞】 P2X7受體；信號通路；中樞神經系統疾病

【中圖分類號】R3 【文獻標志碼】 A【文章編號】1007-8517（2016）14-0026-03

Abstract：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.

Keywords：P2X7 receptor；signaling pathway；central nervous system diseases

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

1 P2X7受體簡介

三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）作為中樞和周圍神經系統的興奮性神經遞質，其受體根據分子結構和信號轉導機制分為兩類：離子通道P2X受體和G蛋白偶聯P2Y受體。P2X受體是以ATP為配體的離子門控通道，目前已確認存在7個不同的亞型，它們具有相同的一般結構：即氨基端和羧基端均在胞內，2個跨膜區和1個包含10個半胱氨酸殘基的胞外環結構。P2X7R是由595個氨基酸組成，為2次跨膜蛋白，ATP結合位點在胞外環上。P2X7R與P2X受體的其他亞型有35%～40%的同源性，其羧基端區是P2X受體家族成員中最長的，由239個氨基酸構成，這種獨特結構將直接影響P2X7R的功能調節。P2X7R容易形成多聚體結構，通常以三聚體的方式分布在細胞膜上。

P2X7R在體內分布極為廣泛，于血液中表達最為顯著，如巨噬細胞、肥大細胞和淋巴細胞等。在CNS內，神經元、少突膠質細胞和小膠質細胞中檢測到P2X7R的存在[1]。有研究發現，大鼠皮質、海馬、腦干、伏核、脊髓[2]和人類腦組織均出現P2X7R mRNA的表達。P2X7R為雙功能受體，激活P2X7R需要更高濃度的ATP。P2X7R在較低濃度或短時間激動劑刺激時引起非選擇性陽離子內流，在較高濃度或長時間反復刺激時形成質膜孔道，允許分子質量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受體介導的信號通路

P2X7R活化的主要信號是細胞內鈣離子濃度升高，隨后激活多種復雜的信號轉導通路產生不同功能。有研究發現，在血管內皮細胞中，P2X7R介導的磷脂酶D的活化依賴于胞外高濃度鈣離子條件，蛋白激酶C可能在這個活化過程中起到重要作用。P2X7R激活后可引起巨噬細胞或小膠質細胞釋放白介素（interleukin，IL）-1β，隨之啟動核因子（nuclear factor ，NF）-κB的基因表達，進行轉錄和翻譯后引發一系列免疫反應[4]。絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MARK）分布廣泛， P2X7R介導P38、細胞外信號調節激酶（extracellular-regulated kinase，ERK）、Jun-氨基末端激酶（Jun N-terminal kinase，JNK）3條主要MARK信號通路的激活。P2X7R在多種細胞通過特定的蛋白酪氨酸激酶活化MARK信號通路。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）信號轉導途徑，調節下游的細胞生長、細胞周期進程和細胞存活。鈣依賴磷酸酶/T細胞活化核因子被P2X7R激活后，引起誘導型一氧化氮合酶（inducible NOS，iNOS）和環氧合酶（cyclooxygenase，COX）-2等促炎因子的生成和釋放[5]。P2X7R激活后介導多種信號通路，并參加炎性和免疫反應過程，導致細胞受損乃至凋亡[6]，成為相關疾病病理進展的關鍵因素。

3 P2X7受體與中樞神經系統疾病

P2X7R廣泛存在CNS中并發揮著關鍵的調節作用，產生復雜的生物學效應。CNS疾病如帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側索硬化、抑郁癥和失眠等病理過程與P2X7R關系密切，提示P2X7R可能成為CNS疾病未來治療的新靶點。

3.1 帕金森病（Parkinson′s disease，PD） PD作為一種多見的CNS退行性疾病，其發病率與年齡的增長呈正相關，典型癥狀包括靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙。對于PD患者的發病，現一般認為與遺傳因素、年老、情緒因素、抗PD藥物的影響及腦內多巴胺、去甲腎上腺素、乙酰膽堿等神經遞質的異常變化有關。α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）是PD遺傳發病的關鍵因素，它可以激活小膠質細胞，引起多巴胺能神經元死亡。有研究表明[7]，通過細胞外α-Syn對小膠質細胞P2X7R的刺激，引起PI3K/AKT通路激活和氧化應激增加，調控該途徑可能成為預防和治療PD的有效思路。P2X7R激活后誘導小膠質細胞和星形膠質細胞合成以及釋放多種細胞因子與信號分子是引起多巴胺能神經元退變的主要原因[8]。另外，受損的黑質多巴胺能神經元P2X7R在長時間較高濃度ATP的刺激作用下形成質膜孔道，結果導致多巴胺能神經元變性、壞死。有文獻指出[9]，P2X7R可能通過破壞細胞內的離子平衡，調節IL-1β的釋放等影響黑質多巴胺能神經元的退化過程。P2X7R拮抗劑A-438079能抑制BzATP[2′-3′-O-（4-benzoylbenzoyl）-ATP]誘導的IL-1β釋放和P2X7R質膜孔道的形成，它可減少6-羥多巴胺導致的紋狀體多巴胺消耗，因此，P2X7R的阻斷對PD紋狀體多巴胺起保護作用[10]。

3.2 阿爾茨海默病（Alzheimer′s disease，AD） AD是好發于老年人群的進行性發展的疾病，主要病理變化為大腦皮質彌漫性萎縮、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元纖維纏結。AD的病因目前尚未明確，有研究[11]指出其發病的關鍵因素是Aβ在腦內的沉積，并誘導小膠質細胞活化。

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細胞，P2X7R的表達水平顯著提高。腦內Aβ沉積可使P2X7R表達增強，激活P2X7R的小膠質細胞通過產生活性氧和神經毒性炎癥物質介導神經元死亡。P2X7R通過減少IL-1β釋放和抑制COX通路來增強小膠質細胞對Aβ1～42的吞噬作用[13]。Aβ能刺激野生型小鼠小膠質細胞內鈣離子濃度增加、ATP釋放、IL-1β分泌和細胞膜通透性增強，對P2X7R基因敲除小鼠則沒有觀察到此現象；同樣在野生型小鼠海馬內注射Aβ會引起IL-1β大量堆積而P2X7R基因敲除小鼠則沒有出現同等情況[14]，提示P2X7R是Aβ激活小膠質細胞過程中的一個關鍵環節。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單核苷酸多態性降低了約四倍患有AD的概率[17]，以上發現對深入了解AD的生理及其治療意義深遠。

3.3 肌萎縮側索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS） ALS是一種發病機制尚未明確，以選擇性運動神經元變性丟失、進行性癱瘓為特點的疾病。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ALS的危險因素。在ALS的動物模型中，表達超氧化物歧化酶1突變體（SOD1G93A）的星形膠質細胞能誘發神經炎性反應，推動疾病進展過程甚至引發運動神經元凋亡。有研究表明[18]，由ATP或P2X7R激動劑BzATP反復刺激導致星形膠質細胞SOD1G93A具有神經毒性，誘發運動神經元死亡，該作用能被P2X7R選擇性拮抗劑亮藍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細胞SOD1G93A對運動神經元的毒性。以上表明P2X7R激活脊髓星形膠質細胞引起的神經毒性會導致運動神經元死亡，進而提示P2X7R抑制劑可能通過星形膠質細胞減少ALS的神經炎性反應。然而，有研究證明[19]，SOD1G93A小鼠進行P2X7R敲除后，ALS的發病和疾病進展明顯加速惡化，提示該受體可能至少在疾病的某些階段產生有益的影響。因此，P2X7R在ALS的病理過程中發揮復雜的雙重作用，這種作用可能通過影響疾病的神經炎癥成分為治療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]。脂多糖誘導的抑郁癥小鼠模型的IL-6、IL-1β和TNF-α的水平明顯上調，應用大黃酚通過抑制P2X7/NF-κB信號通路，下調上升的IL-6、IL-1β和TNF-α從而發揮抗抑郁的作用[22]，提示調節P2X7R信號通路的相關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發生改變，其中包括Slc17a7、Nfatc1、Creb313等抑郁癥相關基因。激活P2X7R能快速釋放促炎性細胞因子，對P2X7R進行基因敲除后小鼠表現出抗抑郁樣表型，表明P2X7R拮抗劑可能成為抑郁癥治療的潛在靶點[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，越來越受到醫學行業和社會各界的關注。Lena Backlund等[25]對健康志愿者進行睡眠剝奪，檢測到外周血單核細胞上P2X7R RNA的水平顯著升高，表明健康成年人睡眠剝奪會增加P2X7R的表達。James M等[26]研究表明P2X7R參與睡眠的調節，它的表達隨睡眠-覺醒周期變化，如果去除P2X7R則會降低睡眠剝奪誘導的睡眠反應。另外，大鼠睡眠剝奪后P2X7R蛋白水平發生改變，并且經過IL-1處理后影響P2X7R mRNA的表達。P2X7R被激活后引起膠質細胞釋放IL-1，IL-1又反過來影響睡眠，提示P2X7R與失眠關系密切，可能通過調節膠質細胞釋放IL-1來參與疾病的病理過程。

4 小結與展望

P2X7R及其介導的信號通路與CNS疾病關聯密切，P2X7R拮抗劑可能成為CNS疾病潛在的治療靶點。但由于不同物種對激動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，給研究帶來諸多不便。因此將有高度選擇性和安全有效的P2X7R的激動劑或拮抗劑引入CNS疾病的研究非常關鍵。深入研究P2X7R，才有利于開發出治療多種CNS疾病的新型藥物。

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（收稿日期：2016.04.27）