P2X7受體在胞內病原體感染中的研究進展

賀樟平，陳列松，吳移謀

嘌呤受體分為P1和P2受體，P1受體主要由腺苷激活，P2受體主要由ATP激活。P1受體再分為A1、A2、A3等亞型，而P2受體家族包括P2YG蛋白偶聯受體(P2Y1、2、4、6、11-14)和P2X配體門控離子通道受體(P2X1-7)[1]。P2Z受體最先從大鼠腦中克隆出來，之后被命名為P2X7受體，隨著對該受體的深入研究，發現其參與宿主清除微生物機制并介導炎癥反應。P2X7受體參與機體抵抗結核桿菌、衣原體、布氏桿菌、病毒，寄生蟲等多種胞內病原體的感染過程。雖然抗生素的使用有效減輕了病原體侵入機體后引起的炎癥反應，但抗生素濫用，多種超級細菌已進化出耐藥性，對人體健康造成極大危害。隨著基因敲除P2X7受體的動物模型和細胞模型的廣泛應用，發現其在病毒感染中也發揮了重要作用，提示P2X7受體有望成為感染性疾病治療的新靶點。本文主要綜述P2X7受體結構、功能和分布，以及在常見胞內病原體感染中的研究進展。

1 P2X7受體結構、功能與分布

P2X7受體是由595個氨基酸殘基組成的蛋白質，在細胞膜上形成由3個同源亞基組成的多聚體，每個亞基有2個跨膜結構域和1個糖基化的胞外環，胞外環上有ATP結合位點。胞內為1個短鏈N端與長鏈C端。N端序列結構高度保守，由395個氨基酸殘基組成；C端由約200個氨基酸殘基組成，是P2X7受體的主要功能結構域。

ATP作為P2X7受體唯一的天然激動劑，是細胞在應激、損傷或病原體感染時釋放的一種磷酸化合物[2]。P2X7受體對ATP的敏感性很低，當ATP濃度為2～4 mmol/L時，P2X7受體才發生活化；而活化其他P2X受體家族的ATP濃度僅需1～10 μmol/L[3]。生理狀態下，細胞間隙的ATP濃度處于低水平狀態。而在病理狀態下，如感染、炎癥、組織缺氧或損傷時，免疫細胞如巨噬細胞、樹突狀細胞、單核細胞、淋巴細胞等可將胞內ATP釋放入細胞間隙，胞外ATP濃度增加，進而活化P2X7受體[4]。

P2X7受體激活后打開快速、雙向特定的陽離子通道(胞外Na+、Ca2+內流和胞內K+外流)，進一步引起下游信號通路的變化，如Ca2+內流能激活磷脂酶D(PLD)，促進吞噬體-溶酶體融合進而殺死胞內病原體，K+外流可刺激并輔助NLRP3炎癥復合體組裝，促進caspase-1活化，caspase-1被激活后，將胞內不具活性的pro-IL-1β前體剪切成有活性的成熟IL-1β，分泌到胞外引起炎癥反應。P2X7受體還可通過NADPH氧化酶誘導ROS的產生,促進溶酶體融合，從而清除病原體[5]。Caspase-1水解pro-IL-6、pro-IL-18、pro-IL-33等促炎反應的細胞因子，使其成為有活性的IL-6、IL-18、IL-33[6]，介導多種感染性疾病的病理生理過程[7]。此外，P2X7受體參與一氧化氮(nitric oxide, NO)合成，誘導一氧化氮合酶(nitric oxide synthetase, iNOS)，TNF-α的釋放和NF-κβ信號途徑的活化等[8]。當P2X7受體被ATP持續活化，其介導的陽離子孔道轉變成pannexin-1膜孔，形成較大的非選擇性膜孔，胞內外小分子物質和離子可通過“膜孔”引起細胞通透性改變，引起細胞水腫、壞死和凋亡等現象的發生[9](圖1)。

P2X7受體與炎癥相關[10]，可激活核苷酸結合寡聚化結構域樣受體3(nucleo-tide-binding domain leucine-rich-containing family pyrin domain-containing-3, NLRP3)，促進IL-1β釋放[11]。P2X7受體還參與損傷修復過程，促進傷口愈合和細胞生長，以維持機體內環境穩定[12]。

P2X7受體廣泛分布于全身，在人體多種組織和細胞中均有表達, 如血液細胞和神經細胞[13]。血液細胞包括造血干細胞、中性粒細胞[14]、巨噬細胞、單核細胞、淋巴細胞和紅細胞等。其中，中性粒細胞參與炎癥反應釋放活性氧(Reactive oxygen species, ROS)，形成的胞外捕獲網與糖酵解產生的ATP有關。神經細胞包括小膠質細胞[15]、星形膠質細胞、少突膠質細胞以及雪旺細胞。最新的研究發現，P2X7受體也分布于成骨細胞、成纖維細胞、內皮細胞和上皮細胞等組織細胞[16]。此外，P2X7受體還存在于某些神經元群，如脊髓、小腦、下丘腦和黑質中[17-18]。P2X7受體在不同的細胞中具有不同的作用機制(表1)。

表1 P2X7受體在不同細胞中的作用機制Tab.1 P2X7 receptor has different mechanisms in different cells

2 P2X7受體與細菌感染

2.1 P2X7受體與結核分枝桿菌 結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起結核病的胞內寄生病原體，該菌可侵犯全身各組織臟器，以肺部感染多見。在結核桿菌感染中，P2X7受體對機體具有保護作用，可促進單核細胞/巨噬細胞P2X7受體表達增加，誘導巨噬細胞清除胞內結核分枝桿菌，有利于機體控制感染[25]。該保護作用可被P2X7受體阻斷劑oxidized ATP (oxATP)阻斷[26]。而氯馬司汀通過激活巨噬細胞P2X7受體引發Ca2+內流，從而控制結核分枝桿菌感染[27]。

然而，P2X7受體對機體也存在損傷作用，這與分枝桿菌菌株類型和致病性有關[28]。如高致病性菌株(Beijing1471或MP287/03)通過活化P2X7受體誘導巨噬細胞壞死，大量ATP釋放到胞外，打開pannexin-1膜孔，致細胞死亡、組織損傷、菌體擴散[29]。同樣，Bomfim 等[30]發現高致病性分枝桿菌依賴P2X7受體誘導巨噬細胞死亡，促進細菌體內擴散。此外，P2X7受體還與結核分枝桿菌IV型超敏反應引起的局部組織的炎癥反應有關，促進肉芽腫形成，引發干酪樣壞死和廣泛的組織損傷[31]。

2.2 P2X7受體與牛布魯氏菌 牛布魯氏菌(BovineBrucellosis)攻擊免疫系統可激活P2X7受體，引發Na+、Ca2+內流和K+外流，激活NLRP3炎性小體。研究表明，牛布魯氏菌通過NLRP3炎性小體釋放的IL-1β不僅與線粒體ROS產生有關，還與P2X7受體和牛布魯氏菌產生的NO密切相關[32]。IL-1β在感染、損傷以及免疫應答中起重要作用，也是急、慢性炎癥反應的主要介導因子[33]。敲除NLRP3基因的巨噬細胞IL-1β分泌低，且NLRP3基因敲除鼠比野生鼠更易感染牛布魯氏菌[34]。表明NLRP3炎性小體在抗牛布魯氏菌感染中發揮重要作用，而NLRP3炎性小體的激活又受P2X7受體調控，進一步推測P2X7受體可間接通過NLRP3炎性小體發揮抗炎作用。

2.3 P2X7受體與衣原體 沙眼衣原體(Chlamy-diatrachomatis, Ct)通過破壞先天性免疫應答，抑制衣原體包涵體和溶酶體融合，進而寄生于宿主細胞中[35]。感染的巨噬細胞通過ATP活化P2X7受體，激活磷脂酶D(phospholipase D, PLD)，清除衣原體。ATP刺激巨噬細胞后，可檢測到PLD活化，而抑制PLD活化可恢復衣原體活性。然而，在相同條件下，缺乏P2X7受體的巨噬細胞未發生PLD活化，也未檢測到衣原體活性降低，提示PLD的活化與P2X7受體有關，且PLD是控制感染的直接因素[36]。同樣，在沙眼衣原體感染中，P2X7受體基因敲除鼠與野生鼠相比更易陰道感染，其子宮頸內、輸卵管和輸卵管系膜組織的急性炎癥更明顯[37]。

鸚鵡熱衣原體(Chlamydiapsittaci, Cps)對機體的損傷與感染引起的全身免疫應答密切相關[38]。感染衣原體的細胞比未感染衣原體的細胞ATP高2～3倍，Cps通過P2X7受體抑制ATP誘導的J774鼠巨噬細胞凋亡，其通過減少胞外ATP滲入胞內，阻止Ca2+內流抑制宿主細胞凋亡，J774鼠巨噬細胞與ATP共孵育，6 h后檢測到Cps活性降低，而Cps活性在未與ATP共孵育的J774鼠巨噬細胞中無明顯改變，表明ATP可通過激活P2X7受體，促進胞內病原體的清除[39]。

3 P2X7受體與病毒感染

3.1 P2X7受體與HIV 人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus, HIV)，即艾滋病(AIDS,獲得性免疫缺陷綜合征)病毒，可造成人類免疫系統受損。HIV除主要攻擊CD4+T淋巴細胞外，還可感染CD8+T淋巴細胞、B淋巴細胞、朗格漢斯細胞、單核吞噬細胞、樹突狀細胞和神經膠質細胞。P2X7受體參與HIV發病機制由核苷酸逆轉錄酶抑制劑(NRTIs)介導，目前AIDS治療的重點依賴于抑制P2X7受體活性[40]。ATP激活P2X7受體后，儲存在巨噬細胞囊泡中的HIV-1病毒顆粒通過胞吐作用釋放到胞外，而使用P2X7受體拮抗劑A-438079和神經酰胺抑制劑阿米普拉明可阻止病毒釋放[41]，從而控制感染擴散[42]。此外，P2X7拮抗劑還可抑制HIV-1感染淋巴組織，減少IL-10和IL-1β的分泌[41]。由于抗逆轉錄病毒治療后HIV患者不能產生足夠數量的輔助性T細胞，而CD34+造血祖細胞過度表達P2X7受體時可抑制T淋巴細胞分化為輔助性T細胞, 致細胞免疫和體液免疫受損。因此，抑制P2X7受體活化可恢復CD4+水平，并能延長免疫缺陷者的壽命[43]。

3.2 P2X7受體與H7N9流感病毒 H7N9感染機體形成“細胞因子風暴”引發全身炎癥反應綜合征，嚴重者可導致多器官功能障礙綜合征，甚至危及生命[44]。NLRP3炎性小體是在H7N9感染過程中激活的先天性胞質復合體，活化的caspase-1可將不活躍的pro-IL-1β和pro-IL-18剪切成具有生物活性的IL-1β和IL-18以誘發炎癥反應，激活的上皮細胞和內皮細胞分泌TNF-α、IL-6等多種細胞因子[6]。NLRP3炎性小體在流感早期發揮保護作用，在感染晚期加速炎癥反應，而在小鼠流感模型中，感染早期和晚期使用P2X7受體抑制劑丙磺舒或AZ11645373滴鼻治療后，促炎細胞因子分泌均減少，肺內炎癥浸潤減輕[45]。該結果表明P2X7受體在H7N9感染中不僅參與炎癥反應，P2X7受體抑制劑還可作為H7N9感染治療藥物的研發方向。

3.3 P2X7受體與登革熱病毒 當機體受到登革熱病毒(Dengue virus, DEN)感染時，釋放大量ATP活化P2X7受體，產生大量促炎因子導致低血容量性休克和凝血功能障礙。P2X7受體參與抗病毒應答，與未加抑制劑組相比，ATP抑制劑預處理單核細胞后，胞內登革熱病毒載量明顯降低。NO具有抗病毒作用，未加P2X7受體抑制劑NO生成增加，而用特異性P2X7受體抑制劑KN62處理細胞后，幾乎檢測不到NO，表明P2X7受體通過促進宿主細胞NO生成以滅活胞內病毒，從而控制登革熱病毒感染[46]。

3.4 P2X7受體與其他病毒 其他致呼吸道感染的病毒，如新型冠狀病毒(COVID-19)感染機體，引發急性呼吸窘迫綜合征，肺彌漫性水腫，炎性細胞浸潤，甚至發展為彌散性血管內凝血。在一些體外和體內的實驗模型中，這些病毒感染引起的病理改變均為P2X7受體活化所致[47]。此外，水痘帶狀皰疹病毒(varicella-zoster virus, VZV)感染的細胞,胞內ATP以依賴pannexin-1膜孔的方式分泌到胞外，胞外ATP激活P2X7受體來抑制水痘帶狀皰疹病毒、新城雞瘟病毒、小鼠白血病病毒和單純皰疹病毒的復制，并通過P38/JNK/ATF-2信號通路促進IFN-β的分泌，從而發揮抗病毒作用[48]。

4 P2X7受體與寄生蟲

4.1 P2X7受體與弓形蟲 弓形蟲(Toxoplasmagondii)是專性細胞內寄生蟲，80%寄生于大腦，其次是心臟和眼底，可隨血液流動到達全身各部位，使宿主免疫力下降，引起弓形蟲病[49]，弓形體病無法治愈，可通過加強機體免疫應答加以控制[50]。雖然巨噬細胞能有效地抑制弓形蟲繁殖[51]，然而，弓形蟲已進化出通過P2X7受體操縱宿主的免疫逃逸機制[52]，胞外ATP 激活P2X7受體可增強弓形蟲感染期間的促炎癥反應[53]，P2X7受體通過NADPH氧化酶誘導ROS的產生，促進IL-1β分泌，進而促進線粒體ROS的生成,介導弓形蟲感染[54]。P2X7-/-小鼠比P2X7+/+小鼠更容易受到弓形蟲RH菌株的急性感染, 這與炎性因子分泌不足有關。感染后第4天，在感染菌株的P2X7-/-小鼠的腹膜沖洗液中促炎細胞因子IL-12、IL-1、IFN-α和TNF-γ的水平沒有或很少增加，然而在P2X7+/+小鼠中這些細胞因子的水平顯著增加。且感染RH菌株的P2X7-/-鼠肝、脾、淋巴結器官重量和弓形蟲寄生載量增加，提示P2X7受體參與宿主調控弓形蟲感染的防御機制。

4.2 P2X7受體與克氏錐蟲 克氏錐蟲(TrypanomacruziChagas)是一種人獸共患的寄生原蟲，由嗜血錐蝽傳播，常引起克氏錐蟲病，侵犯多種器官如心、腦、食管、結腸等。在炎癥部位，ATP及其降解產物腺苷，通過激活P2X7受體發揮信號分子和免疫調節作用。P2X7受體調節細胞外ATP和腺苷水平，影響克氏錐蟲病患者的免疫和炎癥過程[55]。肥大細胞在克氏錐蟲感染中具有免疫調節作用，雖然感染誘導P2X7受體轉錄，使P2X7受體發揮抗感染免疫作用，但是在不同的感染組織中該受體的表達存在差異[56]，表明肥大細胞調控P2X7受體發揮抗感染免疫受不同炎癥環境的限制。

4.3 P2X7受體與瘧原蟲 瘧疾是一種經“按蚊”叮咬而感染瘧原蟲(plasmodium)所引起的蟲媒傳染病，不同的瘧原蟲分別引起間日瘧、三日瘧、惡性瘧及卵圓瘧。ATP在感染的紅細胞中積累，并通過膜上的離子通道或紅細胞破裂釋放到細胞外環境，P2X7受體感知胞外ATP，誘導CD4+T細胞分泌INF-γ和IL-2，促進Th1細胞的分化為濾泡輔助T細胞(Tfh)以維持體液免疫[57]。此外，P2X7受體還通過促進細胞凋亡以控制感染小鼠脾臟Tfh細胞數量，缺乏P2X7受體的小鼠對感染的易感性增加，這與Th1細胞分化受損有關[58]。免疫系統通過維持Th1/Tfh細胞的穩態可以更有效地清除瘧原蟲，因此，利用P2X7激動劑和拮抗劑操縱ATP-P2X7軸調控Th1/Tfh細胞平衡，可改善機體免疫應答或逆轉病理進程。由于瘧原蟲的侵襲性與其在宿主免疫中的生存能力有關，近年來的研究主要集中于P2X7受體靶向藥物誘導保護性免疫以控制感染。

5 小結與展望

P2X7受體在體內分布廣泛，參與調節炎性因子的分泌，與胞內病原體感染有著極其密切的關系。在感染早期，P2X7受體協助機體產生保護性免疫，參與宿主清除微生物機制并介導炎癥反應，然而，當感染持續加重，機體產生細胞因子風暴時，該保護作用轉變為損傷作用。總之，P2X7受體對機體是否具有保護性作用取決于感染程度、菌株類型和致病性。在過去的幾十年里，P2X7受體的相關研究雖已取得巨大進展，但要徹底闡明P2X7受體在胞內病原體感染中的作用，需要進一步探究不同胞內病原體激活P2X7受體的可能信號通路及其所導致的復雜多樣的生物學效應。隨著對P2X7受體和其炎癥通路的深入了解，針對P2X7受體的藥物在感染性疾病中已取得顯著療效，表明該受體可作為感染性疾病藥物治療靶點，具有廣泛的應用前景。

利益沖突：無

引用本文格式：賀樟平，陳列松，吳移謀.P2X7受體在胞內病原體感染中的研究進展[J].中國人獸共患病學報，2021，37(11)：1037-1043. DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2021.00.147