嘌呤能受體P2X對(duì)痛性糖尿病神經(jīng)病變的調(diào)控作用

孫荷平 許嵐

·綜述·

嘌呤能受體P2X對(duì)痛性糖尿病神經(jīng)病變的調(diào)控作用

孫荷平 許嵐

痛性糖尿病神經(jīng)病變(PDN)是糖尿病周圍神經(jīng)病變(DPN)的常見臨床表現(xiàn)之一。目前PDN的發(fā)病機(jī)制尚不明確，現(xiàn)有的治療方案有限且療效欠佳。在初級(jí)傳入感覺神經(jīng)系統(tǒng)，P2X3受體在小直徑背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元選擇性高表達(dá)，高血糖通過誘導(dǎo)P2X3受體可塑性的改變來調(diào)控對(duì)疼痛的反應(yīng)。在1型糖尿病模型小鼠中，P2X7受體可能通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，使糖尿病小鼠產(chǎn)生機(jī)械痛敏。此外，也有研究報(bào)道其他P2X受體如P2X2、P2X4參與對(duì)PDN的調(diào)控。設(shè)計(jì)針對(duì)P2X受體的藥物，可能是一種新的個(gè)體化治療PDN的有效方法。

痛性糖尿病神經(jīng)病變；嘌呤受體；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

糖尿病周圍神經(jīng)病變(DPN)是糖尿病主要的并發(fā)癥之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全球糖尿病患者總數(shù)達(dá)到3.82億[1]。其中，痛性糖尿病神經(jīng)病變(PDN)作為DPN常見臨床表現(xiàn)之一，占30%～40%。由于疼痛嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，PDN的研究以及治療越來越受重視。PDN的臨床表現(xiàn)為痛覺過敏、觸誘發(fā)痛、自發(fā)性疼痛，以肢端、對(duì)稱性發(fā)作、夜間加重為特點(diǎn)，其疼痛往往隨著感覺缺失加重而緩解。所以PDN的研究對(duì)改善糖尿病神經(jīng)病變、提高患者生活質(zhì)量具有重要意義。目前PDN的治療之所以成為一個(gè)難題，主要由于：第一，對(duì)于只有部分患者出現(xiàn)神經(jīng)病理痛癥狀的原因不十分清楚；第二，對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何調(diào)控周圍神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生疼痛，沒有一個(gè)全面的了解?，F(xiàn)有的PDN治療僅能緩解癥狀，而不能停止或逆轉(zhuǎn)疾病的進(jìn)展[2]。因此，迫切需要尋找新的對(duì)PDN更有效和更特異的治療手段。目前的研究發(fā)現(xiàn)，脊髓磷酸化細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶水平的升高、高血糖介導(dǎo)的氧化應(yīng)激以及嘌呤能受體的可塑性改變均參與了糖尿病痛覺過敏的形成[3]。本文主要探討嘌呤能受體的可塑性改變及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在PDN發(fā)展中的重要作用。

1 嘌呤能受體P2X概述

嘌呤能受體是以ATP為配體的離子通道型受體。ATP可作為獨(dú)立的神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)，作用于嘌呤能受體，也可以同其他神經(jīng)遞質(zhì)或調(diào)質(zhì)如去甲腎上腺素、乙酰膽堿、多巴胺、谷氨酸、氨基丁酸、P物質(zhì)、神經(jīng)肽等一起作為共遞質(zhì)，調(diào)控機(jī)體內(nèi)其他激素類物質(zhì)釋放或調(diào)控自身釋放。在過去20多年的研究中，共發(fā)現(xiàn)19種不同的嘌呤能受體亞型，包括7種離子通道型受體(P2X)、9種代謝型受體(P2Y)和4種腺苷受體。近年的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病狀態(tài)下，P2X受體在感覺神經(jīng)元及小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，對(duì)PDN的發(fā)生和維持起著重要作用。

2 P2X3受體對(duì)PDN的調(diào)控作用

在初級(jí)傳入感覺神經(jīng)系統(tǒng)，P2X3受體在小直徑背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元選擇性高表達(dá)，調(diào)控對(duì)疼痛的反應(yīng)。很多研究顯示，DRG神經(jīng)元在皮膚和內(nèi)臟占優(yōu)勢(shì)，可表達(dá)30%～40%的P2X3受體，而只有2%的DRG神經(jīng)元在肌肉占優(yōu)勢(shì)。ATP不僅是一個(gè)重要的能量分子，而且是細(xì)胞間的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)遞質(zhì)，其由炎性反應(yīng)或損傷后被破壞的細(xì)胞釋放，通過細(xì)胞表面的嘌呤能受體發(fā)揮神經(jīng)遞質(zhì)的作用。因?yàn)锳TP由包括皮膚在內(nèi)的周圍組織釋放，P2X3受體可能在周圍組織發(fā)揮作用。P2X3受體介導(dǎo)的反應(yīng)在異常疼痛如痛覺過敏和觸誘發(fā)痛時(shí)被很大程度的放大，對(duì)P2X3受體在PDN中的研究發(fā)現(xiàn)，P2X受體拮抗劑可以緩解鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)糖尿病小鼠和大鼠的機(jī)械觸誘發(fā)痛[3-4]。P2X受體介導(dǎo)的興奮性改變的分子機(jī)制尚未完全闡明。Migita等[4]發(fā)現(xiàn)在STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠，DRG中P2X2和P2X3受體mRNA表達(dá)增加，但并沒有檢測(cè)該受體蛋白的表達(dá)情況。Xu等[5]最近報(bào)道，在糖尿病大鼠DRG細(xì)胞膜的P2X3受體蛋白表達(dá)有明顯上調(diào)，而總的P2X3受體表達(dá)并沒有改變，提示在糖尿病神經(jīng)病變時(shí)，P2X3受體從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜的表面。P2X3受體蛋白的運(yùn)輸部分歸因于糖尿病造模后P2X3受體介導(dǎo)的電流增大(2.2倍)。

糖尿病時(shí)P2X3受體蛋白運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制目前仍不清楚。為確定在DRG神經(jīng)元中P2X3受體和鈣離子/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶2(CaMKⅡ)的關(guān)系，Xu等[5]發(fā)現(xiàn)電刺激激活的CaMKⅡ促進(jìn)細(xì)胞膜表達(dá)P2X3受體。CaMKⅡ是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，它們大部分位于大鼠DGR神經(jīng)元，參與疼痛信號(hào)的調(diào)控。在炎性反應(yīng)和神經(jīng)損傷后，CaMKⅡ表達(dá)增加，盡管目前在DRG神經(jīng)元中是否有CaMKⅠ的激活改變?nèi)圆皇智宄?，越來越多的證據(jù)表明，在糖尿病大鼠心臟的乳頭肌和視網(wǎng)膜中CaMKⅡ的磷酸化水平較高[6-8]。在高血糖狀態(tài)下培養(yǎng)大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)元細(xì)胞，顯示嘌呤能受體激活，導(dǎo)致鈣反應(yīng)增加。綜上所述，高血糖誘導(dǎo)P2X3受體可塑性的改變參與糖尿病神經(jīng)病變的發(fā)生。

3 P2X7受體對(duì)PDN的調(diào)控作用

P2X7受體是P2X中的一種，由胞內(nèi)的 N 末端和 C 末端、兩段跨膜結(jié)構(gòu)(TM1和TM2)以及與配體結(jié)合的胞外環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成。起初研究者們運(yùn)用Northern印記的方法檢測(cè)到P2X7受體mRNA廣泛分布于許多組織中，其中以免疫系統(tǒng)(如胸腺和脾臟)表達(dá)最為豐富，在其他組織諸如大腦、脊髓、骨骼肌、肺和胎盤中也能檢測(cè)到P2X7 mRNA的表達(dá)。在人和大鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(包括大腦皮層、海馬、腦干及脊髓)和外周神經(jīng)系統(tǒng)(如DRG)中均能檢測(cè)到P2X7受體的表達(dá)。最近有研究報(bào)道，P2X7受體選擇性表達(dá)在大鼠的興奮性神經(jīng)元突觸前終末端，包括位于脊髓、延髓、小腦、紋狀體、丘腦、杏仁核和海馬等部位的神經(jīng)末梢。研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體在STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠的脊髓背角中有表達(dá)，且主要和小膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物Ⅰba1共表達(dá)，與神經(jīng)元的標(biāo)志物NeuN、星形膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物GFAP都幾乎沒有共表達(dá)，提示在小鼠的脊髓背角中P2X7受體主要在小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)。

研究顯示，P2X7受體能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，其在炎性反應(yīng)性疼痛、神經(jīng)病理性痛以及骨癌痛中的作用均有所報(bào)道。P2X7受體被細(xì)胞外ATP快速激活(<10 s)后，能使P2X7受體通道快速且可逆的打開，導(dǎo)致Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流，其中以Ca2+內(nèi)流為主。在很多組織中，P2X7受體既可以作為Ca2+的直接通道，也可以間接激活電壓門控的Ca2+通道，從而調(diào)控Ca2+依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[9]。還可導(dǎo)致一系列的細(xì)胞反應(yīng)如細(xì)胞因子的釋放、細(xì)胞增殖和凋亡等[10-11]。

Clark等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)，在脊髓背角被損傷神經(jīng)纖維控制的區(qū)域，小膠質(zhì)細(xì)胞從靜息狀態(tài)被激活，繼而暴露于因損傷被初級(jí)傳入纖維末端釋放的因子——ATP。高濃度的ATP導(dǎo)致P2X7受體在小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，激活的P2X7受體通道導(dǎo)致鉀離子外流、鈣離子內(nèi)流和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)p38的磷酸化。p38的磷酸化使磷脂酶A2介導(dǎo)的含有溶酶體的組織蛋白酶S(Cat S)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，進(jìn)而通過胞吐釋放到細(xì)胞外。細(xì)胞外的Cat S可以切割與脊髓背角神經(jīng)元細(xì)胞膜連接的膜結(jié)合型的趨化因子CX3CL1，使其變?yōu)橛坞x型CX3CL1，游離型的CX3CL1又通過與其在小膠質(zhì)細(xì)胞的唯一受體CX3CR1結(jié)合，進(jìn)一步激活p38 MAPK，使小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α、前列腺素E2、一氧化氮、腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子、IL-18等與病理性痛相關(guān)的物質(zhì)，導(dǎo)致慢性痛。研究表明，在STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病動(dòng)物模型中，早期有顯著的機(jī)械觸誘發(fā)痛，并伴隨腰段脊髓背角P2X7受體表達(dá)上調(diào)；痛閾下調(diào)期鞘內(nèi)給予P2X7受體選擇性拮抗劑A740003可部分抑制糖尿病小鼠的痛覺，提示P2X7受體的抑制可能是PDN的有效治療方法之一。此外，還發(fā)現(xiàn)，在STZ誘導(dǎo)的P2X7受體基因敲除1型糖尿病小鼠模型中，由糖尿病引起的對(duì)機(jī)械的痛覺過敏相比于C57糖尿病對(duì)照組有明顯緩解。

4 其他P2X受體對(duì)PDN的調(diào)控作用

Migita等[4]發(fā)現(xiàn)STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠，DRG中P2X2受體mRNA表達(dá)增加。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病鼠的脊髓背角，P2X4受體表達(dá)增加且集中表達(dá)于神經(jīng)損傷后激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。具體的機(jī)制還不清楚，一個(gè)可能的機(jī)制是P2X4受體的激活導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平上調(diào)，激活細(xì)胞內(nèi)鈣離子敏感的信號(hào)通路，如p38MAPK，從而形成疼痛。Migita等[14]發(fā)現(xiàn)，和對(duì)照組相比，糖尿病小鼠在注射STZ后14 d，P2X2受體mRNA水平明顯增加，而P2X1，P2X4，P2X5，P2X6，P2X7受體mRNA水平并無改變。目前P2X受體在PDN中的作用尚處于初始階段，相關(guān)的研究報(bào)道相對(duì)較少，對(duì)于P2X受體在其中的作用也較有爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步研究。

5 針對(duì)P2X受體治療PDN

目前PDN的治療對(duì)患者和醫(yī)生都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，有研究報(bào)道39%的PDN患者可能未經(jīng)治療[15]。為了提供有效治療PDN的方法，專業(yè)機(jī)構(gòu)制定了指南[16]。中華醫(yī)學(xué)會(huì)糖尿病學(xué)分會(huì)在2013年中國(guó)2型糖尿病防治指南中對(duì)PDN的治療也有所涉及，但除了加強(qiáng)血糖控制作為一種基礎(chǔ)的對(duì)因治療，其他大多是一些對(duì)癥治療[17]。由于目前對(duì)PDN的發(fā)病機(jī)制仍不十分清楚，很少有治療的緩解率能達(dá)到50%以上，且隨著劑量增加往往會(huì)出現(xiàn)不可忽視的不良反應(yīng)。因此，更好地理解PDN的發(fā)病機(jī)制，弄清楚中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何調(diào)控周圍神經(jīng)系統(tǒng)而產(chǎn)生疼痛，對(duì)將PDN的治療從緩解癥狀到停止或者逆轉(zhuǎn)病情的進(jìn)展、尋求新的治療方法很有必要。

研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體不僅在STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠病程初期疼痛的形成中發(fā)揮重要作用，而且對(duì)其疼痛的維持也起一定的調(diào)控作用。在脊髓水平，P2X7受體很可能是誘發(fā)PDN的重要因素。設(shè)計(jì)阻斷P2X7受體大分子孔道形成的藥物，可能是一種新的個(gè)體化治療包括PDN在內(nèi)的神經(jīng)病理性痛的有效方法[18]。一些P2X7受體的拮抗劑已進(jìn)入臨床Ⅰ期和Ⅱ期的研究階段。目前對(duì)于P2X受體在PDN中作用的相關(guān)研究報(bào)道較少，需要更多相關(guān)的研究來進(jìn)一步闡明它在PDN中的作用。

綜上所述，PDN與醫(yī)生和患者息息相關(guān)，盡管過去幾十年的研究有所進(jìn)展，PDN的發(fā)病機(jī)制仍不清楚且缺乏有效的治療手段。根據(jù)糖尿病患者的個(gè)體化癥狀，需要采取更有效的個(gè)體化治療。最新的數(shù)據(jù)表明，感覺神經(jīng)元上P2X3受體的激活可能與急性痛的發(fā)生有關(guān)，而神經(jīng)病理性痛更可能和小膠質(zhì)細(xì)胞表面的P2X4受體及P2X7受體的激活有關(guān)。設(shè)計(jì)阻斷這些受體的藥物，可能是一種新的個(gè)體化治療PDN的有效方法。

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TheroleofP2Xreceptorsinpainfuldiabeticneuropathy

SunHeping,XuLan.

DepartmentofEndocrinology,ThePeople′sHosphalofWuxi,NanjingMedicalUniversity,Wuxi214023,China

Correspondingauthor:XuLan,Email:xulanl26@126.com

Painful diabetic neuropathy (PDN) is one of the most common clinic manifestation of diabetic peripheral neuropathy(DPN). The pathogenesis of PDN is not fully understood and current treatment options are limited and not satisfying. P2X3 receptor mostly expresses in the small-diameter dorsal root ganglion (DRG) neurons in primary afferent sensory nerve system. Hyperglycemia induces the change of P2X3 receptor′s plasticity to adjust pain responses. In type 1 diabetes mellitus model mice, P2X7 receptor makes the diabetic mice produce mechanical pain sensitivity by releasing neurotransmitters. What′s more, it has been reported that other P2X receptors such as P2X2 and P2X4 are involved in the regulation of PDN. Designing drugs against P2X receptors may be a new effective method of individualized treatment of PDN.

Painful diabetic neuropathy;Purinergic receptor;Signaling transduction pathways

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.04.14

214023 無錫，南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫市人民醫(yī)院內(nèi)分泌科

許嵐，Email:xulanl26@126.com

2015-07-09)