P2X4Rs在腦缺血性損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞活化及炎癥反應(yīng)中的作用

張艷艷 張筱英

P2X4Rs在腦缺血性損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞活化及炎癥反應(yīng)中的作用

張艷艷 張筱英

P2X4受 體（P2X4 receptor，P2X4R，P2X4Rs） 是 ATP受體（P2-purinoceptors，P2）的一個亞型，廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中腦內(nèi)主要分布于海馬、嗅球及大腦皮層等。研究發(fā)現(xiàn)腦缺血缺氧情況下，損傷后的神經(jīng)元釋放ATP至胞外［1-2］，激活其配體門控性通道P2X受體［3-4］，進(jìn)一步激活小膠質(zhì)細(xì)胞，而過度活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放一氧化氮合酶、促炎因子等物質(zhì)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)進(jìn)一步損傷神經(jīng)元，而阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化可減少炎癥因子的釋放，降低缺血導(dǎo)致的神經(jīng)損傷［5-8］。因此抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化、調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的受體或蛋白分子、拮抗小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)毒性因子、促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌神經(jīng)保護(hù)性物質(zhì)、阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)等成為腦缺血治療的新思路。本文對P2X4受體在腦缺血性損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞活化及其介導(dǎo)炎癥反應(yīng)中的作用作一綜述。

1 腦缺血治療現(xiàn)狀

缺血性卒中是因腦的供血動脈阻塞導(dǎo)致其供血區(qū)血流量急劇下降而出現(xiàn)相應(yīng)神經(jīng)功能缺失的一類嚴(yán)重疾病。急性腦梗死病灶由中心壞死區(qū)及周圍的缺血半暗帶組成，缺血半暗帶內(nèi)仍有大量可存活的神經(jīng)元，損傷仍然可逆，保護(hù)這些可逆性損傷的神經(jīng)元是治療急性腦缺血的關(guān)鍵。盡早恢復(fù)血流并積極采取腦保護(hù)治療是治療急性腦缺血的主要措施，但恢復(fù)血液再灌注具有嚴(yán)格時間窗限制（1～3h），患者常因各種原因錯過最佳的治療時機(jī)，一旦超過治療時間窗再恢復(fù)血流，不但不能減輕因缺血造成的神經(jīng)元損傷，反而會因再灌注損傷造成更為嚴(yán)重的傷害，因此尋找有效的腦保護(hù)方法成為研究者關(guān)注的重點(diǎn)，探索新的腦保護(hù)途徑也顯得非常必要。但傳統(tǒng)的基礎(chǔ)研究大多將焦點(diǎn)集中在單純的神經(jīng)元保護(hù)上，機(jī)制探討也均集中在神經(jīng)元，而較少強(qiáng)調(diào)膠質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等的作用。目前研究已經(jīng)意識到這個問題，將注意力從單純以神經(jīng)元為中心的神經(jīng)保護(hù)策略轉(zhuǎn)化為更整合的觀點(diǎn)，即考慮到腦內(nèi)所有細(xì)胞和基質(zhì)在腦卒中的反應(yīng)，并提出了神經(jīng)血管單元的概念［9］。神經(jīng)血管單元的理念強(qiáng)調(diào)通過調(diào)節(jié)細(xì)胞和細(xì)胞間的信號及細(xì)胞-基質(zhì)的反應(yīng)治療腦卒中損傷［10-12］。腦卒中既不是一個單純的神經(jīng)疾病也不是一個單純的血管疾病，當(dāng)其發(fā)生時，腦血流穩(wěn)態(tài)和腦組織穩(wěn)態(tài)被同時打亂，小膠質(zhì)細(xì)胞被迅速激活，星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞受損等。理想的腦卒中治療的靶點(diǎn)應(yīng)該是那些能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用和減輕神經(jīng)毒性作用并在多種腦細(xì)胞類型上均可產(chǎn)生作用的神經(jīng)血管信號。

2 ATP受體與P2X4 受體

嘌呤能受體主要分為兩大類：腺苷受體（P1-purinoceptors，P1）和三磷酸腺苷（adenosine 5'-triphosphate disodium，ATP）受體（P2-purinoceptors，P2）。P1受體主要由腺苷激活，P2受體主要由ATP和ADP激活。P2受體又可分為P2X 和P2Y亞型。P2Y受體是G蛋白偶聯(lián)受體。P2X受體是配體ATP門控型離子通道。到目前已有7種 P2X受體亞型（P2X1-7）被成功克?。?3］。P2X4 受體廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中腦內(nèi)主要分布于海馬、嗅球及大腦皮層等。在對不同的腦損傷模型的研究表明嘌呤類受體參與神經(jīng)損傷及神經(jīng)再生。腦缺血缺氧情況下，損傷后的神經(jīng)元釋放ATP至胞外［1-2］，激活其配體門控性通道P2X受體［3-4］，進(jìn)一步激活小膠質(zhì)細(xì)胞，介導(dǎo)缺血導(dǎo)致的神經(jīng)變性［14］。

3 P2X4受體活化小膠質(zhì)細(xì)胞、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)機(jī)制

小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)重要的免疫細(xì)胞，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，占腦細(xì)胞總數(shù)的12 %左右，占膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的5%～20 %，主要分布于灰質(zhì)、白質(zhì)纖維傳導(dǎo)束間神經(jīng)元附近及血管旁。正常情況下，腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，其胞體小，突起細(xì)長，呈分枝狀。靜息的小膠質(zhì)細(xì)胞缺乏吞噬功能，但具有吞飲功能和一定的遷移能力，加之其在腦內(nèi)廣泛而規(guī)律的分布，起到保持腦細(xì)胞數(shù)量的相對平衡和微環(huán)境液體凈化的作用，使凋亡的細(xì)胞和代謝產(chǎn)物及時清除，讓位于適合的細(xì)胞來構(gòu)成功能系統(tǒng)的組成部分［15］，在這一重要機(jī)制的背景下，小膠質(zhì)細(xì)胞保證腦內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定和可塑性，這對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能非常重要。小膠質(zhì)細(xì)胞最顯著的特點(diǎn)之一是對外界環(huán)境刺激非常敏感。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)遭受損傷如腦缺血缺氧性損傷或微環(huán)境因子發(fā)生變化時，小膠質(zhì)細(xì)胞便可迅速做出反應(yīng)，形態(tài)上表現(xiàn)為從帶有分支的靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為體積較大、胞體變圓并逐步成阿米巴樣激活狀態(tài)［16］。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生增殖，釋放出腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），白細(xì)胞介素 -1 β（Interleukin-1β，IL-1 β）、白細(xì)胞介素 -6（IL-6）、自由基、超氧化物陰離子和一氧化氮等多種物質(zhì)，引起各種不同程度的炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元變性、壞死，從而間接調(diào)節(jié)和影響腦內(nèi)其它細(xì)胞生長發(fā)育的生理過程，介導(dǎo)并加重腦組織的損害［17］。越來越多的證據(jù)也表明，炎癥在腦缺血損傷的發(fā)病機(jī)制、病理過程及臨床預(yù)后中發(fā)揮重要作用。蛋白、受體及細(xì)胞因子等多種因素參與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化調(diào)控過程及過度活化后所產(chǎn)生的繼發(fā)性損害。小膠質(zhì)細(xì)胞活化調(diào)控過程的某些環(huán)節(jié)可能成為治療腦缺血藥物干預(yù)的靶點(diǎn)。因此，尋找抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過度活化的靶標(biāo)在減輕腦卒中后腦組織損害的過程中顯得非常重要。

Moon 等［18］應(yīng)用Fluoro-Jade B （F-JB） 染色法和離子鈣接頭蛋白1 （Ionized Calcium Binding Adaptor Molecule 1，Iba-1）免疫組織化學(xué)方法，分別考察短暫腦缺血損傷后沙鼠鋸齒狀腦回區(qū)神經(jīng)元變性和小膠質(zhì)細(xì)胞活化的時程改變。假手術(shù)組及缺血/再灌注組動物鋸齒狀腦回區(qū)均檢測到Iba-1免疫陽性（Iba-1+） 小膠質(zhì)細(xì)胞，且小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)多為分枝狀。腦缺血/再灌注后3h，小膠質(zhì)細(xì)胞開始活化，Iba-1+小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多，小膠質(zhì)細(xì)胞的體積增大。腦缺血/再灌注后6h，神經(jīng)元開始變性。于腦缺血/再灌注后1d，神經(jīng)元變性達(dá)高峰。腦缺血/再灌注后1～4d，Iba-1+小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)多為圓形或阿米巴狀，小膠質(zhì)細(xì)胞活化于腦缺血/再灌注后2d達(dá)高峰。腦缺血/再灌注4d后，Iba-1+小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少，體積變小。腦缺血損傷最早期，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化可發(fā)揮一定的神經(jīng)保護(hù)作用，但小膠質(zhì)細(xì)胞過度活化后可產(chǎn)生一系列炎癥因子或介質(zhì)介導(dǎo)神經(jīng)元退行性變。腦缺血損傷可引起小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化，而異?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞又參與到腦缺血的發(fā)病過程，并可引起繼發(fā)性腦損傷［19］。

WixeyJA等［20］研究表明在新生鼠腦缺血缺氧導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)中，P2X4R陽性表達(dá)的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮了重要作用。Cavaliere F等［21］研究表明缺血導(dǎo)致海馬損傷的過程與P2X4Rs有直接關(guān)聯(lián)。在對成年鼠脊髓損傷，腦外傷及腦缺血性損傷模型的研究中同樣發(fā)現(xiàn)P2X4R在腦缺血性損傷后廣泛表達(dá)［21-24］，并在小膠質(zhì)細(xì)胞激活過程中起到一定作用。在小膠質(zhì)細(xì)胞中大量表達(dá)的P2X4Rs的作用及其是否介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活過程仍需進(jìn)一步闡明。腦損傷后，損傷的神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量ATP［25］，細(xì)胞外ATP水平的升高導(dǎo)致P2X4Rs表達(dá)上調(diào)［26］。盡管ATP在胞外可被迅速降解為ADP及腺苷等，但聚集的ATP仍可通過作用于損傷后大量表達(dá)的P2X4Rs介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化及其神經(jīng)毒性作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中活化的小膠質(zhì)細(xì)胞參與一個完整的神經(jīng)保護(hù)及神經(jīng)毒性作用，這些過程通過ATP作用于P2X受體引發(fā)去極化及Ca2+內(nèi)流得以實(shí)現(xiàn)。P2X4Rs主要表現(xiàn)為對Ca2+的高度通透，刺激表達(dá)于活化的小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2X4Rs可引發(fā)Ca2+內(nèi)流，發(fā)生去極化［27-30］。聚集的ATP可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，而過度活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放一氧化氮合酶、促炎因子等物質(zhì)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)進(jìn)一步損傷神經(jīng)元，而阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化可減少炎癥因子的釋放，降低缺血導(dǎo)致的神經(jīng)損傷［5-8］。

研究表明腦缺血性損傷后P2X4受體介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化及炎癥反應(yīng)，并進(jìn)一步損傷神經(jīng)元。P2X4受體拮抗劑有望阻止小膠質(zhì)細(xì)胞過度活化所帶來的對周圍組織細(xì)胞的損害作用，從而保護(hù)腦組織不受進(jìn)一步的損害。腦缺血時，抑制P2X4受體功能可能是腦缺血損傷治療的一個潛在性的藥物干預(yù)靶點(diǎn)。上述研究可能給腦缺血損傷治療帶來新的突破。

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浙江省教育廳立項(xiàng)課題（Y201430731）

310003 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院