Pannexin通道功能研究概述

張 萍 李修彬 陳玉社

(泰山醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，山東 泰安 271000)

縫隙連接半通道(hemichannels)是縫隙連接通道的亞單位,在脊椎動(dòng)物體內(nèi)每一個(gè)半通道都是由Connexin或Pannexin蛋白組成的跨膜六聚體所構(gòu)成，相鄰細(xì)胞的兩個(gè)半通道兩兩對(duì)接形成中空管道，介導(dǎo)小分子物質(zhì)的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞間信息和物質(zhì)的快速交流與溝通。在動(dòng)物界，主要存在三種縫隙連接蛋白家族：Innexins連接蛋白主要表達(dá)在無脊椎動(dòng)物的體內(nèi)，Connexins連接蛋白主要是在脊椎動(dòng)物體內(nèi)表達(dá)，2000年P(guān)anchin[1]等在脊椎動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)與無脊椎動(dòng)物縫隙連接蛋白Innexins有同源編碼序列的基因蛋白，被命名為Pannexin蛋白。Pannexin蛋白主要包括：Panx-1、Panx-2、Panx-3三種亞型。研究發(fā)現(xiàn)只有Panx-1或Panx-1與Panx-2形成雜聚體通道時(shí)才能發(fā)揮作用，本研究就Panx蛋白組成的半通道在生理病理情況下參與的功能信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)行綜述。

1 Panx-1半通道參與生理信號(hào)的傳導(dǎo)作用

1.1 Panx-1半通道參與突觸信號(hào)的傳遞

Panx-1是廣泛表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的離子通道，它們可能在中樞神經(jīng)構(gòu)建新型非突觸的聯(lián)系進(jìn)而影響正常的突觸聯(lián)系。Zoidl[2]研究指出，Panx蛋白主要位于大鼠海馬CA1區(qū)突觸后的細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，Panx-1蛋白在突觸的不對(duì)稱分布與半通道的定位相一致。電鏡研究顯示Panx-1蛋白與突觸后致密物PSD95蛋白共定位，證明Panx-1蛋白主要位于突觸后[3]，這種不對(duì)稱的分布也說明Panx-1半通道與后突觸之間存在某種聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元突觸后NMDA受體在受到重復(fù)或長時(shí)間刺激后存在一個(gè)繼發(fā)的內(nèi)向電流，用干擾肽阻斷Panx-1半通道后，該內(nèi)向電流消失[4]，這說明Panx-1半通道可以被NMDA受體所激活，并且影響了突觸的生理功能。

1.2 Panx-1參與ATP釋放

關(guān)于ATP在體內(nèi)的釋放存在兩種解釋：一種是囊泡釋放，一種是通道介導(dǎo)釋放。Maroto研究發(fā)現(xiàn)抑制干擾胞質(zhì)囊泡流動(dòng)的藥物同樣可促進(jìn)ATP囊泡的釋放，但是囊泡釋放的理論并不能完全解釋無囊泡ATP釋放的機(jī)制，例如紅細(xì)胞無囊泡樣結(jié)構(gòu)，但紅細(xì)胞卻可在低氧、低滲、機(jī)械變形時(shí)釋放ATP[5]，說明ATP也可能通過某種離子通道介導(dǎo)釋放，然而紅細(xì)胞細(xì)胞膜并不表達(dá)Conx蛋白，可表達(dá)Panx-1蛋白，說明紅細(xì)胞可通過Panx-1半通道來介導(dǎo)ATP的釋放。

研究發(fā)現(xiàn)，Panx-1半通道與嘌呤受體共同參與ATP的釋放過程，以前研究認(rèn)為Con43半通道介導(dǎo)了ATP的釋放，然而藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用縫隙連接通道阻滯劑后，ATP擴(kuò)散并沒有因Conx43阻斷而受阻，反而在敲除P2X7受體后，ATP擴(kuò)散停止[6]，這說明P2X7受體與ATP釋放有關(guān)。Pelegrin[7]指出P2X7R與Panx-1兩種蛋白存在相互作用， Panx-1 通道開放可介導(dǎo)P2X7R 激活后的染料內(nèi)流，免疫共沉淀顯示ATP與嘌呤受體P2X7結(jié)合以后可以介導(dǎo)Panx-1的開放，從而形成ATP誘導(dǎo)的ATP釋放。但ATP同樣可負(fù)反饋性的阻斷Panx-1半通道的開放，從而精確調(diào)控細(xì)胞外 ATP濃度以發(fā)揮其生理功能[8]。

1.3 Panx-1介導(dǎo)鈣波傳遞

對(duì)于細(xì)胞內(nèi)Ca2+的彌散有兩種方式，一種是鈣本身或依靠第二信使(IP3)通過縫隙通道介導(dǎo)鈣彌散；另一種方式是胞外方式，細(xì)胞釋放ATP與相鄰細(xì)胞膜上的嘌呤受體結(jié)合激活Panx-1半通道開放促使Ca2+彌散[9]。研究指出，細(xì)胞受到刺激后可在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)分子IP3，IP3通過與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上IP3受體結(jié)合可促使Panx-1通道的開放介導(dǎo)Ca2+的釋放，這說明Panx-1蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上形成Ca2+彌散性通道。在人體前列腺癌細(xì)胞及人腎胚細(xì)胞中表達(dá)Panx-1蛋白后，可見相鄰的細(xì)胞間連接通道介導(dǎo)Ca2+在細(xì)胞間的彌散[10]。這說明Panx-1半通道可以在細(xì)胞間介導(dǎo)鈣波的彌散。

1.4 Panx-1介導(dǎo)味覺信號(hào)的傳遞

在生理情況下味覺感受器接受味覺刺激后，導(dǎo)致PLCβ2的激活和IP3介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放，細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加激活了細(xì)胞膜上TRPM5通道，導(dǎo)致Na+的內(nèi)流和膜的去極化，最終引發(fā)Panx-1半通道的開放和ATP的釋放[11]，釋放的ATP一方面激活位于味覺神經(jīng)纖維突觸后細(xì)胞上的嘌呤離子型受體(P2X2/P2X3)，另一方面作用于相鄰神經(jīng)細(xì)胞突觸前細(xì)胞上的P2X受體，導(dǎo)致5-羥色胺(5-HT3)的釋放，5-HT3激活味覺神經(jīng)纖維突觸后細(xì)胞上的5-HT3受體，介導(dǎo)了味覺從味覺感受器到味覺神經(jīng)的信息傳遞。以上結(jié)果說明， Panx-1半通道開放介導(dǎo)味覺的傳導(dǎo)。味覺感受器動(dòng)作電位的頻率與ATP釋放的量成正比關(guān)系，從而感受不同程度的味覺。

1.5 Panx-1介導(dǎo)腦電信號(hào)的傳導(dǎo)

Panx-1可以介導(dǎo)非突觸化學(xué)偶聯(lián)從而影響突觸信號(hào)的傳遞，在海馬中，Conx36主要表達(dá)在中間神經(jīng)元，在錐體細(xì)胞中極少表達(dá)，然而Panx-1和Panx-2在海馬的中間神經(jīng)元和錐體細(xì)胞中高表達(dá)，電生理學(xué)研究表明在海馬錐體細(xì)胞間，可產(chǎn)生150-200HZ高頻振蕩，說明錐體細(xì)胞間存在電突觸偶聯(lián)[12]，推斷這種電突觸偶聯(lián)可能有Panx-1半通道所介導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)在大鼠的海馬CA1區(qū)，當(dāng)給一個(gè)細(xì)胞注入電流將引起相鄰細(xì)胞電壓的變化，說明兩個(gè)相鄰的錐體細(xì)胞存在電偶聯(lián)現(xiàn)象，這種錐體細(xì)胞間的電偶聯(lián)介導(dǎo)了正?；顒?dòng)的同步性和在發(fā)生癲癇時(shí)的突然放電。但由于傳統(tǒng)的縫隙連接蛋白Conx在海馬錐體神經(jīng)元上并不表達(dá)，推測(cè)這種通道由Panx-1半通道組成。

1.6 Panx-1半通道參與血管舒張信號(hào)的傳導(dǎo)

在紅細(xì)胞細(xì)胞膜及血管的內(nèi)皮細(xì)胞層廣泛表達(dá)Panx-1蛋白，正常靜息電位下Panx-1半通道處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)受到去極化、低氧、機(jī)械應(yīng)力變形時(shí)Panx-1半通道開放，并釋放大量的ATP到細(xì)胞外，并與紅細(xì)胞或血管內(nèi)皮細(xì)胞上的P2Y受體結(jié)合引起更多ATP的釋放，ATP的釋放引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+的彌散，導(dǎo)致NO直接釋放到血管的平滑肌細(xì)胞層，促使血管舒張并增加血流量。

2 Panx-1半通道參與的病理信號(hào)傳導(dǎo)作用

由于Panx-1蛋白具有半通道蛋白的功能，且在體內(nèi)廣泛表達(dá)，所以學(xué)者們確信Panx-1參與了病理狀態(tài)下各種病理信號(hào)的傳遞。

2.1 Panx-1半通道參與炎癥及免疫系統(tǒng)的調(diào)控

細(xì)菌表面抗原、內(nèi)毒素和其他致炎因子均可引起白介素-1β(IL-1β)的產(chǎn)生，IL-1β可刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答消滅病原體，利用模擬蛋白肽抑制巨噬細(xì)胞Panx-1半通道后發(fā)現(xiàn)沒有IL-1β的產(chǎn)生和釋放，這說明Panx-1半通道介導(dǎo)了細(xì)菌等致炎因子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并參與了IL-1β的釋放。Panx-1也參與了胞壁酸二肽(muramyl dipeptide MDP)的釋放，MDP可誘導(dǎo)NF - kB和MAPK激活，產(chǎn)生多種抗菌和前炎性分子，Panx-1通道的這種功能與吞噬細(xì)胞利用Con43半通道消滅細(xì)菌病原體的作用相一致[13]，研究顯示Panx-1在接觸到不同的炎癥刺激(如TNF - a，IFN- A，IFN- G，脂多糖等)后表達(dá)增加3-7倍[14]，表明Panx-1半通道在炎癥的發(fā)生發(fā)展過程中是必不可少的組成部分。

研究發(fā)現(xiàn)，在巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞都高表達(dá)Panx-1蛋白，T細(xì)胞受體激活后通過Panx-1半通道釋放ATP，ATP激活下游信號(hào)MAPK，這在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞體內(nèi)活化過程中起重要作用[15]，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，ATP也誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞的分化[16]。

2.3 Panx-1參與癲癇異常放電

NMDA受體激活后可引發(fā)一繼發(fā)的內(nèi)向電流，這種電流可以被Panx-1半通道特定干擾肽10panx所阻斷，在海馬腦片中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用10panx后可顯著降低NMDA受體激活后的癲癇放電頻率和幅度[17]。在匹羅卡品誘導(dǎo)的慢性癲癇大鼠模型海馬組織中發(fā)現(xiàn)P2Y受體的含量增加80%，這說明ATP通過某種機(jī)制參與了癲癇的發(fā)生與發(fā)展，而Panx-1通道是介導(dǎo)ATP彌散的主要通道。在大鼠腦內(nèi)注射4-氨基吡啶造成癲癇發(fā)作模型，Panx-1通道能在海馬錐體細(xì)胞中形成150-200Hz的超高頻振蕩，并在癲癇的發(fā)作過程中可見到高頻振蕩的異常調(diào)節(jié)[18]。敲除Panx-1基因的小鼠或應(yīng)用Panx-1通道阻斷劑MFQ預(yù)處理的小鼠中腹腔注射紅藻酸后，小鼠癇樣發(fā)作的程度明顯減輕[19]，這都說明Panx-1通道在癲癇發(fā)作過程中具有重要作用。

2.4 Panx-1參與腦缺血損傷

在急性分離的海馬及皮層的錐體細(xì)胞層發(fā)現(xiàn)缺氧及葡萄糖剝奪(OGD)可導(dǎo)致Panx-1半通道的開放[20]，推斷此半通道的開放介導(dǎo)了缺氧去極化及神經(jīng)元的壞死的發(fā)生，在OGD處理15分鐘左右恢復(fù)葡萄糖及氧的供應(yīng)，Panx-1半通道并不開放，然而OGD處理20分鐘左右則該半通道呈永久性開放狀態(tài)，推測(cè)該通道介導(dǎo)了細(xì)胞內(nèi)各種離子的異常流動(dòng)及糖、ATP等小分子物質(zhì)流出細(xì)胞，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)離子的紊亂及能量的缺失，繼而出現(xiàn)神經(jīng)元細(xì)胞的腫脹及細(xì)胞膜的崩潰。大腦在發(fā)生缺血缺氧后，激活了一氧化氮合酶(nNOS)，該酶可加重錐體神經(jīng)元細(xì)胞的損傷。在體外培養(yǎng)的錐體神經(jīng)元細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用一氧化氮合酶抑制劑7-硝基吲咗并OGD處理后，Panx-1半通道無開放，然而應(yīng)用NO供體(S-亞硝基谷胱甘肽)后則Panx-1通道開放 ，說明在OGD過程中，一氧化氮合酶產(chǎn)生NO并促使了Panx-1半通道的開放。

2.5 Panx-1抑制腫瘤分化信號(hào)

在大鼠的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中可見Panx-1、Panx-2、Panx-3三種基因的表達(dá)，然而在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中卻未見Panxs表達(dá)，當(dāng)在神經(jīng)膠質(zhì)腫瘤細(xì)胞中轉(zhuǎn)入Panx-1基因后， Panx-1幾乎分布于膜性組織上，且在相鄰細(xì)胞間可觀察到染料的偶聯(lián)，說明細(xì)胞間存在縫隙連接通道，同時(shí)發(fā)現(xiàn)表達(dá)外源性Panx-1基因后并沒有使膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡增加，但腫瘤細(xì)胞的無序增殖分化及遷移受到抑制，說明Panx-1半通道可抑制腫瘤生長。

Panx-1半通道是一非選擇性離子大孔通道，廣泛分布在各組織中，并參與了重要的病理生理過程，目前研究已經(jīng)揭示了該通道的諸多的重要功能，但對(duì)其研究剛剛起步，仍有諸多的問題需要進(jìn)一步闡明，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)Panx-1半通道的研究也將日益深入，這將為各種疾病的治療提供新的藥物治療靶點(diǎn)。

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