嘌呤受體信號(hào)通路在肺部疾病中的作用

黃麒，胡慶華

(中國(guó)藥科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 211198)

腺苷三磷酸(ATP)最初一直被認(rèn)為是機(jī)體內(nèi)能量貨幣，直到1972年 Burnstock提出了“嘌呤能神經(jīng)學(xué)說(shuō)”[1],人們才逐步認(rèn)識(shí)到ATP作為一種神經(jīng)遞質(zhì)，可以在體內(nèi)傳遞危險(xiǎn)信號(hào)，是炎癥和免疫的關(guān)鍵中介。然而，直到20世紀(jì)90年代嘌呤和嘧啶的受體亞型被克隆和鑒定后，嘌呤能神經(jīng)學(xué)說(shuō)這一概念才被廣泛接受，根據(jù)內(nèi)源性激動(dòng)劑的不同，嘌呤受體家族包括P1受體的4個(gè)亞型、P2X離子通道受體的7個(gè)亞型和P2Y G蛋白偶聯(lián)受體的8個(gè)亞型。嘌呤能受體在心肺系統(tǒng)所涉及的多種實(shí)質(zhì)和間質(zhì)細(xì)胞中均廣泛分布并調(diào)節(jié)機(jī)體的炎癥和免疫反應(yīng)且嘌呤信號(hào)通路在幾乎所有主要肺部疾病中均有報(bào)道。隨著研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)表明嘌呤能信號(hào)通路在維持肺泡內(nèi)穩(wěn)態(tài)及相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[2]，但是針對(duì)肺部疾病中的靶向性藥物開發(fā)還處于起步階段。因此，通過(guò)對(duì)嘌呤受體信號(hào)通路在肺部疾病發(fā)生發(fā)展中的深入研究，有助于為相關(guān)疾病提供安全性和有效性的治療。本文就近年來(lái)嘌呤受體信號(hào)通路在肺部相關(guān)疾病主要包括哮喘、急性肺損傷、囊性肺纖維化、遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈高壓中的調(diào)節(jié)作用進(jìn)行研究與討論，為針對(duì)嘌呤能受體藥物開發(fā)提供思路。

1 嘌呤信號(hào)通路

核苷/核苷酸通過(guò)膜離子通道、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、通道蛋白、胞吐作用、膜破裂等會(huì)釋放到胞外結(jié)合到目標(biāo)細(xì)胞膜表面的特異性受體上而啟動(dòng)嘌呤信號(hào)傳遞[3]。由腺苷觸發(fā)的信號(hào)是由腺苷受體P1所介導(dǎo)的，這類G蛋白偶聯(lián)受體包括已經(jīng)被克隆出來(lái)的4種嘌呤受體亞型(A1、A2A、A2B、A3)，由核苷酸及其衍生物(ATP、ADP、UTP、UDP 和UDPG)所觸發(fā)的信號(hào)是由P2受體亞型所參與介導(dǎo)的，包括P2X離子通道受體的7個(gè)亞型(P2X1-P2X7)和P2Y G蛋白偶聯(lián)受體的8個(gè)亞型(P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13、P2Y14)[4]。

2 嘌呤受體在肺細(xì)胞中的表達(dá)

肺泡是哺乳動(dòng)物肺內(nèi)氣體交換的功能單位，人類的肺中約4億個(gè)肺泡為有效的氣體交換提供了廣闊的表面，而分別由肺泡上皮細(xì)胞和微血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成的肺泡屏障及成纖維細(xì)胞構(gòu)成的肺間質(zhì)將血液和空氣分開，利于氣體交換且對(duì)肺起到保護(hù)作用[5]。此外，肺中還含有各種免疫細(xì)胞，用于吞噬和清除各類來(lái)源的病原體，在健康和患病的肺泡中，雖然它們的數(shù)量和組成各不相同，但是共同維持了生理病理?xiàng)l件下肺部功能。嘌呤受體幾乎在上述所有肺部細(xì)胞中均有表達(dá)(見(jiàn)表1)且越來(lái)越多的證據(jù)表明，生理或病理狀態(tài)下的肺功能的維持離不開這些細(xì)胞的重要調(diào)控作用[2]。

表1 嘌呤能受體在肺組織主要細(xì)胞中的分布

2.1 肺泡上皮細(xì)胞 肺泡上存在著兩種上皮細(xì)胞，一種是約占肺泡上皮90%的Ⅰ型肺泡細(xì)胞(ATⅠ)，另一種II型肺泡細(xì)胞(ATⅡ)約占肺泡上皮的7%，其中，ATⅠ型細(xì)胞是肺組織終末分化細(xì)胞，主要負(fù)責(zé)介導(dǎo)氣體交換以及水和離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)還兼具一定的免疫調(diào)節(jié)作用[6]。ATⅡ型細(xì)胞主要負(fù)責(zé)分泌表面活性物質(zhì)，同時(shí)在免疫防御、免疫調(diào)節(jié)、氧化代謝和肺泡內(nèi)外液體平衡中發(fā)揮重要作用，此外，ATⅡ可以維持肺穩(wěn)態(tài)并自我更新和自主分化成ATⅠ型細(xì)胞[7]，總之，ATⅠ型細(xì)胞和ATⅡ型細(xì)胞用于保持肺上皮的完整性，有利于維持氣體交換和防止感染。

2.2 肺血管內(nèi)皮細(xì)胞 肺血管內(nèi)皮是單層內(nèi)皮細(xì)胞連續(xù)分布而成，與富含膠原的基底膜一起將血液與肺組織微環(huán)境分隔開，從而有助于維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和處于循環(huán)血液和肺微環(huán)境交界處這種特殊的位置，肺血管內(nèi)皮細(xì)胞在參與調(diào)節(jié)血管緊張性、內(nèi)皮屏障的通透及白細(xì)胞滲出等局部甚至全身性炎癥中都發(fā)揮了關(guān)鍵作用[8]。

2.3 成纖維細(xì)胞 生理?xiàng)l件下，成纖維細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)成分，提供肺實(shí)質(zhì)的彈性和結(jié)構(gòu)特性。病理?xiàng)l件下，各種炎癥會(huì)引起肺部組織損傷、壞死，后期細(xì)胞增生和細(xì)胞間基質(zhì)的形成則用來(lái)修復(fù)組織損傷。成纖維細(xì)胞在此期間進(jìn)入肺泡腔及間質(zhì)，通過(guò)分泌膠原蛋白參與修復(fù)過(guò)程，成纖維細(xì)胞病灶則是特發(fā)性肺纖維化的標(biāo)志特征[9]。

2.4 肺泡巨噬細(xì)胞 肺泡巨噬細(xì)胞是肺泡中最為豐富的天然免疫細(xì)胞，其緊緊貼附于肺上皮細(xì)胞一同構(gòu)成接觸外界抗原刺激物等的第一道防線，作為協(xié)調(diào)肺部免疫反應(yīng)起始和終止的核心，其不但參與肺臟的免疫防御，吞噬侵入肺臟的細(xì)菌顆粒，還可分泌大量生物活性物質(zhì)，維持肺臟和機(jī)體正常的生理功能[10]。

2.5 中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞是也是肺中最為常見(jiàn)的免疫細(xì)胞，在感染或損傷的情況下，它們被迅速激活緊緊黏附于炎癥處毛細(xì)血管壁內(nèi)皮上，隨后扁平化并隨趨化因子濃度梯度滲出血管，趨化到肺泡腔室及氣道中。在炎癥部位，中性粒細(xì)胞以各種方式[吞噬作用、形成中性粒細(xì)胞胞外陷阱(NETS)或脫顆粒]對(duì)抗病原體感染[11]。

3 嘌呤信號(hào)通路與肺部疾病的關(guān)系

3.1 哮喘 支氣管哮喘簡(jiǎn)稱哮喘是一種氣道慢性肺部疾病，其主要特征包括氣道高反應(yīng)性、氣道炎癥及呼吸道黏液分泌增多導(dǎo)致肺組織重塑并引起肺部結(jié)構(gòu)異常改變。哮喘是肺慢性炎癥疾病之一，哮喘患者BALF及呼出氣體的冷凝液中腺苷水平均上升，在哮喘中，腺苷可通過(guò)炎癥、支氣管收縮導(dǎo)致氣道阻塞而且通過(guò)腺苷受體釋放促炎性因子可以引起氣道重塑[24]。由于腺苷具有強(qiáng)大的支氣管收縮作用，腺苷受體在炎癥中也發(fā)揮了重要作用，因此其在哮喘中的作用已被深入探究[25]。

通過(guò)研究腺苷受體在單核細(xì)胞中的表達(dá)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在過(guò)敏性哮喘患者外周血單核細(xì)胞中A2受體表達(dá)量上調(diào)，其中A2A受體涉及調(diào)節(jié)氣道Treg/Th17細(xì)胞平衡作用[26]，A2B受體的高表達(dá)則與IL-6的表達(dá)密切相關(guān)，可能涉及加重哮喘癥狀[27]。檸檬烯誘導(dǎo)A2A受體的激活可以顯著降低氣道炎癥和反應(yīng)性[28]。另外，A3受體的激活在重癥哮喘激活的肥大細(xì)胞中上調(diào)了與血管生成(IL-6、IL-8和 VEGF)和肺纖維化(SPP1 和APEG)相關(guān)的基因表達(dá)，表明其在組織重塑和血管生成中發(fā)揮了重要作用[29]。另外，阿司匹林不耐性哮喘是成人哮喘患者中常見(jiàn)綜合征之一，通過(guò)對(duì)181位相關(guān)患者和183位健康受試者基因進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，A1和A2A受體基因與阿司匹林不耐受性哮喘相關(guān)，說(shuō)明腺苷通過(guò)A1和A2A受體在阿司匹林不耐受哮喘中，發(fā)揮了重要作用[30]。此外，P2型受體在調(diào)節(jié)哮喘氣道炎癥及高反應(yīng)性中也發(fā)揮了重要作用。有研究顯示，肌酸可能通過(guò)激活氣道上皮細(xì)胞和支氣管周圍白細(xì)胞中P2X7R的表達(dá)進(jìn)而加劇了促炎因子IL-5、IL-6、IL-8和IL-13從而加重哮喘進(jìn)程[31]。此外，在HDM誘導(dǎo)的慢性哮喘模型中，P2Y6R前體激動(dòng)劑藥物GC021109抑制了過(guò)敏原引起的肺功能、炎癥反應(yīng)、氣道和血管平滑肌質(zhì)量的變化，提示持續(xù)性激動(dòng)P2Y6或許是有效的哮喘維持治療策略[32]。Nagai等[33]同樣發(fā)現(xiàn)，P2Y6信號(hào)通路可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)源性的巨噬細(xì)胞-IL12-NK細(xì)胞-IFN-γ來(lái)保護(hù)過(guò)敏原刺激后產(chǎn)生的二型過(guò)敏反應(yīng)并且抵消一型半胱氨酸白三烯受體信號(hào)致敏Th2啟動(dòng)效應(yīng)，提示靶向P2Y6信號(hào)通路可能是有效的治療策略。在OVA誘導(dǎo)支氣管哮喘豚鼠模型中，α防御素會(huì)被釋放到氣道中，其中P2Y2受體可能通過(guò)調(diào)節(jié)α防御素參與氣道反應(yīng)[34]，另有研究顯示P2Y2受體激動(dòng)劑可以抑制Na+的吸收、Cl-的分泌、纖毛的擺動(dòng)以及黏蛋白的分泌等于哮喘發(fā)生發(fā)展的生理活動(dòng)[35]，這些都提示P2Y2受體可能在控制哮喘加重中發(fā)揮作用。

3.2 急性肺損傷/急性呼吸窘迫癥 急性肺損傷及其更嚴(yán)重形式急性呼吸窘迫癥(ARDS)所導(dǎo)致的呼吸衰竭通常表現(xiàn)為低氧性的呼吸衰竭及急性肺部炎癥，臨床上具有較高的發(fā)病率及致死率。各種體內(nèi)外因素如膿毒癥、肺炎、外傷、吸入性肺炎、胰腺炎等均是ALI/ARDS的常見(jiàn)病因。目前，嘌呤能系統(tǒng)參與ALI/ARDS發(fā)病機(jī)制已被逐步證實(shí)，細(xì)胞外腺苷的升高可以促進(jìn)組織對(duì)缺氧的保護(hù)反應(yīng)，包括抑制炎癥，增加組織對(duì)缺血的耐受性，重建正常的氧合[36]。

大量的研究證明了腺苷在急性肺損傷中發(fā)揮了保護(hù)作用[37]。在LPS誘導(dǎo)的小鼠急性肺損傷模型中，通過(guò)注射腺苷/腺苷受體激動(dòng)劑NECA可以顯著抑制伊文思藍(lán)染色蛋白(EBDA)外滲，降低蛋白滲出和促炎性細(xì)胞因子水平及減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[38]。給予過(guò)氧化物酶體增殖活化受體(PPAR)和A2A受體激動(dòng)劑還可產(chǎn)生協(xié)同作用，減輕肺部炎癥和水腫，改善氣體交換和肺功能[39]。Schingnitz等[36]發(fā)現(xiàn)，給予A2B受體的特異性激動(dòng)劑BAY60-6583可顯著減少肺部炎癥和肺水腫。同樣，Koscsó等[40]研究表明，A2B受體的激活對(duì)創(chuàng)傷出血休克致肺損傷也具有保護(hù)作用。此外，腺苷還可以劑量依賴性的提高肺內(nèi)皮屏障作用，而給予腺苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑(NBTI)或A2A受體和A2B受體拮抗劑(DPMX和MRS1754)減弱了屏障作用，RNA沉默A2AAR和A2BAR后屏障作用亦減弱，而給予NECA治療后會(huì)屏障作用又有所增強(qiáng)[41]。另外，T細(xì)胞是急性肺損傷后期主要的效應(yīng)細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)，CD4+T細(xì)胞中腺苷的大量增加和A2B受體上調(diào)可能控制急性損傷后的修復(fù)過(guò)程[42]。Mulloy等[43]則證明了選擇性激動(dòng)劑激活A(yù)3受體后顯著減少缺血再灌注肺損傷中肺部炎癥和水腫、細(xì)胞因子升高和中性粒細(xì)胞趨化。這些都表明了受體A2A、A2B和A3在急性肺損傷中發(fā)揮的保護(hù)作用。但通過(guò)A1受體發(fā)出的信號(hào)卻可能是有害的。Woods等[44]發(fā)現(xiàn)，A1受體的激活加重了肺中先天免疫細(xì)胞的募集和炎癥程度，拮抗A1受體可減輕流感感染引起的小鼠肺損傷。此外，核苷酸在ALI/ARDS中的作用也得到了大量的關(guān)注。胞外ATP水平的變化在急性肺部疾病炎癥進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用，但目前的研究還具有爭(zhēng)議。研究人員發(fā)現(xiàn)在LPS誘導(dǎo)的小鼠急性肺損傷模型中，ATP具有減輕肺部炎癥和增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能方面的作用[45]。而且，LPS激活肺泡巨噬細(xì)胞上P2X7R的活化導(dǎo)致胞內(nèi)ATP的耗竭，最終引起細(xì)胞壞死。隨后，壞死的肺泡巨噬細(xì)胞釋放大量的白介素1α(IL-1α)，后者進(jìn)一步激活內(nèi)皮細(xì)胞并減少血管內(nèi)皮鈣黏著蛋白而增強(qiáng)血管通透性，而 P2X7R的敲除則顯著減輕內(nèi)皮損傷[46]。另一項(xiàng)研究同樣表明給予P2X7R抑制劑通過(guò)部分調(diào)節(jié)circRNA和mRNA 的表達(dá)異常，可減輕膿毒癥誘導(dǎo)的急性肺損傷[47]。然而，有研究表示給予ATP誘導(dǎo)的P2X7R信號(hào)可以促進(jìn)iNKT細(xì)胞死亡，進(jìn)而減輕高氧肺部炎癥[48]。這可能與研究人員選擇的造模方式和細(xì)胞類型的不同有關(guān)。此外，P2X7R在調(diào)節(jié)肺泡表面活性物質(zhì)的分泌介導(dǎo)肺生理中也發(fā)揮了重要作用，Mishra等[49]發(fā)現(xiàn)，P2X7KO小鼠抑制了機(jī)械通氣誘導(dǎo)的表面活性物質(zhì)的分泌，ATⅠ細(xì)胞P2X7R的激活促進(jìn)了ATP的釋放，隨后激活了ATⅡ細(xì)胞上P2Y2R介導(dǎo)表面活性物質(zhì)的分泌。此外，LPS刺激血管內(nèi)皮P2Y6R的激活并且增加了血管炎癥[50]。另外有研究證實(shí)了給予P2Y12R抑制劑或敲除P2Y12受體對(duì)于鼠肺部損傷均起到保護(hù)作用，這可能與血小板的激活有關(guān)[51]。

3.3 囊性纖維化 囊性纖維化(CF)，又稱粘膠病，是一種致死率較高的隱性遺傳疾病，表現(xiàn)為CFTR基因突變導(dǎo)致其編碼的cAMP介導(dǎo)的氯離子通道異常，進(jìn)而導(dǎo)致多器官的離子和液體轉(zhuǎn)運(yùn)異常，通常主要影響肺部，但也影響其他器官，包括腸、胰腺等。在氣道中，通常表現(xiàn)的特征為支氣管上皮的異常運(yùn)輸導(dǎo)致黏性分泌物增加，氣道表面脫水，進(jìn)而導(dǎo)致黏液纖毛清除減少，從而引起呼吸道持續(xù)的細(xì)菌感染和炎癥。

有關(guān)囊性纖維化中嘌呤受體通路的報(bào)道已有許多。CF患者的BALF中，腺苷濃度異常高，ATP和UTP調(diào)控人正常和纖維化氣道上皮離子轉(zhuǎn)運(yùn)的證據(jù)也早已被報(bào)道[52]。腺苷及其受體在其中發(fā)揮了重要作用，尤其是A2B受體。研究人員發(fā)現(xiàn)，A2B受體可維持肺上皮屏障的完整性[53]，且A2B受體是氣道ASL體積調(diào)節(jié)的核心部分，這可能與CFTR及A2B受體間密切聯(lián)系有關(guān)[54]，腺苷可能通過(guò)A2B受體和類前列腺素調(diào)節(jié)CFTR[55]，而CFTR的存在還增強(qiáng)了腺苷誘導(dǎo)的纖毛搏動(dòng)和IL-8的分泌[56]。有研究表示，A2A受體通過(guò)Ca2+依賴信號(hào)通路參與了氣道上皮細(xì)胞的氯離子的分泌[57]。嘌呤受體在上皮離子通道的調(diào)節(jié)及氣道表面AST維持中及發(fā)揮了重要作用這一作用與P2Y受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞最為密切，且P2Y2R激動(dòng)劑也已經(jīng)用于CF臨床試驗(yàn)中[58]。Higgins等[59]研究表明，胞囊性纖維化中P2Y11R的激活和ATP的釋放可恢復(fù)氣道表面液層和上皮修復(fù)。另有研究表明，在CF患者痰樣中，UDPG水平顯著升高，在CF動(dòng)物模型中，UDPG釋放到氣道中，通過(guò)調(diào)節(jié)P2Y14R起到促炎介質(zhì)的作用，而給予P2Y14R受體拮抗劑PPTN不僅顯著抑制了UDPG促進(jìn)的中性粒細(xì)胞趨化，而且同時(shí)也抑制了自發(fā)性中性粒細(xì)胞炎癥，提示PPTN可能對(duì)CF氣道炎癥起到緩解作用[60]。

3.4 肺動(dòng)脈高壓 肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)是一種威脅生命的疾病，以肺內(nèi)皮功能障礙、肺血管張力增加和肺血管重構(gòu)為特征，所引起的肺動(dòng)脈壓力升高，肺血管阻力增大伴隨肺(微)血管的肌肉化、增厚和閉塞會(huì)導(dǎo)致右心室的后負(fù)荷增加，最終導(dǎo)致右心衰竭并引起死亡。

肺血管重構(gòu)包括肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(PAECs)和微血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)、肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(PASMCs)和成纖維細(xì)胞的異常增殖、增生和肥厚。最近的研究發(fā)現(xiàn)，肺血管多種細(xì)胞類型如ECs、免疫細(xì)胞和紅細(xì)胞，可以產(chǎn)生核苷酸(如ATP和UTP)和核苷(如腺苷)，它們可以激活嘌呤能受體(PRs)發(fā)揮生物學(xué)功能[61]。越來(lái)越多的證據(jù)也表明，嘌呤能信號(hào)通路也可能通過(guò)調(diào)節(jié)血管張力、重塑、通透性和炎癥在PAH中發(fā)揮重要作用[62]。PAH患者血漿中腺苷濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于健康受試者[63]，研究報(bào)道給予非選擇性腺苷受體拮抗劑氨茶堿治療后減弱了腺苷對(duì)缺氧誘導(dǎo)羊肺血管擴(kuò)張的作用，提示肺血管舒張作用是通過(guò)腺苷受體介導(dǎo)的[64]。其中，A2A受體KO小鼠在低氧條件下導(dǎo)致右心室壓力進(jìn)一步升高及右心室肥大，可能涉及與RhoA/ROCK信號(hào)通路的偶聯(lián)[65]。但是A2B受體的激活在PAH患者則可能會(huì)導(dǎo)致肺血管重塑，Karmouty-Quintana等[66]發(fā)現(xiàn)，使用A2B受體拮抗劑GS-6201或者敲除A2B受體均可以顯著抑制博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺動(dòng)脈高壓，提示A2B受體可以通過(guò)改善肺血管異常重構(gòu)為肺動(dòng)脈高壓的治療提供新的策略。在不同的PAH模型中，嘌呤受體的活化在肺血管中的作用也已被逐步闡明。在缺氧和ADP灌注誘導(dǎo)的PAH中，給予P2Y1和P2Y12受體抑制劑后均可改善豬肺動(dòng)脈血壓[67]。在野百合堿誘導(dǎo)的PAH模型中，長(zhǎng)期給予P2X7受體拮抗劑A-740003則顯著逆轉(zhuǎn)了肺動(dòng)脈血管的重塑[68]。此外，給予P2X1受體拮抗劑NF297也可以降低肺動(dòng)脈血壓[62]，這都提示了嘌呤能受體與PAH的發(fā)生發(fā)展有密切聯(lián)系。

4 討論與展望

嘌呤受體在肺細(xì)胞上廣泛表達(dá)已經(jīng)被證實(shí)，嘌呤受體信號(hào)通路在維持肺內(nèi)基本穩(wěn)態(tài)，特別是表面活性物質(zhì)分泌和肺泡宿主防御的作用被深入挖掘。因此，近年來(lái)嘌呤受體及其介導(dǎo)的信號(hào)通路在肺部疾病的病理生理學(xué)中得到了廣泛的關(guān)注。目前，在肺部疾病中，靶向嘌呤受體的藥物制劑大都處在臨床開發(fā)階段。但是，其他嘌呤受體激動(dòng)劑和拮抗劑已被批準(zhǔn)用于多種疾病的治療，例如長(zhǎng)效P2Y2受體激動(dòng)劑地夸磷索已被批準(zhǔn)用于治療干眼癥，其中一些可能在未來(lái)用于肺部疾病的治療。隨著對(duì)于嘌呤受體信號(hào)通路在肺部生理中理解的深入，更多靶向性的藥物會(huì)出現(xiàn)，這還需要我們更深入的探索和挖掘。