A2A受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展

陳磊，李正遷，郭向陽

(北京大學第三醫(yī)院麻醉科，北京 100191)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)退行性疾病的發(fā)病率在老年人中呈上升趨勢，嚴重影響患者的生活質量，給患者及社會帶來極大負擔。CNS退行性疾病具有相同或相似的發(fā)病機制，包括能量代謝紊亂、炎癥反應以及異常蛋白質聚集等[1]。腺苷是一種分子式為C10H13N5O4的內源性嘌呤核苷，存在于每一個細胞中，其核苷中包含一個與核糖結合的腺苷分子[2]。腺苷作為能量代謝中重要的中間產物，在人體各系統(tǒng)中均發(fā)揮重要的調控作用，包括調節(jié)睡眠、學習、免疫功能以及神經(jīng)保護等生理活動[3]。此外，腺苷還被應用于多種關鍵治療措施中，包括治療心律不齊、調節(jié)CNS活性及抑制癲癇發(fā)作等[4]。腺苷依賴細胞表面分布的腺苷受體調節(jié)生理活動，腺苷2A(adenosine 2A，A2A)受體是數(shù)量較多的一種腺苷受體亞型，在CNS中分布廣泛且與腺苷的結合能力較強。有研究表明，藥理學阻斷A2A受體可促使帕金森病(Parkinson′s disease，PD)小鼠活化狀態(tài)的小膠質細胞向靜息態(tài)轉變，起到抑制炎癥反應、改善PD癥狀的作用[5]。此外，A2A受體在其他CNS疾病中的作用同樣受到廣泛關注?，F(xiàn)就A2A受體在CNS疾病中的研究進展予以綜述。

1 CNS中的腺苷及A2A受體

1.1CNS中的腺苷 1929年，Drury和Szent-Gy?rgyi[6]進行了關于腺苷的早期研究，確定了腺苷與心臟功能和能量代謝之間的聯(lián)系。隨后，腺苷的作用逐漸受到關注[7]。腺苷存在于所有哺乳動物體內[8]，主要由神經(jīng)末梢[9]和膠質細胞[10]釋放，同時也可經(jīng)ATP、ADP、AMP在5-核苷酸酶作用下生成，分布在細胞內外[11]。此外，細胞外腺苷也可由胞內腺苷通過細胞膜上核苷轉運蛋白轉運而來。腺苷主要通過兩種途徑代謝：①在腺苷脫氨酶的作用下轉變成肌苷，然后再通過核苷酶產生次黃嘌呤和次黃嘌呤核苷酸，最后轉變成尿酸，尿酸是嘌呤衍生物在人類新陳代謝過程中的最終產物[12]；②大多數(shù)腺苷通過雙向平衡轉運體進入細胞，而腺苷激酶僅存在于星形膠質細胞中，腺苷通過中心細胞的磷酸化產生AMP，然后經(jīng)腺苷激酶轉換成ATP，完成腺苷的循環(huán)，這也是腺苷代謝的主要途徑，由于腺苷主要在細胞內代謝，因此細胞外腺苷需要通過上述途徑進入細胞內完成代謝過程[11]。

在CNS中，腺苷不僅能夠調節(jié)神經(jīng)元興奮性、突觸可塑性及神經(jīng)元變性，還能夠影響星形膠質細胞及小膠質細胞的活性[8]。生理狀態(tài)下，腺苷的濃度維持在較低水平(1～2 μmol/L)，由于其具有快速生成和代謝的特點，因此在CNS發(fā)生損害(痙攣、缺氧、缺血等)時，細胞外腺苷的濃度迅速升高至100～1 000 μmol/L[13]。腺苷濃度迅速升高是多種因素作用的結果，包括由細胞內釋放的ATP生成以及由腺苷在細胞內通過轉運體直接釋放[14]。然而，由于腺苷的半衰期<10 s，因此其防止病理狀態(tài)進一步發(fā)展的作用有限。

1.2CNS中的A2A受體 腺苷的許多生物學功能是通過結合其相關受體完成，主要包括A1受體、A2A受體、A2B受體和A3受體四種G蛋白偶聯(lián)受體[15]，其中A1受體和A3受體屬于Gi家族，A2A受體和A2B受體屬于Gs家族。在生理狀態(tài)下，腺苷主要與高親和力的A1受體和A2A受體結合，但當一些病理狀態(tài)(缺氧、癲癇等)發(fā)生時，腺苷也可通過刺激低親和力的A2B受體和A3受體而發(fā)揮作用[16]。A2A受體作為一個藥物靶點在眾多領域發(fā)揮作用，包括腫瘤、炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)退行性變及心血管系統(tǒng)疾病等[17-19]。研究表明，A2A受體基因結構在小鼠、大鼠及人類中均高度保守，其蛋白結構由410個氨基酸構成，且這些氨基酸序列在哺乳動物中高度同源[20-21]。因此，通過動物實驗研究A2A受體的生物學功能具有重要意義。在CNS中，A2A受體主要分布于多巴胺富集的區(qū)域，包括紋狀體、伏隔核、蒼白球及嗅球，同時在海馬、皮質、下丘腦及杏仁核中也有分布[11,22]。此外有研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體在脈絡叢上皮細胞(choroid plexus epithelial cells，CPECs)中也有表達[23-24]。有研究表明，當A2A受體被激活時，其可與外周組織中的Gs蛋白或大腦中的高爾夫蛋白結合，從而激活蛋白激酶A，然后再通過環(huán)腺苷酸-蛋白激酶A通路影響核因子κB，從而調控基因表達[25]。

2 A2A受體在CNS退行性疾病中的作用及機制

CNS退行性疾病是由慢性進行性中樞神經(jīng)組織退變所致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要包括阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、PD、肌萎縮側索硬化癥、多發(fā)性硬化癥和亨廷頓病(Huntington′s disease,HD)等[26]。CNS退行性疾病主要表現(xiàn)為神經(jīng)元興奮性增強、廣泛的認知及精神方面癥狀等，且AD、PD、HD等CNS退行性疾病具有相似的發(fā)病機制，包括神經(jīng)元突觸功能紊亂、腦內屏障功能障礙、膠質細胞激活誘發(fā)炎癥反應等[27]。雖然關于神經(jīng)退行性疾病機制的假說很多，但腺苷和A2A受體的作用不容忽視。

2.1A2A受體與AD AD是一種常見的老年慢性進行性CNS退行性疾病，以β淀粉樣蛋白沉積、神經(jīng)原纖維纏結和神經(jīng)元死亡為病理特征[11]。已有研究顯示，隨著AD病理進程的發(fā)展，腺苷受體表達紊亂，包括A1受體表達減少和A2A受體表達增加[28]，因此推測腺苷受體在AD發(fā)病機制中起重要作用?？Х纫?因存在于咖啡中而得名)具有復雜的藥理作用，但其在腦內的功能主要為拮抗腺苷受體，尤其是A2A受體[29]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常適量飲用咖啡可降低衰老相關記憶障礙的發(fā)生率和患AD的風險[30-31]。此外，在AD動物模型[32]和AD患者[33]中均發(fā)現(xiàn)，咖啡因可改善認知功能障礙，但咖啡因通過A2A受體發(fā)揮作用的具體機制仍需進一步研究。

AD患者的記憶缺失與腦內突觸功能的缺失密切相關，尤其是海馬區(qū)[34]；同時，A2A受體大量表達于海馬神經(jīng)元突觸上[35]，并選擇性地調控突觸的可塑性[36]，因此推測A2A受體可能通過影響突觸可塑性在AD中發(fā)揮作用。Pagnussat等[37]研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體異常激活可導致小鼠的記憶損傷，而A2A受體選擇性拮抗劑SCH58261可阻止此現(xiàn)象的發(fā)生。Silva等[38]研究顯示，在AD早期使用A2A受體拮抗劑可修復小鼠突觸和記憶損傷。通過對其他不同AD模型(如雙轉基因AD模型)小鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體拮抗劑可恢復突觸長時程增強并改善小鼠的記憶力[39]。此外，一項基于輕度認知功能障礙和AD患者的基因關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，A2A受體表達量與海馬體積呈負相關[40]。以上研究表明，A2A受體拮抗劑在AD發(fā)病中的重要作用可能通過抑制炎癥反應及恢復突觸功能實現(xiàn)，A2A受體有可能成為AD治療的潛在靶點。

2.2A2A受體與PD PD是一種常見的CNS退行性疾病，也是最常見于中老年人的錐體外系疾病，臨床主要表現(xiàn)為運動障礙并可伴隨情緒紊亂和認知障礙[41]。PD的主要病理改變?yōu)橹心X黑質中多巴胺能神經(jīng)元的退化與死亡，導致紋狀體中多巴胺含量降低以及路易小體在黑質殘存神經(jīng)元胞質中的沉積[42]，即黑質-紋狀體多巴胺能通路變性。多巴胺分布的基底節(jié)包含直接和間接兩條通路，交匯于蒼白球和黑質，控制運動的平穩(wěn)運行。其中，直接通路的興奮性-氨基丁酸強啡肽能輸出神經(jīng)元主要表達D1受體，間接通路的抑制性-氨基丁酸腦啡肽能輸出神經(jīng)元主要表達D2受體[11]。A2A受體與D2受體以異質二聚體的形式共表達[43]，腺苷則通過調控紋狀體和蒼白球中的A2A受體影響間接通路[11]。

許多研究已經(jīng)闡述了A2A受體在PD中的關鍵作用[44-46]，而直接與間接通路中黑質致密部多巴胺能輸入的平衡是維持肌體運動的關鍵，但在PD中，黑質中多巴胺神經(jīng)元的缺失導致平衡失調，間接通路的過度激活導致相關癥狀的出現(xiàn)。在不同的嚙齒類和靈長類PD動物模型中，阻斷A2A受體均可顯著提高PD實驗動物的運動功能[47]。一項涉及9個獨立研究共152只動物的薈萃分析顯示，A2A受體拮抗劑能夠減輕左旋多巴治療引起的運動障礙[48]，同時減少α-突觸核蛋白的聚集和毒性[49-50]。臨床試驗顯示，A2A受體拮抗劑伊曲茶堿與低劑量左旋多巴共同使用可減少PD患者的關閉期，提高運動能力，同時不會加重運動障礙[51-52]。其他A2A受體拮抗劑(Tozadenant和Preladenant)也可改善左旋多巴治療患者的關閉期和運動障礙[53]。此外，A2A受體拮抗劑還可減輕PD患者的其他非運動癥狀。有研究顯示，A2A受體拮抗劑可通過增加PD獼猴模型前額葉皮質中的多巴胺含量減輕其認知功能損害[54-55]。A2A受體拮抗劑伊曲茶堿不僅能改善PD大鼠運動障礙，還能夠減輕其抑郁樣癥狀[56]。因此，A2A受體拮抗劑在治療PD患者運動障礙以及其他非運動癥狀中均發(fā)揮重要作用，是PD治療的關鍵靶點。

2.3A2A受體與HD HD是一種遺傳性CNS退行性疾病，由編碼亨廷頓蛋白的IT15基因突變引起，以運動障礙、精神癥狀、認知障礙和早逝為主要特征，目前尚無有效的手段控制HD患者癥狀，更無法治愈[57]。有學者發(fā)現(xiàn)，豐富的A2A受體表達于HD中幾乎退化的神經(jīng)元上(如構成紋狀體蒼白球通路的紋狀體中等多棘神經(jīng)元)[58]，提示A2A受體可能在HD的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。

在關于HD發(fā)病機制的研究中，A2A受體逐漸受到關注，但A2A受體激活與失活在其中發(fā)揮的作用仍存在爭議。有研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)毒素3-硝基丙酸誘導的HD大鼠和體外模型中，A2A受體過表達具有明顯的保護作用[59]。此外，Chou等[60]研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體激動劑CGS21680可減少HD轉基因(R6/2)小鼠模型AMP活化蛋白激酶的激活，提高血糖水平，治療HD。而Fink等[61]發(fā)現(xiàn)，無論基因敲除A2A受體或藥理學失活A2A受體均可減輕神經(jīng)毒素3-硝基丙酸誘發(fā)的紋狀體損傷，在HD中發(fā)揮保護作用。在轉基因小鼠模型中，基因敲除A2A受體或藥理學失活A2A受體均能夠緩解工作記憶減退[62]，減輕毒性損傷，但對運動障礙無影響[63]。在轉基因小鼠(R6/2)模型中，敲除或失活A2A受體均能夠減輕HD患者的認知功能障礙[64]。綜上可知，雖然A2A受體激活與失活在HD中的保護作用存在爭議，但A2A受體在HD中發(fā)揮作用已基本達成共識，其具體作用機制有待進一步探討。

3 A2A受體調控屏障功能在CNS中的作用

大腦是人體的指揮控制中心，控制著人體內各種系統(tǒng)功能，包括循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、代謝功能、腎臟和胃腸道排泄、自主神經(jīng)系統(tǒng)等，因此大腦內環(huán)境的穩(wěn)定是各系統(tǒng)功能正常運轉的前提[65]。血與CNS之間的物理屏障主要包括血腦屏障(blood brain barrier，BBB)、血-腦脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier，BCB)和血腦膜屏障，三者共同維持CNS的穩(wěn)態(tài)[66-67]。其中BBB和BCB不僅是天然屏障，還可表達多種轉運體、酶以及受體的組織，在CNS中具有重要作用。

3.1A2A受體與BBB BBB是一種動態(tài)、高度選擇性的屏障，主要由內皮細胞構成，還包括周細胞和星形膠質細胞，通過細胞間的緊密連接在中樞與外周間形成天然屏障[67]，屏障結構與功能的完整性是發(fā)揮保護CNS作用的前提。A2A受體作為一種在腦內各區(qū)域均有分布的受體，其調控BBB的功能已被廣泛報道[68]。雖然A2A受體調控BBB的作用已被證實，但其作用機制仍存在爭議。在顱內轉移瘤小鼠模型中，A2A受體激動劑可通過基質細胞衍生因子1/CXC趨化因子受體4信號通路，維護BBB的結構與功能，從而抑制小鼠顱內腫瘤的轉移[69]。A2A受體激動劑保護BBB的作用在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠模型中也得到驗證[70]。以上研究表明，A2A受體激動劑可維持BBB的完整性。在原代人腦微血管內皮細胞構建的BBB體外模型中，A2A受體激動劑可降低緊密連接蛋白5和血管內皮細胞鈣黏蛋白的表達量，從而增加BBB的通透性[71]。在睡眠剝奪小鼠模型中BBB結構與功能損傷，而A2A受體拮抗劑SCH58261能夠上調BBB中緊密連接蛋白和黏附連接蛋白的表達，改善BBB功能，發(fā)揮保護作用[72]。提示拮抗A2A受體可逆轉CNS疾病小鼠的BBB功能紊亂，發(fā)揮保護作用。在其他模型中，A2A受體拮抗劑的保護作用也被廣泛報道。如Zhou等[73]研究發(fā)現(xiàn)，在實驗性腦卒中模型中，A2A受體的表達增加，A2A受體拮抗劑KW6002可降低BBB通透性，減輕腦損傷。在胰島素抵抗小鼠模型中，A2A受體激活在損傷小鼠BBB完整性的同時，還可誘發(fā)小鼠認知功能障礙，而應用A2A受體拮抗劑或敲除A2A受體可保護BBB，改善小鼠認知功能[74]。A2A受體拮抗劑保護BBB的作用可能與模型及藥物使用劑量相關，但需進一步研究。

另外，通過調節(jié)A2A受體活性增加BBB通透性，提高藥物從外周向中樞的傳遞效率也逐漸受到關注。腦的光學成像依賴于能夠透過BBB的熒光染料和試劑，使用A2A受體拮抗劑瑞加德松可顯著提高BBB通透性，加強腦內的熒光信號，更有利于成像[75]。在藥物治療方面，作為A2A受體激動劑，瑞加德松注射劑Lexiscan可顯著增加BBB通透性，提高相關藥物進入CNS的效率及劑量[76]。

3.2A2A受體與BCB BCB與BBB具有相似性，但也有其特殊結構[66]。BCB主要由靠近腦室的CPECs、中間有窗孔的內皮細胞和周細胞以及周圍包繞的疏松結締組織等構成。與BBB相似，BCB的物理屏障功能主要依靠CPECs緊密連接維持，且CPECs表面的微絨毛還具有分泌腦脊液的重要作用[77-78]。BCB在CNS中的作用逐漸受到關注，但目前關于A2A受體調控BCB的研究相對較少。在EAE小鼠模型中，CPECs上表達豐富的A2A受體，而應用A2A受體拮抗劑SCH58261可減少淋巴細胞向CNS遷移，阻止野生型小鼠發(fā)展為EAE[79]；藥理學激活A2A受體可增加脈絡從中CX3C趨化因子配體1的表達，促進淋巴細胞進入CNS，而A2A受體拮抗劑可阻止EAE的發(fā)展，起到保護作用[80]。因此，在關注A2A受體拮抗劑改善BBB功能的同時，還應注意A2A受體拮抗劑調控BCB在其中發(fā)揮的重要作用。

4 小 結

腺苷是腦內能量代謝的重要中間產物，而A2A受體作為腺苷受體的一個亞型，在CNS疾病中的研究也越來越多，所涉及的內容不僅僅局限于調控炎癥以及屏障功能等方面。雖然A2A受體在CNS中具有重要作用，但關于其作用機制的研究仍存在一定爭議。A2A受體在腦內廣泛分布，且存在于多種細胞膜表面。同一CNS疾病可能由多個腦區(qū)共同參與，故未來的研究應更多地關注A2A受體在腦內核團及特定細胞類型中的作用。此外，A2A受體是CNS疾病治療的重要靶點，通過對A2A受體在CNS疾病中作用的深入研究，可以為臨床治療提供新思路。