P2X7受體在情感及認(rèn)知損害中的作用

張 益，景晨晨，唐曉璐，李延檸

（1.贛南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系；2.贛南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，江西 贛州 341000）

P2X7受體是ATP激活的非選擇性陽(yáng)離子通道型受體，主要但非唯一存在于免疫細(xì)胞中，主要在外周和中樞免疫細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）中表達(dá)，調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種生理和病理生理通路，在炎癥和免疫過(guò)程中發(fā)揮重要作用。P2X7受體的表達(dá)變化與情感及認(rèn)知損害密切相關(guān)，病理狀態(tài)下，胞外ATP濃度升高，P2X7受體激活，可引起情感和認(rèn)知功能異常［1-2］。本文從神經(jīng)炎癥、凋亡、神經(jīng)發(fā)生、氧化應(yīng)激、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面綜述P2X7受體在調(diào)節(jié)情感與認(rèn)知損害發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的重要作用。

1 P2X7受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

P2X7受體由P2RX7基因編碼，位于12號(hào)染色體長(zhǎng)臂（12q24.31）［3］，屬于三聚配體門(mén)控的非選擇性陽(yáng)離子通道P2X家族，共有七個(gè)成員（P2X1-7）。P2X7受體是P2X家族中分子量最大的受體，相比于其他的P2X受體，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中分布更為廣泛，需要更高濃度的ATP激活。P2X7受體亞基全長(zhǎng)595個(gè)氨基酸，由胞內(nèi)的氨基端和羧基端、兩個(gè)跨膜的疏水結(jié)構(gòu)域TM1和TM2，以及一個(gè)大的胞外環(huán)構(gòu)成，胞外環(huán)上具有ATP結(jié)合位點(diǎn)［4］。P2X7受體的胞內(nèi)末端可與多種蛋白和脂質(zhì)結(jié)合，提示其可能是多種信號(hào)通路的調(diào)控位點(diǎn)［5］。P2X7受體形成非選擇性陽(yáng)離子通道，受體激活后陽(yáng)離子通道開(kāi)放，可在細(xì)胞膜上形成非選擇性大分子孔道，允許分子量小于900 Da的大分子和離子從孔道自由通過(guò)，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)外代謝物質(zhì)交換［6］。

2 P2X7受體在情感損害中的作用

2.1 神經(jīng)炎癥神經(jīng)炎癥促使個(gè)體易于發(fā)展為抑郁癥等情感障礙疾?。?］，并參與多種神經(jīng)精神疾病的發(fā)病機(jī)制［8］。在情感障礙患者中，可觀察到免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)的變化，如循環(huán)細(xì)胞因子白介素6（interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素1β（interleukin-1beta，IL-1β）顯著增加［9］。在應(yīng)激誘導(dǎo)抑郁癥的動(dòng)物模型中，IL-1β介導(dǎo)神經(jīng)元AMPA受體減少，從而降低突觸傳遞效能，改變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能狀態(tài)，促進(jìn)抑郁癥樣表型發(fā)展［10］。研究表明，P2X7受體在促炎細(xì)胞因子分泌和炎癥體整合相關(guān)信號(hào)過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用［11］。細(xì)胞外ATP的增加，可由小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)P2X7受體感知，進(jìn)而激活NLRP3炎癥體級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)IL-1β釋放［12］。進(jìn)一步研究證實(shí)，對(duì)于包括P2X7受體在內(nèi)的多種因素引起的NLRP3炎癥體激活和IL-1β釋放，K+外排是最為常見(jiàn)的促進(jìn)信號(hào)，用氯化鉀預(yù)處理阻止K+外流可阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞NLRP3激活［13-14］。P2X7受體敲除小鼠對(duì)于LPS刺激具有更少的抑郁表型；P2X7受體的抑制劑亮藍(lán)G（brilliant blue G，BBG）可阻止TNF-α水平升高［15］。P2X7受體激活后可引起離子濃度改變，激活第二信使及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，參與調(diào)控多種蛋白的表達(dá)，如磷脂酶D（Phospholipase D，PLD）、磷脂酶A2、有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）等［16-17］。NF-κB激活后，其抑制蛋白IκB發(fā)生磷酸化和降解，NF-κB轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子、趨化因子和黏附分子的表達(dá)［18］。上述研究提示P2X7受體可能是參與促進(jìn)神經(jīng)炎癥、誘導(dǎo)情感障礙的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2.2 凋亡研究表明，細(xì)胞受到部分病理刺激后大量釋放ATP，激活P2X7受體，耦合多種信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，如PLD、MAPK、細(xì)胞骨架重排以及L-選擇素（L-selectin）脫落，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜起泡、細(xì)胞因子釋放和細(xì)胞凋亡［19-22］。細(xì)胞內(nèi)鈣超載和半胱天冬蛋白酶（caspase）激活是導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡的關(guān)鍵因素。P2X7受體誘導(dǎo)凋亡的途徑涉及caspase-1、caspase-3和caspase-8的激活。P2X7受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)K+濃度變化激活caspase-8，進(jìn)而激活凋亡效應(yīng)酶caspase-3［23］。P2X7受體激活caspase-1，導(dǎo)致IL-1β的快速成熟和釋放，增加的IL-1β誘導(dǎo)同樣具有促凋亡作用的TNF-α上調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的擴(kuò)大［24］。線粒體途徑是促進(jìn)凋亡的重要因素［25］。在ATP處理的神經(jīng)元中，P2X7R的激活經(jīng)離子通道引起Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致線粒體功能障礙和caspase-3激活，而P2X7受體拮抗劑可阻斷此結(jié)果［26］?？梢?jiàn)，P2X7受體激活可以介導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑，這可能也參與了情感障礙的發(fā)生機(jī)制。

2.3 神經(jīng)發(fā)生在胚胎發(fā)育過(guò)程中，在海馬齒狀回顆粒下區(qū)（subgranular zone，SGZ）的未成熟神經(jīng)元［27］和腦室下區(qū)（subventricular zone，SVZ）及SGZ的神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells，NSCs）［28］內(nèi)，可以檢測(cè)到P2X7受體的表達(dá)。P2X7受體信號(hào)損害神經(jīng)發(fā)生，導(dǎo)致神經(jīng)前體細(xì)胞（neural progenitor cells，NPCs）死亡［29］，從而在發(fā)育過(guò)程中調(diào)節(jié)腦內(nèi)神經(jīng)元數(shù)量［30］。P2X7受體刺激可改變NPCs細(xì)胞池的穩(wěn)態(tài)，引起細(xì)胞死亡或抑制神經(jīng)發(fā)生，促進(jìn)抑郁癥等情感障礙行為發(fā)展。研究表明，在由成年小鼠SVZ制備培養(yǎng)的NPCs中表達(dá)的P2X7受體，可以通過(guò)激活caspase-3觸發(fā)細(xì)胞凋亡，這與某些病理?xiàng)l件下的情感損害發(fā)生機(jī)制可能具有相關(guān)性［31］。

2.4 神經(jīng)遞質(zhì)釋放P2X7受體參與調(diào)節(jié)多種神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，包括單胺類神經(jīng)遞質(zhì)、一氧化氮（NO）和谷氨酸等。P2X7受體的激活可以增加谷氨酸和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyrate，GABA）釋放，并減少這些物質(zhì)的再攝取，而腦內(nèi)谷氨酸水平升高與抑郁癥的發(fā)生機(jī)制密切相關(guān)［32-33］。在缺氧、低血糖、局部缺血、炎癥、細(xì)胞損傷或應(yīng)激等病理?xiàng)l件下，囊泡胞吐介導(dǎo)ATP釋放到細(xì)胞外［34］，激活P2X7受體，調(diào)節(jié)5-HT、腎上腺素、谷氨酸、GABA和NO等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放［35］，而這些神經(jīng)遞質(zhì)水平與情感功能的維持密切相關(guān)。

3 P2X7受體在認(rèn)知損害中的作用

3.1 神經(jīng)炎癥海馬是調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的關(guān)鍵腦區(qū)，其CA1區(qū)神經(jīng)元對(duì)結(jié)構(gòu)蛋白損害和能量障礙較為敏感；齒狀回和CA1區(qū)的突觸密度與空間學(xué)習(xí)記憶能力呈正相關(guān)。海馬神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞上均有P2X7受體表達(dá)［36］。炎癥反應(yīng)的增強(qiáng)與學(xué)習(xí)記憶能力減退密切相關(guān)，促炎癥因子IL-1β、TNF-α和IL-6過(guò)度增高，學(xué)習(xí)記憶能力則顯著下降［37］。受損神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞迅速釋放ATP，激活P2X7受體，通過(guò)其自身膜孔道結(jié)構(gòu)或激活下游信號(hào)通路，促進(jìn)炎癥介質(zhì)IL-1β、TNF-α和IL-6產(chǎn)生和釋放；另一方面，炎癥介質(zhì)進(jìn)一步上調(diào)P2X7受體表達(dá)，增加P2X7受體對(duì)胞外ATP的敏感性，從而加重炎癥反應(yīng)［38］。高濃度IL-1β可抑制海馬神經(jīng)元興奮性和突觸功能，導(dǎo)致認(rèn)知功能受損［39］。側(cè)腦室注射P2X7受體抑制劑可以阻止ATP對(duì)海馬CA1區(qū)LTP的抑制，改善大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力［40］。

3.2 氧化應(yīng)激氧化應(yīng)激是細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生超過(guò)抗氧化效率的一種狀態(tài)［41］。P2X7受體參與調(diào)節(jié)活性氧、超氧化物的產(chǎn)生。P2X7受體激活MAPKs、還 原 型 輔 酶Ⅱ（nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH），并形成活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)物［42］。活性氧在細(xì)胞中積累，引起線粒體損傷，這一過(guò)程進(jìn)一步促進(jìn)了活性氧的形成［43］。由活性氧引起的線粒體損傷擾亂了線粒體膜電位，導(dǎo)致細(xì)胞膜之間的鈉、鉀、氮、氯離子梯度降低，從而導(dǎo)致細(xì)胞興奮毒性和神經(jīng)元凋亡［44-45］。受損的線粒體在ROS作用下，能量代謝降低，誘導(dǎo)功能障礙性星形膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)，后者在認(rèn)知受損的AD患者中常見(jiàn)［43，46］。此外，氧化應(yīng)激引起腦內(nèi)ATP紊亂，也是導(dǎo)致認(rèn)知能力受損的重要原因［47］。

3.3 信號(hào)通路研究表明，MAPK信號(hào)通路與認(rèn)知功能障礙及神經(jīng)退行性疾病相關(guān)［48］。P2X7受體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可以直接氧化蛋白磷酸酶關(guān)鍵催化殘基并使其失去活性，尤其是雙重特異性蛋白磷酸酶（dual specificity protein phosphatase，DUSP）和酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）家族的蛋白磷酸酶，是MAPK信號(hào)的重要調(diào)節(jié)因子，這些酶的失活會(huì)引起MAPK通路激活［49］。P2X7受體激活導(dǎo)致MAPKs的持續(xù)性積累，尤其是應(yīng)激激活的蛋白激酶p38和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK），并增加炎癥和凋亡基因表達(dá)，還可以使胞質(zhì)底物磷酸化，激活細(xì)胞死亡途徑或改變細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)［49-50］。P2X7受體激活時(shí)也具有神經(jīng)保護(hù)作用，P2X7受體的輕度激活可與蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）、糖原合酶激酶3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal regulated protein kinase，ERK）、環(huán)腺苷酸元件結(jié)合蛋白（cAMP responsive element-binding protein，CREB）等細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)反應(yīng)信號(hào)耦合，有助于營(yíng)養(yǎng)因子剝奪和興奮毒性后的神經(jīng)元存活［51-53］，改善認(rèn)知功能狀態(tài)。

4 小結(jié)與展望

大量研究表明，P2X7受體與情感及認(rèn)知功能損害密切相關(guān)。本文概述了P2X7受體介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥、凋亡、神經(jīng)發(fā)生、氧化應(yīng)激、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過(guò)程與情感及認(rèn)知功能損害之間的關(guān)聯(lián)。目前關(guān)于P2X7受體，較多的研究集中在神經(jīng)炎癥方向，在情感障礙中發(fā)揮了重要作用。對(duì)于認(rèn)知功能損害，目前認(rèn)為主要是P2X7受體激活損害海馬功能，與突觸可塑性、神經(jīng)元存活相關(guān)。P2X7受體介導(dǎo)的情感和認(rèn)知損害較為復(fù)雜，在機(jī)制上有相似之處，其中腦區(qū)的差異可能是重要的影響因素。深入探索P2X7受體參與情感及認(rèn)知損害的形成機(jī)制可能為神經(jīng)精神疾病的干預(yù)和治療提供新的思路。