P2X4 受體與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)系

徐笑笑，吳祥

寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科，浙江寧波 315000

P2X4 最早于1996 年在大鼠大腦cDNA 中克隆出來，是第一個在中樞神經(jīng)元中檢測到的P2X 受體[1]。P2X4R 主要分布于小膠質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞具有多突觸及可塑性的特點(diǎn)，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)固有的免疫效應(yīng)細(xì)胞，參與一系列神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生，介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的免疫反應(yīng)，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)或神經(jīng)毒性作用[2]。小膠質(zhì)細(xì)胞活化和神經(jīng)炎癥為神經(jīng)病理學(xué)的主要特征。當(dāng)神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，細(xì)胞外三磷酸腺苷（triphosadenine，ATP）與P2X4R結(jié)合，P2X4R 表達(dá)上調(diào)，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，引起神經(jīng)系統(tǒng)的病變[3]。抑制P2X4R 的過表達(dá)，可以減緩神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展[4]。因此P2X4R 作為一個潛在的治療靶點(diǎn)，可用于治療阿爾茲海默病（Alzheimer's disease，AD）及帕金森病（Parkinson's disease，PD）等，開發(fā)其更多高效特異性抑制劑，為研究抗神經(jīng)退行性疾病藥物提供新思路[5]。

1 P2X4 受體的結(jié)構(gòu)

P2X4R 由3 個亞基組成，每個亞基都有1個胞外域，2 個跨膜片段（TM1 和TM2），以及胞內(nèi)N-端和C-端，2012 年測出斑馬魚嘌呤能受體P2X4R 開發(fā)態(tài)和關(guān)閉態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)[6]。P2X4R 是P2X 家族中唯一解析出的晶體，幵把它形象的描述為海豚樣結(jié)構(gòu)[7]。P2X4R 的晶體結(jié)構(gòu)表明其由3 個亞基組成，每個亞基中的胞外域包括三磷酸腺苷（adenosine triphophate，ATP）結(jié)合位點(diǎn)、競爭性拮抗劑結(jié)合位點(diǎn)及金屬離子結(jié)合位點(diǎn)、跨膜區(qū)形成非選擇性陽離子通道及胞內(nèi)較短的N-端和C-端。P2X4R 的結(jié)構(gòu)決定它有多種調(diào)節(jié)劑，高度糖化的 P2X4 的胞外環(huán)使它能夠抵抗溶酶體的酸性內(nèi)環(huán)境，細(xì)胞內(nèi) P2X4R 池可以動態(tài)調(diào)節(jié)細(xì)胞表面 P2X4R的數(shù)量，維持正常的生理水平[8]。

2 P2X4 受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

海馬是神經(jīng)系統(tǒng)與第一級記憶的關(guān)鍵部位，在海馬體中，ATP 通過激活海馬小膠質(zhì)細(xì)胞中的P2X4R快速興奮突觸后電位，影響突觸的可塑性[9]。P2X4R還與海馬體的長時程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）有關(guān)，長時程增強(qiáng)現(xiàn)象是學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞機(jī)制,它的形成是突觸前后機(jī)制共同參與的結(jié)果[10]。將P2X4 基因缺陷小鼠與正常小鼠相比，P2X4R 缺陷小鼠海馬區(qū)的突觸，易化作用減弱，LTP 效應(yīng)降低，伊維菌素（一種P2X4R 的正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑）對正常小鼠LTP 有增強(qiáng)作用，但對P2X4R 缺陷小鼠無增強(qiáng)作用[11]。此外在脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中，P2X4R 對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活、遷移和存活也發(fā)揮重要作用[12]。

3 P2X4 受體與神經(jīng)退行性疾病

神經(jīng)退行性疾病是由神經(jīng)元或其髓鞘的喪失所致，隨著時間的推移而惡化，幵出現(xiàn)功能障礙。P2X4R廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)，參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病變，尤其是神經(jīng)退行性疾病，如AD、PD 和肌萎縮性側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等。P2X4R介導(dǎo)的信號通路在疾病的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，阻斷信號通路，減輕神經(jīng)炎癥可減緩疾病迚程[13]。因此P2X4R 作為治療神經(jīng)退行性疾病的潛在靶點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1 P2X4 受體與AD

AD 是最常見的神經(jīng)退行性疾病，主要是由于β-淀粉樣蛋白片段(Aβ1-42)不可溶性聚集體的積累，導(dǎo)致突觸功能障礙和神經(jīng)元的變性死亡，引起認(rèn)知功能障礙和行為損害[14]。P2X4R 在Aβ 肽上的海馬神經(jīng)元中表達(dá)上調(diào)，幵使Aβ 片段的毒性作用加強(qiáng)，抑制P2X4R 的表達(dá)會減少Aβ 肽上海馬神經(jīng)元的死亡[13]。這些發(fā)現(xiàn)證明P2X4R 與Aβ 誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡有關(guān)。另外，外周炎癥也會加速AD 的發(fā)生發(fā)展，低級別外周炎癥影響小膠質(zhì)細(xì)胞激活和血-腦脊液屏障完整性，外周炎癥通過降低小膠質(zhì)細(xì)胞清除能力使Aβ 聚集，加速了AD 的迚展[15]，證明外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫功能共同參與AD 的發(fā)生發(fā)展。

3.2 P2X4 受體與PD

PD 是僅次于AD 的第二大神經(jīng)退行性疾病，隨著年齡的增長，患病率不斷增長，主要的病理特征為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元迚行性變性丟失，其病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明確[16]。P2X4R 具有調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的功能，例如可以調(diào)節(jié)由GABAA 受體介導(dǎo)的突觸后電流以及谷氨酸和GABA 突觸前釋放[17]，使內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)態(tài)。在P2X4R 敲除的小鼠中，突觸后離子受體的穩(wěn)態(tài)受到破壞，表明P2X4R 與離子受體共同調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，另外P2X4R 也可以直接調(diào)節(jié)PD 中的DA 穩(wěn)態(tài)，P2X4R 的缺失影響DA 的合成和運(yùn)輸[18]。在PD 大鼠模型中，黑質(zhì)致密部神經(jīng)元內(nèi)P2X4R 表達(dá)水平增高，說明與DA 神經(jīng)元變性退化有關(guān)，而在抑制黑質(zhì)致密部P2X4R 的表達(dá)后DA神經(jīng)元變性死亡減少，這可能與 P2X4R 激活Mek-Erk1/2 信號通路有關(guān)[19]，神經(jīng)元中的P2X4R 也可能通過降低BDNF/TrkB 細(xì)胞內(nèi)信號通路使神經(jīng)元自噬受到抑制，導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡，在小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）介導(dǎo)P2X4R 表達(dá)減少后，BDNF/TrkB 通路活性升高，迚而減少黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的損傷[16]。神經(jīng)炎癥也是PD 的主要特征，PD 可能與ATP-P2X4R 信號通路介導(dǎo)NLRP3 炎性小體激活、多巴胺能神經(jīng)變性和多巴胺水平有關(guān)[20]，說明PD 的發(fā)生、發(fā)展可能為多因素共同作用。

3.3 P2X4 受體與ALS

ALS 是一種與運(yùn)動神經(jīng)元相關(guān)的迚行性神經(jīng)退行性疾病，該病侵及上運(yùn)動神經(jīng)元和下運(yùn)動神經(jīng)元，導(dǎo)致神經(jīng)支配的肌肉出現(xiàn)肌無力、肌萎縮等相關(guān)臨床癥狀，最后多死于呼吸麻痹[21]。ALS 的一個病理特征是在淋巴細(xì)胞和周圍的膠質(zhì)細(xì)胞中積累蛋白樣包涵體。該疾病可分為兩類：90%的ALS 病例是偶發(fā)，而約10%是家族性發(fā)作[22]。起初認(rèn)為家族性ALS 與編碼超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase，SOD1）的基因突變有關(guān)[23]，但最近發(fā)現(xiàn)也與TAR-DNA 結(jié)合蛋白43（TAR DNA binding protein-43，TDP-43）、FUS蛋白和 C9ORF72 蛋白 43 基因突變有關(guān)。在SOD-G93A 突變類型的ALS 小鼠模型中，小鼠脊髓中錯誤折疊的SOD1-G93A 蛋白直接與衎接蛋白2（adaptor protein 2，AP2）相互作用，損害了P2X4R的內(nèi)吞作用，導(dǎo)致P2X4 表面受體的密度和功能顯著增加，小鼠脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中P2X4R 表達(dá)上調(diào)，促迚小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥[24]。此外，在巨噬細(xì)胞和外周單核細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了P2X4R 表達(dá)增加[21]，推測SOD1 小鼠外周巨噬細(xì)胞中觀察到的P2X4 表達(dá)上調(diào)是否也發(fā)生在ALS 患者的單核細(xì)胞中。因此，從人類外周細(xì)胞中檢測P2X4R 可能是一種獨(dú)特的早期生物標(biāo)志物，可在癥狀發(fā)生前檢測ALS。

4 P2X4 受體的拮抗劑及藥理特性

2005 年，苯二氮?類衍生物 5-BDBD 作為P2X4R 的特異性拮抗劑被引入[25]，其在飽和濃度下不會抑制P2X2R，對P2X1R、P2X3R 的P2X7R 影響很也較小[26]。在大鼠海馬切片中檢測5-BDBD 對長時程增強(qiáng)效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)該拮抗劑可以降低LTP,該反應(yīng)被認(rèn)為是由內(nèi)源性P2X4R 介導(dǎo)，因此推斷5-BDBD 阻斷該模型中P2X4R 的活性[27]。5-BDBD可以作為一種有效拮抗劑來研究P2X4R 在天然組織中的作用。最近，第一種衍生物PSB-12054 被鑒定為強(qiáng)效的人P2X4R 拮抗劑，但對大鼠和小鼠的P2X4抑制作用較弱，幵且PSB-12054 對P2X4 的選擇性是對P2X2、P2X3 和P2X7 的選擇性的50 倍，是對P2X1的選擇性的30 倍；第二種衍生物PSB-12062 對人和大鼠小鼠的P2X4 具有相似的抑制作用，但抑制作用均較弱，即使使用高濃度的PSB-12062 也不能完全阻斷P2X4 介導(dǎo)的鈣內(nèi)流[28]。BX430 已被證明通過非競爭性抑制作用，能夠有效拮抗斑馬魚P2X4R，但對大鼠和小鼠P2X4R 同源物沒有影響，對P2X4R具有高度選擇性和強(qiáng)效拮抗作用。BX430 是唯一已知的抑制P2X4R 介導(dǎo)的孔隙形成的化合物，BX430可以完全消除伊維菌素促迚的孔隙形成[29]。NP-1815-PX 是一種P2X4R 的新型拮抗劑，與其他P2XR 亞型相比具有較高的效力和選擇作用。在對急性和慢性疼痛的分析中，NP-1815-PX 在慢性疼痛模型中產(chǎn)生抗痛覺過敏作用，但不會改變急性痛覺過敏[30]。在具有外傷性神經(jīng)損傷的小鼠鞘內(nèi)注射NP-1815-PX，產(chǎn)生了抗痛覺過敏的作用[31]。此外，在帶狀皰疹疼痛的小鼠模型中鞘內(nèi)注射NP-1815-PX，抑制了機(jī)械性異常疼痛的誘導(dǎo)[32]。

5 小結(jié)與展望

P2X4R 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮著重要作用，參與多種病理過程，當(dāng)神經(jīng)系統(tǒng)損傷時，引起P2X4R的上調(diào)，激活下游信號分子導(dǎo)致神經(jīng)疼痛、神經(jīng)炎癥及神經(jīng)退行性病變等疾病。這些疾病都缺乏特異性藥物治療。隨著對P2X4R 空間結(jié)構(gòu)、激動劑和拮抗劑作用機(jī)制的研究日益增多，特異性拮抗劑逐漸被發(fā)現(xiàn)，P2X4R 為這些疾病的治療提供了一個新的靶點(diǎn)。因此，P2X4R 作為某些疾病潛在治療靶點(diǎn)，具有廣闊的研究前景。