Pannexin通道功能研究概述

张 萍 李修彬 陈玉社

(泰山医学院附属医院神经内科，山东 泰安 271000)

缝隙连接半通道(hemichannels)是缝隙连接通道的亚单位,在脊椎动物体内每一个半通道都是由Connexin或Pannexin蛋白组成的跨膜六聚体所构成，相邻细胞的两个半通道两两对接形成中空管道，介导小分子物质的流动，实现了细胞间信息和物质的快速交流与沟通。在动物界，主要存在三种缝隙连接蛋白家族：Innexins连接蛋白主要表达在无脊椎动物的体内，Connexins连接蛋白主要是在脊椎动物体内表达，2000年Panchin[1]等在脊椎动物体内发现与无脊椎动物缝隙连接蛋白Innexins有同源编码序列的基因蛋白，被命名为Pannexin蛋白。Pannexin蛋白主要包括：Panx-1、Panx-2、Panx-3三种亚型。研究发现只有Panx-1或Panx-1与Panx-2形成杂聚体通道时才能发挥作用，本研究就Panx蛋白组成的半通道在生理病理情况下参与的功能信号传导进行综述。

1 Panx-1半通道参与生理信号的传导作用

1.1 Panx-1半通道参与突触信号的传递

Panx-1是广泛表达在中枢神经系统内的离子通道，它们可能在中枢神经构建新型非突触的联系进而影响正常的突触联系。Zoidl[2]研究指出，Panx蛋白主要位于大鼠海马CA1区突触后的细胞膜和内质网膜上，Panx-1蛋白在突触的不对称分布与半通道的定位相一致。电镜研究显示Panx-1蛋白与突触后致密物PSD95蛋白共定位，证明Panx-1蛋白主要位于突触后[3]，这种不对称的分布也说明Panx-1半通道与后突触之间存在某种联系。发现神经元突触后NMDA受体在受到重复或长时间刺激后存在一个继发的内向电流，用干扰肽阻断Panx-1半通道后，该内向电流消失[4]，这说明Panx-1半通道可以被NMDA受体所激活，并且影响了突触的生理功能。

1.2 Panx-1参与ATP释放

关于ATP在体内的释放存在两种解释：一种是囊泡释放，一种是通道介导释放。Maroto研究发现抑制干扰胞质囊泡流动的药物同样可促进ATP囊泡的释放，但是囊泡释放的理论并不能完全解释无囊泡ATP释放的机制，例如红细胞无囊泡样结构，但红细胞却可在低氧、低渗、机械变形时释放ATP[5]，说明ATP也可能通过某种离子通道介导释放，然而红细胞细胞膜并不表达Conx蛋白，可表达Panx-1蛋白，说明红细胞可通过Panx-1半通道来介导ATP的释放。

研究发现，Panx-1半通道与嘌呤受体共同参与ATP的释放过程，以前研究认为Con43半通道介导了ATP的释放，然而药理学研究发现，在应用缝隙连接通道阻滞剂后，ATP扩散并没有因Conx43阻断而受阻，反而在敲除P2X7受体后，ATP扩散停止[6]，这说明P2X7受体与ATP释放有关。Pelegrin[7]指出P2X7R与Panx-1两种蛋白存在相互作用， Panx-1 通道开放可介导P2X7R 激活后的染料内流，免疫共沉淀显示ATP与嘌呤受体P2X7结合以后可以介导Panx-1的开放，从而形成ATP诱导的ATP释放。但ATP同样可负反馈性的阻断Panx-1半通道的开放，从而精确调控细胞外 ATP浓度以发挥其生理功能[8]。

1.3 Panx-1介导钙波传递

对于细胞内Ca2+的弥散有两种方式，一种是钙本身或依靠第二信使(IP3)通过缝隙通道介导钙弥散；另一种方式是胞外方式，细胞释放ATP与相邻细胞膜上的嘌呤受体结合激活Panx-1半通道开放促使Ca2+弥散[9]。研究指出，细胞受到刺激后可在细胞内产生信号分子IP3，IP3通过与内质网膜上IP3受体结合可促使Panx-1通道的开放介导Ca2+的释放，这说明Panx-1蛋白在内质网膜上形成Ca2+弥散性通道。在人体前列腺癌细胞及人肾胚细胞中表达Panx-1蛋白后，可见相邻的细胞间连接通道介导Ca2+在细胞间的弥散[10]。这说明Panx-1半通道可以在细胞间介导钙波的弥散。

1.4 Panx-1介导味觉信号的传递

在生理情况下味觉感受器接受味觉刺激后，导致PLCβ2的激活和IP3介导的内质网中的Ca2+释放，细胞内Ca2+的增加激活了细胞膜上TRPM5通道，导致Na+的内流和膜的去极化，最终引发Panx-1半通道的开放和ATP的释放[11]，释放的ATP一方面激活位于味觉神经纤维突触后细胞上的嘌呤离子型受体(P2X2/P2X3)，另一方面作用于相邻神经细胞突触前细胞上的P2X受体，导致5-羟色胺(5-HT3)的释放，5-HT3激活味觉神经纤维突触后细胞上的5-HT3受体，介导了味觉从味觉感受器到味觉神经的信息传递。以上结果说明， Panx-1半通道开放介导味觉的传导。味觉感受器动作电位的频率与ATP释放的量成正比关系，从而感受不同程度的味觉。

1.5 Panx-1介导脑电信号的传导

Panx-1可以介导非突触化学偶联从而影响突触信号的传递，在海马中，Conx36主要表达在中间神经元，在锥体细胞中极少表达，然而Panx-1和Panx-2在海马的中间神经元和锥体细胞中高表达，电生理学研究表明在海马锥体细胞间，可产生150-200HZ高频振荡，说明锥体细胞间存在电突触偶联[12]，推断这种电突触偶联可能有Panx-1半通道所介导。研究发现在大鼠的海马CA1区，当给一个细胞注入电流将引起相邻细胞电压的变化，说明两个相邻的锥体细胞存在电偶联现象，这种锥体细胞间的电偶联介导了正常活动的同步性和在发生癫痫时的突然放电。但由于传统的缝隙连接蛋白Conx在海马锥体神经元上并不表达，推测这种通道由Panx-1半通道组成。

1.6 Panx-1半通道参与血管舒张信号的传导

在红细胞细胞膜及血管的内皮细胞层广泛表达Panx-1蛋白，正常静息电位下Panx-1半通道处于关闭状态，当受到去极化、低氧、机械应力变形时Panx-1半通道开放，并释放大量的ATP到细胞外，并与红细胞或血管内皮细胞上的P2Y受体结合引起更多ATP的释放，ATP的释放引起细胞内Ca2+的弥散，导致NO直接释放到血管的平滑肌细胞层，促使血管舒张并增加血流量。

2 Panx-1半通道参与的病理信号传导作用

由于Panx-1蛋白具有半通道蛋白的功能，且在体内广泛表达，所以学者们确信Panx-1参与了病理状态下各种病理信号的传递。

2.1 Panx-1半通道参与炎症及免疫系统的调控

细菌表面抗原、内毒素和其他致炎因子均可引起白介素-1β(IL-1β)的产生，IL-1β可刺激免疫系统产生免疫应答消灭病原体，利用模拟蛋白肽抑制巨噬细胞Panx-1半通道后发现没有IL-1β的产生和释放，这说明Panx-1半通道介导了细菌等致炎因子进入细胞内，并参与了IL-1β的释放。Panx-1也参与了胞壁酸二肽(muramyl dipeptide MDP)的释放，MDP可诱导NF - kB和MAPK激活，产生多种抗菌和前炎性分子，Panx-1通道的这种功能与吞噬细胞利用Con43半通道消灭细菌病原体的作用相一致[13]，研究显示Panx-1在接触到不同的炎症刺激(如TNF - a，IFN- A，IFN- G，脂多糖等)后表达增加3-7倍[14]，表明Panx-1半通道在炎症的发生发展过程中是必不可少的组成部分。

研究发现，在巨噬细胞和T细胞都高表达Panx-1蛋白，T细胞受体激活后通过Panx-1半通道释放ATP，ATP激活下游信号MAPK，这在调节性T细胞体内活化过程中起重要作用[15]，同时研究发现，ATP也诱导辅助性T细胞的分化[16]。

2.3 Panx-1参与癫痫异常放电

NMDA受体激活后可引发一继发的内向电流，这种电流可以被Panx-1半通道特定干扰肽10panx所阻断，在海马脑片中发现应用10panx后可显著降低NMDA受体激活后的癫痫放电频率和幅度[17]。在匹罗卡品诱导的慢性癫痫大鼠模型海马组织中发现P2Y受体的含量增加80%，这说明ATP通过某种机制参与了癫痫的发生与发展，而Panx-1通道是介导ATP弥散的主要通道。在大鼠脑内注射4-氨基吡啶造成癫痫发作模型，Panx-1通道能在海马锥体细胞中形成150-200Hz的超高频振荡，并在癫痫的发作过程中可见到高频振荡的异常调节[18]。敲除Panx-1基因的小鼠或应用Panx-1通道阻断剂MFQ预处理的小鼠中腹腔注射红藻酸后，小鼠痫样发作的程度明显减轻[19]，这都说明Panx-1通道在癫痫发作过程中具有重要作用。

2.4 Panx-1参与脑缺血损伤

在急性分离的海马及皮层的锥体细胞层发现缺氧及葡萄糖剥夺(OGD)可导致Panx-1半通道的开放[20]，推断此半通道的开放介导了缺氧去极化及神经元的坏死的发生，在OGD处理15分钟左右恢复葡萄糖及氧的供应，Panx-1半通道并不开放，然而OGD处理20分钟左右则该半通道呈永久性开放状态，推测该通道介导了细胞内各种离子的异常流动及糖、ATP等小分子物质流出细胞，从而导致细胞内离子的紊乱及能量的缺失，继而出现神经元细胞的肿胀及细胞膜的崩溃。大脑在发生缺血缺氧后，激活了一氧化氮合酶(nNOS)，该酶可加重锥体神经元细胞的损伤。在体外培养的锥体神经元细胞中发现，应用一氧化氮合酶抑制剂7-硝基吲咗并OGD处理后，Panx-1半通道无开放，然而应用NO供体(S-亚硝基谷胱甘肽)后则Panx-1通道开放 ，说明在OGD过程中，一氧化氮合酶产生NO并促使了Panx-1半通道的开放。

2.5 Panx-1抑制肿瘤分化信号

在大鼠的神经胶质细胞中可见Panx-1、Panx-2、Panx-3三种基因的表达，然而在神经胶质瘤细胞中却未见Panxs表达，当在神经胶质肿瘤细胞中转入Panx-1基因后， Panx-1几乎分布于膜性组织上，且在相邻细胞间可观察到染料的偶联，说明细胞间存在缝隙连接通道，同时发现表达外源性Panx-1基因后并没有使胶质瘤细胞凋亡增加，但肿瘤细胞的无序增殖分化及迁移受到抑制，说明Panx-1半通道可抑制肿瘤生长。

Panx-1半通道是一非选择性离子大孔通道，广泛分布在各组织中，并参与了重要的病理生理过程，目前研究已经揭示了该通道的诸多的重要功能，但对其研究刚刚起步，仍有诸多的问题需要进一步阐明，随着分子生物学技术的发展，对Panx-1半通道的研究也将日益深入，这将为各种疾病的治疗提供新的药物治疗靶点。

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