P2X7受体在炎症和疼痛中的潜在作用及治疗应用

秦姗姗，樊 波，徐昌水

（1.南昌大学基础医学院生理学教研室，江西 南昌 330006；2.孝感市中心医院，湖北 孝感 432500）

炎症反应包括炎症介质（如趋化因子、细胞因子和花生酸类）等一些成分的释放以及细胞活化、迁移、黏附、吞噬作用和细胞死亡等生物学过程，通常会促进组织修复；然而，炎症反应失调可能会导致过度反应，从而引起炎症性疾病。核苷酸、核苷，尤其是胞外三磷酸腺苷（ATP）参与调节炎症反应的许多方面，ATP的自分泌在巨噬细胞的趋化作用中至关重要，G蛋白耦联的P2Y2受体为白细胞中最重要的趋化性嘌呤受体［1］。在人类，P2X受体对中性粒细胞具有化学运动性，表明P2X7受体在炎症和疼痛中发挥重要的生理作用及潜在的临床应用［2］。

1 P2X7受体家族与亚型

嘌呤和嘧啶受体家族主要包括P1腺苷受体（A1、A2a、A2b和A3）和P2（P2R）家族，而P2受体又可分为离子通道型P2X受体和代谢型P2Y受体。离子通道型P2X受体家族亚型包括7种ATP门控的离子通道亚型，即P2X1－7受体［3］。P2X家族中的P2X2、P2X4和 P2X7受体能被细胞外毫摩尔浓度的ATP激活，从而导致巨噬细胞上900DA大小以内的非选择性孔隙开放［2］。

2 P2X7受体药理学特性

P2X7受体与P2X受体（P2XRs）其它嘌呤能离子通道型受体具有不同的药理学特性［4］：（1）P2X7受体激活所需的5′三磷酸腺苷（ATP）浓度大于 100μmol·L－1；（2）P2X7受体激动剂BzATP的效能比ATP至少多10倍，激活P2X7受体的选择性大于P2X、P2X4和P2Y11受体亚型；（3）ATP的效应通过减少细胞外二价阳离子浓度而加强；（4）离子电流在通道关闭时间发生剧变，在激动剂重复应用后电流幅度加大，表现为P2X7受体的非脱敏状态。

苯甲酰苯甲酸ATP（BzATP）为P2X7受体选择性激动剂，作用于人类P2X7受体，产生的离子内流效价为大鼠和小鼠的10倍以上［4］；同时体外荧光成像实验测定发现，BzATP诱导人类YO-PRO的吸收效率是大鼠和小鼠的10－100倍。ATP为鼠源性P2X7受体部分激动剂，作用于人类P2X7受体的活力不到 BzATP的1/10［4］。

P2X7受体拮抗剂可分为6大种类。第1种为二价阳离子，如钙离子、镁离子、锌离子、铜离子、还包括一价的氢离子。这些阳离子抑制ATP诱导的P2X7受体的激活，体外IC50值（μmol·L－1）分别为 2 900、500、11、0.5、0.4。第 2种为常用的P2R拮抗剂，比如磷酸吡哆醛（PPADS）和苏拉明，相比于其他P2受体而言，对P2X7受体的效能和选择性更低。P2X7受体拮抗剂对P2X7受体具有中等选择性，产生低（oxATP）或高（亮蓝 G，BBG）的效能。例如，10 nmol·L－1和200 nmol·L－1BBG分别对大鼠和人类P2X7产生阻断作用。第3种为大型有机阳离子卡米达佐和KN-62。卡米达佐（10 nmol·L－1）以可逆的和电压非依赖性方式阻碍rP2X7R电流，但对hP2X7R的激活的效能较低。哌嗪衍生物拮抗剂KN-62能阻断钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaM kinaseⅡ），分别用纳摩尔和微摩尔范围KN-62处理表达hP2X7R和mP2X7R细胞，其离子电流被抑制，但对rP2X7R的影响不大。第4种为天然产物衍生出来的复合物，如白屈菜红碱和矿物油能抑制P2X7R功能，大黄素能降低巨噬细胞和表达rP2X7R HEK-293细胞中P2X7R的活性。研究证实，秋水仙碱抑制P2X7R诱导孔隙形成，但不影响P2X7R阳离子的功能［5］。这种抑制作用可能与阳离子型P2X7R扩张损伤导致的微管阻塞或其它可能机制有关，也可能是与P2X7孔隙形成有关的P2X7受体C末端运动被限制［6－7］。第5种为单克隆抗体，能阻断P2X7R不同的区域，并且阻止电流和染料的渗透性。第6种为新合成的各种结构和化学构象类型分子。例如，雅培公司开发的氰基胍衍生物A-740003，纳摩尔浓度A-740003能抑制大鼠和人P2X7受体的功能，并且人THP-1细胞中离子通道和孔隙的功能也被抑制。此外，A-740003还抑制机械性痛觉过敏和热痛觉过敏大鼠模型的行为反应。A-438079为二代氰基胍衍生物，比A-740003对hP2X7R和rP2X7R的抑制作用具有更好的效力和选择性，而对mP2X7R的作用选择性不强。而竞争性的氨基喹啉衍生抑制剂A804598，比 A-740003或 A-438079对人类、大鼠和小鼠P2X7R具有更大的效力和选择性。阿斯利康实验室开发的选择性和强有效的环状酰亚胺AZ11645373能低于纳摩尔浓度抑制hP2X7R。电生理学实验研究发现，在阳离子通道和孔隙活化条件下，P2X7R拮抗剂AZ10606120分别以低微摩尔和纳摩尔浓度减少人类和大鼠BzATP所引起的离子电流。AZ11645373是一种有选择性和强有效的（IC505-10纳摩尔）的变构hP2X7R拮抗剂，具有物种选择性，对rP2X7R无影响。葛兰素史克公司研发的金刚烷衍生物GSK314181A，分别以中等纳摩尔浓度和微摩尔浓度抑制hP2X7R和rP2X7R的功能，可减少角叉菜胶诱导的急性疼痛及竞争性抑制人THP-1细胞中P2X7相关的孔道形成和IL-1β的释放。大多数新的P2X7R拮抗剂对P2X7R缺乏选择性，对人体表现出低药代动力学活性，研究者已尝试开发新的天然或分子合成的P2X7R拮抗剂［8］。

3 P2X7 R在炎症中的作用

在炎症反应过程中，ATP及其相关胞外核苷酸通过激活存在于细胞表面上P2嘌呤能受体而产生各种各样的病理生理学反应。嘌呤能信号通过激活钙动员、肌动蛋白聚合、趋化作用、介质释放、细胞成熟、细胞毒性和细胞死亡等不同途径而发挥病理生理学作用［9］。来自单核细胞或巨噬细胞的促炎细胞因子IL-1β的释放与P2X7R活性密切相关。高浓度的和（或）长时间暴露于ATP引起P2X7受体激活后，大电导通道被开放，从而导致包括细胞内钾离子外流等膜电位的动态变化，从而引起炎性复合物的聚集，在NOD样受体蛋白（NLRP3）作用下，前细胞凋亡蛋白酶-1变成成熟细胞凋亡蛋白酶-1。细胞凋亡蛋白酶1在IL-1β前体形成成熟IL-1β的裂解中起着关键的作用，对一氧化氮合酶（NOS）、环氧合酶-2和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的激活起主要作用。P2X7R激活与 IL-1α、IL-2、IL-4、IL-6、IL-13、IL-18、TNF-α等其它细胞因子以及一氧化氮（nitric oxide，NO）和超氧自由基等炎症介质的释放与激活密切相关。磷脂酶D（PLD）、核因子-κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）等其它信号通路也与P2X7R的激活密切相关。研究表明，P2X7R通过IL-1β、其它细胞因子和炎性介质的释放而产生促炎效应［10］。

炎症过程中细胞内ATP的大量释放增加嘌呤信号的旁分泌，从而激活P2X7受体，在体内为凋亡细胞发挥自我清除作用。P2X7R的激活促进大电导通道的形成，从而导致细胞凋亡，同时产生大量活性氧（ROS）。ROS在C-Jun氨基端激酶（JNK1和JNK）的激活中充当重要的介质，并与核苷酸受体介导的p38相互作用。活性氧的形成导致NF-κB、蛋白激酶、细胞外信号调节激酶（ERK1/ERK2）、p38、JNK1/JNK2的活化和炎性复合物的聚集。此外，P2X7受体的 C端结构域被认为是P2X7受体相关的孔道形成的一个关键信号位点，而这些通路的调节和表达是就是通过P2X7受体的 C端结构域所介导。研究发现，体外秋水仙碱处理可抑制P2X7R孔隙形成［5］。用 LPS和 ATP处理能诱导小鼠体内 ROS、NO、干扰素-γ和IL-1β的产生，并且秋水仙碱处理可抑制这种反应［5］。P2X7受体中Glu496Ala功能缺失的多态能减少孔隙形成、细胞因子释放和细胞毒作用［11］。因为这种多态并不影响内在低电导阳离子通道的活性，而孔隙形成与促炎细胞因子的释放和细胞死亡相关。这些结果表明，P2X7R孔隙形成和细胞因子的释放间存在着潜在的依赖关系。此外，低选择性或低药代动力学和药效学活性的动物模中研究显示了孔隙形成和P2X7受体功能之间的关系［8－9］。

类风湿关节炎是一种慢性炎症，P2X7受体在炎性疾病类风湿关节炎中的适用靶点，成为全球关注的热点。通过测定类风湿关节炎患者滑膜液中ATP的浓度，证实嘌呤受体随着胞外核苷酸或核苷的增加而过度激活。如前所述，P2X7R的激活触发IL-6、IL-18、TNF-α等炎性细胞因子的产生和释放，从而诱导和维持炎症过程。滑液中IL-1β的释放主要与巨噬细胞有关，这种细胞因子的释放可促进淋巴细胞浸润，导致滑膜增生和抑制软骨合成［12］。在动物模型中，类风湿关节炎是通过 P2X7R激活所介导［12］，His155Tyr（489C＞T）单核苷酸多态P2RX7导致关节炎患者的免疫细胞功能增强［13］。与此相反，P2X7R拮抗剂在类风湿关节炎患者的临床前和临床试验阶段未能抑制疾病的进展［14］。这种低效的P2X7R拮抗剂活性需要新化合物的开发或改善现有分子的药代动力学或药效学。

4 P2X7受体在疼痛疾病中的作用

许多集中在嘌呤和嘧啶分子作为神经传递的研究已经证明，嘌呤能受体在神经系统及疾病中发挥重要作用［2，15］。P2X7R的激活可促进炎症和细胞死亡而参与疼痛过程，但是P2X7受体如何参与脊髓中的调节或P2X7受体是否存在于小胶质细胞外仍不清楚［16］。此外，P2X7受体等离子型嘌呤能受体的激活能引起细胞内重要的第二信使钙离子浓度增加；钙调节表达P2X7受体的神经胶质细胞的神经元兴奋性［17］。因此，调制疼痛相关的刺激有助于炎症和神经病理性疼痛，表明P2X7受体在炎性痛和神经病理性疼痛中发挥重要功能和神经保护作用，成为疼痛治疗的药物作用新靶点。

4．1 P2X7受体与炎性痛福尔马林、完全弗氏佐剂（CFA）、角叉菜胶是最常用的炎性物质，它们能引起免疫系统的敏化或激活而产生致痛分子（免疫介质）［18］。P2X7受体除了参与慢性和神经病理性疼痛外，Itoh等［19］研究表明，P2X7受体阻滞剂BBG和oxATP能减轻瞬时感受器电位锚蛋白1受体激动剂芥子油诱导的炎性痛。此外，选择性和高效能的P2X7受体激动剂BzATP能激活延髓背角痛觉神经元，而且比ATP强3倍。然而，并非芥末油引起的急性疼痛实验的所有变化都会被这两个P2X7受体拮抗剂阻断，这些暗示了其它P2受体也参与此过程。研究结果已表明，P2X7受体阻滞剂BBG和oxATP与小胶质细胞阻断剂米诺环素有类似的效果，在慢性疼痛中具有神经保护行为和减少小胶质细胞的激活反应。

关节炎疼痛为关节炎的临床表现之一，炎症与P2X7受体的激活密切相关。P2X7受体拮抗剂（oxATP），可促进患有关节炎Wistar大鼠爪疼痛的缓解，给予CFA后，能减少炎性爪的水肿。外周神经细胞损伤，通过释放一些致痛物质，如激活表达P2X7受体的小胶质细胞的ATP，而调节痛觉通路。随着P2X7受体的激活，IL-1β等促炎细胞因子释放、过氧化氢等超氧自由基被产生，从而维持疼痛。炎症复合物聚集在脂多糖诱导的单核细胞来源的细胞炎症中是必须的，能促进IL-1β的释放。P2X7受体与PGE2的释放与存在着密切的关系，通过MAPK激活来维持慢性炎症反应［9］。一旦结合位点被阻断，oxATP能抑制P2X7受体活动，从而损害细胞因子的释放。

P2X7受体能介导某些细胞因子的激活，在免疫反应中起到了重要作用。因此，P2X7受体拮抗分子的抑制作用在一些自身免疫性疾病的治疗中可能是有用的，或通过抑制慢性炎症反应而产生退行性改变，如关节炎软骨破坏［9］。此外，阿尔采末病的神经保护作用与P2X7受体的阻断密切相关。事实上，P2X7受体能诱导IL-1β的释放和P2Y2的上调，在中枢神经系统中发挥神经保护作用［20］。总而言之，这些研究结果为这种受体的拮抗作用有关的保护途径提供了证据。

4．2 P2X7受体与神经病理性疼痛国际疼痛研究协会定义神经病理性疼痛是由躯体感觉神经系统的损伤和疾病而直接造成的疼痛［21］。P2X7R介导的神经病理性疼痛，被认为是由于脊髓丘脑束伤害性途径的异常激活而引起。P2X7受体拮抗剂A-740003，被认定为是与神经病理性疼痛密切相关的一个重要组成部分。动物实验研究发现，A-740003处理后，坐骨神经慢性压迫性损伤和长春新碱引起的神经病理性反应得到缓解。此外，A-740003除了在体外抑制通道特性（如细胞内钙离子浓度的变化、IL-1β的释放、孔隙扩大等），在体内也能抑制触诱发痛。P2X7受体拮抗剂A-438079也产生类似的结果，在慢性压迫性损伤、脊神经结扎和长春新碱引起的神经病变等3种神经病理性疼痛实验中均能阻断触诱发痛。在非神经细胞中，A-438079也能影响IL-1β的释放，表明P2X7受体在神经－炎症过程中发挥关键作用。早期研究表明，P2X7受体缺失，机械或热刺激所引起的炎性和神经病理性疼痛将不会产生。在这种情况下，IL-1β的释放也受到损害，表明P2X7在这些病理过程中起到功能性作用。同时还发现，在人类背根神经节和神经病理性疼痛患者受损神经中P2X7受体的表达上调。

Zhang等观察到在大鼠背根神经节神经元中没有抗P2X7受体免疫反应性，而这种受体却表达于非神经细胞中。这些作者进行电生理研究，把DRG神经元暴露于100μmol·L－1的BzATP中，呈现出了 P2X3受体（P2X3R）的快速表达和脱敏瞬时电流，并能被P2X3受体选择性拮抗剂A-317491抑制。此结果表明P2X3受体为神经元中主要的嘌呤能受体；而在非神经元细胞中，A-317491无法抑制BzATP的活性。研究表明，小鼠和人类的机械性痛觉过敏以及人类慢性疼痛与P2X7受体诱导的空隙形成在功能上密切相关［22］。因此，P2X7受体孔隙形成可作为治疗一些慢性疼痛的病变的新策略

5 P2X7受体作为新的药物作用靶点

使用 P2X7受体缺失小鼠模型，Barberà-Cremades等［23］观察到由LPS或IL-1β诱发的热反应降低，表明P2X7受体除了促进疼痛和炎症外，也诱发慢性炎症疾病。P2X7受体过度激活刺激细胞骨架的重组，从而引起膜孔隙的开放，最终导致免疫细胞的死亡。临床前期研究表明，P2X7受体拮抗剂可用于治疗组织炎症或局部炎症的疾病，如慢性肺部疾病、肾小球肾炎、类风湿关节炎、炎性肠疾病、中风、脑外伤、肌萎缩性侧索硬化症、多发性硬化症和疼痛障碍。因此，P2X7受体已成为一些制药公司的药物靶点。P2X7受体激动剂作用于高水平表达P2X7受体肿瘤细胞，有助于亲水性化疗药物的通过，成为其应用的一个潜在靶点。近期研究结果表明，ATP和亲水化疗药物能通过协同作用而诱导表达P2X7受体肿瘤细胞的死亡。P2X7受体诱导细胞凋亡成为在癌症治疗中一个有前途的药物作用靶点［24］。结核病（TB）为兼性细胞内病原体结核分枝杆菌（MTB）引起的慢性传染性疾病，ATP激动剂对其具有一定的治疗潜力。巨噬细胞为胞内分枝杆菌复制的主要宿主细胞，同时也能调节这种病菌的生长和生存能力。大量研究表明，P2X7受体激活可诱导受感染巨噬细胞的细胞凋亡和自我吞噬作用，从而导致分支杆菌死亡。此外，一些基因多态性也与不同种群的结核病密切相关。因此，ATP受体激动剂可与常用抗生素合用而用于结核病的治疗［7，25］。

6 前景与展望

炎症性疾病使得全球许多人遭受折磨，目前对这些疾病的治疗也带来了不良作用。试图为炎性和疼痛性疾病的治疗开发新的治疗方法和药物，对病人产生更少的不良影响，成为目前急需解决的课题。P2X7受体参与在炎症和疼痛的发展中扮演重要角色的前炎性细胞因子的释放，成为炎症性疾病的治疗新靶点。因此，调节与P2X7受体活化相关的生理功能而充当拮抗剂作用的分子，可用来开发一类新的抗炎药物，同时具有广阔的临床应用前景。

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