嘌呤配体P2X门控离子通道型受体7及其下游分子在痛风性关节炎中作用机制的研究进展

姜德友 李文昊 解颖 任鹏鹏 韩洁茹

摘要 目前随着痛风性关节炎的发病率逐年上升，对该病炎性反应及疼痛机制的研究越来越多，该病主要由尿酸盐沉积及ATP刺激P2X7R、Nod样受体蛋白3、NEK7表达诱导炎性反应递质成熟与分泌所致，但具体机制尚不明确。现对P2X7R、NLRP3、NEK7的国内外研究进展进行综述，以探讨GA炎性反应及疼痛的发病机制，为防治GA提供新思路与治疗靶点。

关键词  痛风性关节炎;P2X7R;Nod样受体蛋白3;NEK7;IL-1β;疼痛;尿酸钠;信号通路

Progress in the Mechanism of Purinergic Receptor P2X， Ligand-gated Ion Channel 7 and its Downstream Molecules in Gouty Arthritis

JIANG Deyou，LI Wenhao，XIE Ying，REN Pengpeng，HAN Jieru

（Heilongjiang University of Traditional Chinese Medicine，Harbin 150040，China）

Abstract At present，with the increasing incidence of gouty arthritis year by year，more and more studies have been done on the inflammatory reaction and pain mechanism of gouty arthritis.Scholars believe that the disease is mainly caused by the deposition of uric acid and ATP stimulating the expression of P2X7R，NLRP3 and NEK7 to induce the maturation and secretion of inflammatory factors，but the specific mechanism is still unclear.Therefore，this paper reviewed the research progress of P2X7R，NLRP3 and NEK7 at home and abroad，in order to explore the pathogenesis of inflammation and pain in GA，and to provide new ideas and therapeutic targets for the prevention and treatment of GA.

Keywords Gouty arthritis; P2X7R; NLRP3; NEK7; IL-1β; Pain; Sodium urate; Signaling pathway

中图分类号：R242;R593 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.08.028

痛风性关节炎（Gouty Arthritis，GA）是一种由遗传、环境和生活方式因素混合导致的严重并潜在进展的急慢性代谢性疾病[1-2]。主要因嘌呤代谢障碍、血尿酸升高及尿酸盐沉积所致，以急慢性关节炎，关节剧烈疼痛，甚则关节畸形为主要临床表现。若未及时治疗，累及肾脏，可导致尿酸性肾石病，慢性间质性肾炎，急慢性肾衰竭以及尿毒症等严重后果[3]。全球流行病学调查表明，随着经济发展，人民生活水平的提高，GA的發病率及住院率逐年上升[4-6]。因此，国内外学者对GA炎性反应及疼痛发病机制的关注越来越多，由于其机制复杂，目前仍缺乏系统认识，现将GA主要的发病机制整理归纳如下，为防治GA提供新的思路及新的治疗靶点。

国内外研究表明在GA炎性反应中，尿酸钠（Sodium Urate，MSU）沉积和ATP刺激均起到关键作用[7]。其中MSU晶体主要通过激活Toll样受体（TLR）和Nod样受体蛋白3（Nod-like Receptor Protein 3，NLRP3）的炎性体信号，触发下游炎性反应递质，如IL-1β的成熟与分泌，导致急性GA[7-9]。ATP则通过与细胞膜上嘌呤配体P2X门控离子通道型受体7（Purinergic receptor P2X， ligand-gated ion channel 7，P2X7R）结合，调控NLRP3[10]与核因子-κB[11]炎性信号通路，导致GA。此外，ATP与MSU导的NLRP3炎性小体的激活均需要NEK7，即Nima相关蛋白激酶7（Nima-related Kinase 7，NEK7）的参与。由此可知，GA炎性反应的发生离不开P2X7R、NLRP3、NEK7的作用。

1 P2X7R参与GA炎性反应的机制

P2X7R属于P2X家族中的一员，是一种由细胞外三磷酸腺苷（eATP）激活的门控离子通道。临床研究发现P2X7R rs3751142基因与GA易感性相关[12]，并且痛风患者P2X7R的表达与红细胞沉降率、IL-1β及IL-18等正相关[13]。研究亦表明，P2X7R在关节滑膜组织中参与炎性反应递质表达[14]，ATP刺激P2X7R与pannexin-1（panx-1）结合并诱导大型非选择性孔形成[15]，通过改变细胞内外离子梯度，将胞质溶胶从“高K+-低Na+-低Cl-”离子环境转变为“低K+-高Na+-高Cl-”环境，引起K+外流，激活NLRP3，进而调控半胱天冬酶-1（caspase-1）、IL-1β[16-17]及IL-18的成熟与分泌[18]，参与GA的发生。此外，P2X7R为NLRP3的上游分子，亦在树突状细胞、中性粒细胞、小胶质细胞等不同细胞中被证实[19-21]。可值得一提的是，有学者在小鼠N13小胶质细胞中，应用免疫共沉淀方法和共聚焦显微镜观察发现P2X7R在mRNA和蛋白质水平上调节NLRP3的表达，并在离散的胞质亚质膜区观察到P2X7R和NLRP3形成蛋白复合体[22]，因此在GA中，P2X7R与NLRP3关系紧密，但二者之间是否具有直接相互作用国内外尚未报道。此外，有学者发现乙醇能够通过上调P2X7R诱导NLRP3炎性小体激活，这可能为GA患者过度饮酒导致GA发作的机制提供依据[23]。

综上所述，依赖P2X7R触发的NLRP3炎性体激活的机制可能为K+流出、线粒体活性氧（ROS）产生、某些活化剂及溶酶体破裂以及二者之间的相互作用[24-25]。

2 NLRP3参与GA炎性反应的机制

NLRP3炎性小体是由NLRP3、接头蛋白ASC和效应蛋白Caspase-1组成的一种相对分子质量约为700 000的大分子多蛋白复合体[26]。在GA中，NLRP3被MSU及ATP刺激后，解除自我抑制状态，暴露NACHT结构域，发生寡聚化，NLRP3氨基端的PYD结构域招募含有PYD的ASC接头蛋白，ASC的CARD结构域招募含有CARD的pro-Caspase-1，完成炎性小体的组装[26]。为IL-1β和IL-18等炎性反应递质生成与分泌的主要炎性平台[27-30]。阻碍NALP3炎性复合体的装配或激活，可以防治GA炎性反应的的发生[31]。

3 NEK7在GA中的作用机制

NEK7属于NIMA（Never-in-Mitosis A）相关激酶家族，主要参与调节有丝分裂过程和DNA损伤反应。有学者研究认为NEK7在NLRP3炎性小体激活过程中有重要作用[32-35]，并且所有NLRP3的刺激物（包括ATP、尼日利亚菌素、MSU结晶和明矾）诱导的NLRP3炎性小体的激活均需要NEK7。NEK7是NLRP3炎性小体激活的正向调节因子。当细胞外有高浓度的K+时，NEK7和NLRP3的相互作用被抑制，表明二者之间相互作用需要K+的外流，有学者认为可能是因为细胞内K+浓度的降低引起NLRP3构象的改变，从而促进NEK7与NLRP3结合[26]，即NEK7在K+外流的下游可调控NLRP3的寡聚化、ASC斑点的形成和Caspase-1的激活[32];当NLRP3发生不依赖于K+外流的激活突变（NLRP3R258W）时，炎性小体的激活仍然需要NEK7[32]。因此，NEK7对NLRP3炎性小体激活十分重要。

由此可知，P2X7R、NLRP3与NEK7对炎性反应递质的成熟与分泌具有重要作用，是炎性反应的关键因素。其中P2X7R、NLRP3在GA炎性反应中起到关键作用，目前虽然没有NEK7参与GA炎性反应的报道，但根据NEK7参与炎性反应，推测NEK7在GA炎性反应中亦有作用。

4 P2X7R、NLRP3与NEK7在GA疼痛中的作用机制

按疼痛发作原因，可将其分为生理性疼痛和病理性疼痛。病理性疼痛主要包括炎性疼痛（Inflammatory Pain）及神经病理性疼痛（Neuropathic Pain）[36]。虽然目前GA的疼痛机制尚不明确，但由于GA主要表现是因炎性反应递质分泌刺激所致的关节局部红、肿、热、痛，因此其疼痛的产生与炎性反应递质密切相关，GA患者疼痛严重程度与血清IL-1β、IL-6、IL-8、超敏C反应蛋白（hs-CRP）正相关[37-38]，而IL-1β等炎性反应递质的成熟与分泌与P2X7R、NLRP3、NEK7密切相关[7-9，13]。因此我们推测P2X7R、NLRP3、NEK7通过调控炎性反应递质的表达，参与GA炎性疼痛的发作。

GA的疼痛机制亦与神经传感有关，陈文照等[39]推测GA疼痛的原因为外周疼痛递质K+、去钾肾上腺素（NE）、多巴胺（DA）、5-羟巴胺（5-HT）等局部致痛物质过度分泌，刺激局部感觉神经末梢所致。痛风泰颗粒可以降低滑膜组织中5-HT表达，减轻肿胀关节周径，发挥镇痛作用[40]。周敏等[41]研究亦发现痹清胶囊通过降低痛风性关节炎模型大鼠滑膜组织5-HT及K+的浓度，减少疼痛递质的释放，较好地发挥镇痛作用。5-HT及K+均是致痛因子，可通过第二信使（环核苷酸、钙离子）作用于局部和旁分泌，刺激感觉神经末梢而产生疼痛[42]。而上述离子浓度的改变与神经递质的传导，均与P2X7R、NLRP3、NEK7密切相关[15，26，32]。

此外，ATP通过激活小胶质细胞上的P2X4R、P2XR7以及P2Y12R，诱导Pannexin-1表达，参与炎性疼痛的调制过程[43-44]。Dell′Antonio等[45]发现经P2X7R抑制剂治疗后，由角叉菜胶和福氏完全佐剂引起的炎性疼痛大鼠热痛敏得以缓解，而对正常大鼠的热痛敏和运动功能无影响。反向研究表明，敲除Pannexin-1可通过干扰P2X7R-Panx1信号复合体形成，缓解啮齿类动物的关节疼痛[46-47]。并且研究亦发现P2X7R抑制剂（A-740003）通过酪氨酸羟化酶（TH）和生长相关蛋白43（GAP 43）显著降低IL-1β和神经生长因子（NGF）的生成[48]，最终减弱交感神经过度支配，达到调节疼痛的作用。

5 小结

在GA中，P2X7R激活可调控细胞膜上Pannexin-1表达及离子通道开放，引起细胞内外离子交换，进一步调控NEK7、NLRP3的表达，促进IL-1β等炎性反应递质及疼痛递质的分泌，从而引起炎性反应及疼痛。

6 讨论

张永[9]认为ATP-P2X7R-IL-1β为GA急性发作的治疗靶标，该研究结果丰富了GA的发病机制，但并未具体的对P2X7R与IL-1β的关系进行探讨，可能与NLRP3、NEK7的表达相关。资生肾气丸能调控GA大鼠NALP3-Caspase-1-IL-1β、NALP6-caspase-1-IL-1β炎性信号通路，抑制GA大鼠NALP3、NALP6、Caspase-1、IL-1β的表达[49-50]。华亮等[31]应用清热除湿通络法通过在蛋白质翻译层面下调NLRP3、Caspase-1蛋白，干扰NLRP3炎性复合体的装配或激活，发挥拮抗痛风炎性反应的作用，亦证明NLRP3在GA防治中的靶向性。由此可知，NLRP3及其上下游分子的表达在GA炎性反应及疼痛的機制研究及治疗药物相关作用靶点的研究中，具有重要意义。虽然目前并未有研究报道P2X7R及NEK7在GA中的确切作用机制，但二者与NLRP3的表达密切相关，研究证实三者具有通路型上下游调控的关系，因此可推测，P2X7R-NLRP3-NEK7信号通路在GA中具有重要作用，而应用药物对该通路进行靶向治疗，可能达到防治GA的作用。

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