A2A受体在中枢神经系统疾病中的研究进展

陈磊，李正迁，郭向阳

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100191)

中枢神经系统(central nervous system，CNS)退行性疾病的发病率在老年人中呈上升趋势，严重影响患者的生活质量，给患者及社会带来极大负担。CNS退行性疾病具有相同或相似的发病机制，包括能量代谢紊乱、炎症反应以及异常蛋白质聚集等[1]。腺苷是一种分子式为C10H13N5O4的内源性嘌呤核苷，存在于每一个细胞中，其核苷中包含一个与核糖结合的腺苷分子[2]。腺苷作为能量代谢中重要的中间产物，在人体各系统中均发挥重要的调控作用，包括调节睡眠、学习、免疫功能以及神经保护等生理活动[3]。此外，腺苷还被应用于多种关键治疗措施中，包括治疗心律不齐、调节CNS活性及抑制癫痫发作等[4]。腺苷依赖细胞表面分布的腺苷受体调节生理活动，腺苷2A(adenosine 2A，A2A)受体是数量较多的一种腺苷受体亚型，在CNS中分布广泛且与腺苷的结合能力较强。有研究表明，药理学阻断A2A受体可促使帕金森病(Parkinson′s disease，PD)小鼠活化状态的小胶质细胞向静息态转变，起到抑制炎症反应、改善PD症状的作用[5]。此外，A2A受体在其他CNS疾病中的作用同样受到广泛关注。现就A2A受体在CNS疾病中的研究进展予以综述。

1 CNS中的腺苷及A2A受体

1.1CNS中的腺苷 1929年，Drury和Szent-Györgyi[6]进行了关于腺苷的早期研究，确定了腺苷与心脏功能和能量代谢之间的联系。随后，腺苷的作用逐渐受到关注[7]。腺苷存在于所有哺乳动物体内[8]，主要由神经末梢[9]和胶质细胞[10]释放，同时也可经ATP、ADP、AMP在5-核苷酸酶作用下生成，分布在细胞内外[11]。此外，细胞外腺苷也可由胞内腺苷通过细胞膜上核苷转运蛋白转运而来。腺苷主要通过两种途径代谢：①在腺苷脱氨酶的作用下转变成肌苷，然后再通过核苷酶产生次黄嘌呤和次黄嘌呤核苷酸，最后转变成尿酸，尿酸是嘌呤衍生物在人类新陈代谢过程中的最终产物[12]；②大多数腺苷通过双向平衡转运体进入细胞，而腺苷激酶仅存在于星形胶质细胞中，腺苷通过中心细胞的磷酸化产生AMP，然后经腺苷激酶转换成ATP，完成腺苷的循环，这也是腺苷代谢的主要途径，由于腺苷主要在细胞内代谢，因此细胞外腺苷需要通过上述途径进入细胞内完成代谢过程[11]。

在CNS中，腺苷不仅能够调节神经元兴奋性、突触可塑性及神经元变性，还能够影响星形胶质细胞及小胶质细胞的活性[8]。生理状态下，腺苷的浓度维持在较低水平(1～2 μmol/L)，由于其具有快速生成和代谢的特点，因此在CNS发生损害(痉挛、缺氧、缺血等)时，细胞外腺苷的浓度迅速升高至100～1 000 μmol/L[13]。腺苷浓度迅速升高是多种因素作用的结果，包括由细胞内释放的ATP生成以及由腺苷在细胞内通过转运体直接释放[14]。然而，由于腺苷的半衰期<10 s，因此其防止病理状态进一步发展的作用有限。

1.2CNS中的A2A受体 腺苷的许多生物学功能是通过结合其相关受体完成，主要包括A1受体、A2A受体、A2B受体和A3受体四种G蛋白偶联受体[15]，其中A1受体和A3受体属于Gi家族，A2A受体和A2B受体属于Gs家族。在生理状态下，腺苷主要与高亲和力的A1受体和A2A受体结合，但当一些病理状态(缺氧、癫痫等)发生时，腺苷也可通过刺激低亲和力的A2B受体和A3受体而发挥作用[16]。A2A受体作为一个药物靶点在众多领域发挥作用，包括肿瘤、炎症、神经系统退行性变及心血管系统疾病等[17-19]。研究表明，A2A受体基因结构在小鼠、大鼠及人类中均高度保守，其蛋白结构由410个氨基酸构成，且这些氨基酸序列在哺乳动物中高度同源[20-21]。因此，通过动物实验研究A2A受体的生物学功能具有重要意义。在CNS中，A2A受体主要分布于多巴胺富集的区域，包括纹状体、伏隔核、苍白球及嗅球，同时在海马、皮质、下丘脑及杏仁核中也有分布[11,22]。此外有研究发现，A2A受体在脉络丛上皮细胞(choroid plexus epithelial cells，CPECs)中也有表达[23-24]。有研究表明，当A2A受体被激活时，其可与外周组织中的Gs蛋白或大脑中的高尔夫蛋白结合，从而激活蛋白激酶A，然后再通过环腺苷酸-蛋白激酶A通路影响核因子κB，从而调控基因表达[25]。

2 A2A受体在CNS退行性疾病中的作用及机制

CNS退行性疾病是由慢性进行性中枢神经组织退变所致的神经系统疾病，主要包括阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、PD、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症和亨廷顿病(Huntington′s disease,HD)等[26]。CNS退行性疾病主要表现为神经元兴奋性增强、广泛的认知及精神方面症状等，且AD、PD、HD等CNS退行性疾病具有相似的发病机制，包括神经元突触功能紊乱、脑内屏障功能障碍、胶质细胞激活诱发炎症反应等[27]。虽然关于神经退行性疾病机制的假说很多，但腺苷和A2A受体的作用不容忽视。

2.1A2A受体与AD AD是一种常见的老年慢性进行性CNS退行性疾病，以β淀粉样蛋白沉积、神经原纤维缠结和神经元死亡为病理特征[11]。已有研究显示，随着AD病理进程的发展，腺苷受体表达紊乱，包括A1受体表达减少和A2A受体表达增加[28]，因此推测腺苷受体在AD发病机制中起重要作用。咖啡因(因存在于咖啡中而得名)具有复杂的药理作用，但其在脑内的功能主要为拮抗腺苷受体，尤其是A2A受体[29]。研究发现，经常适量饮用咖啡可降低衰老相关记忆障碍的发生率和患AD的风险[30-31]。此外，在AD动物模型[32]和AD患者[33]中均发现，咖啡因可改善认知功能障碍，但咖啡因通过A2A受体发挥作用的具体机制仍需进一步研究。

AD患者的记忆缺失与脑内突触功能的缺失密切相关，尤其是海马区[34]；同时，A2A受体大量表达于海马神经元突触上[35]，并选择性地调控突触的可塑性[36]，因此推测A2A受体可能通过影响突触可塑性在AD中发挥作用。Pagnussat等[37]研究发现，A2A受体异常激活可导致小鼠的记忆损伤，而A2A受体选择性拮抗剂SCH58261可阻止此现象的发生。Silva等[38]研究显示，在AD早期使用A2A受体拮抗剂可修复小鼠突触和记忆损伤。通过对其他不同AD模型(如双转基因AD模型)小鼠进行研究发现，A2A受体拮抗剂可恢复突触长时程增强并改善小鼠的记忆力[39]。此外，一项基于轻度认知功能障碍和AD患者的基因关联分析发现，A2A受体表达量与海马体积呈负相关[40]。以上研究表明，A2A受体拮抗剂在AD发病中的重要作用可能通过抑制炎症反应及恢复突触功能实现，A2A受体有可能成为AD治疗的潜在靶点。

2.2A2A受体与PD PD是一种常见的CNS退行性疾病，也是最常见于中老年人的锥体外系疾病，临床主要表现为运动障碍并可伴随情绪紊乱和认知障碍[41]。PD的主要病理改变为中脑黑质中多巴胺能神经元的退化与死亡，导致纹状体中多巴胺含量降低以及路易小体在黑质残存神经元胞质中的沉积[42]，即黑质-纹状体多巴胺能通路变性。多巴胺分布的基底节包含直接和间接两条通路，交汇于苍白球和黑质，控制运动的平稳运行。其中，直接通路的兴奋性-氨基丁酸强啡肽能输出神经元主要表达D1受体，间接通路的抑制性-氨基丁酸脑啡肽能输出神经元主要表达D2受体[11]。A2A受体与D2受体以异质二聚体的形式共表达[43]，腺苷则通过调控纹状体和苍白球中的A2A受体影响间接通路[11]。

许多研究已经阐述了A2A受体在PD中的关键作用[44-46]，而直接与间接通路中黑质致密部多巴胺能输入的平衡是维持肌体运动的关键，但在PD中，黑质中多巴胺神经元的缺失导致平衡失调，间接通路的过度激活导致相关症状的出现。在不同的啮齿类和灵长类PD动物模型中，阻断A2A受体均可显著提高PD实验动物的运动功能[47]。一项涉及9个独立研究共152只动物的荟萃分析显示，A2A受体拮抗剂能够减轻左旋多巴治疗引起的运动障碍[48]，同时减少α-突触核蛋白的聚集和毒性[49-50]。临床试验显示，A2A受体拮抗剂伊曲茶碱与低剂量左旋多巴共同使用可减少PD患者的关闭期，提高运动能力，同时不会加重运动障碍[51-52]。其他A2A受体拮抗剂(Tozadenant和Preladenant)也可改善左旋多巴治疗患者的关闭期和运动障碍[53]。此外，A2A受体拮抗剂还可减轻PD患者的其他非运动症状。有研究显示，A2A受体拮抗剂可通过增加PD猕猴模型前额叶皮质中的多巴胺含量减轻其认知功能损害[54-55]。A2A受体拮抗剂伊曲茶碱不仅能改善PD大鼠运动障碍，还能够减轻其抑郁样症状[56]。因此，A2A受体拮抗剂在治疗PD患者运动障碍以及其他非运动症状中均发挥重要作用，是PD治疗的关键靶点。

2.3A2A受体与HD HD是一种遗传性CNS退行性疾病，由编码亨廷顿蛋白的IT15基因突变引起，以运动障碍、精神症状、认知障碍和早逝为主要特征，目前尚无有效的手段控制HD患者症状，更无法治愈[57]。有学者发现，丰富的A2A受体表达于HD中几乎退化的神经元上(如构成纹状体苍白球通路的纹状体中等多棘神经元)[58]，提示A2A受体可能在HD的发病机制中发挥重要作用。

在关于HD发病机制的研究中，A2A受体逐渐受到关注，但A2A受体激活与失活在其中发挥的作用仍存在争议。有研究发现，在神经毒素3-硝基丙酸诱导的HD大鼠和体外模型中，A2A受体过表达具有明显的保护作用[59]。此外，Chou等[60]研究发现，A2A受体激动剂CGS21680可减少HD转基因(R6/2)小鼠模型AMP活化蛋白激酶的激活，提高血糖水平，治疗HD。而Fink等[61]发现，无论基因敲除A2A受体或药理学失活A2A受体均可减轻神经毒素3-硝基丙酸诱发的纹状体损伤，在HD中发挥保护作用。在转基因小鼠模型中，基因敲除A2A受体或药理学失活A2A受体均能够缓解工作记忆减退[62]，减轻毒性损伤，但对运动障碍无影响[63]。在转基因小鼠(R6/2)模型中，敲除或失活A2A受体均能够减轻HD患者的认知功能障碍[64]。综上可知，虽然A2A受体激活与失活在HD中的保护作用存在争议，但A2A受体在HD中发挥作用已基本达成共识，其具体作用机制有待进一步探讨。

3 A2A受体调控屏障功能在CNS中的作用

大脑是人体的指挥控制中心，控制着人体内各种系统功能，包括循环系统、呼吸系统、运动系统、代谢功能、肾脏和胃肠道排泄、自主神经系统等，因此大脑内环境的稳定是各系统功能正常运转的前提[65]。血与CNS之间的物理屏障主要包括血脑屏障(blood brain barrier，BBB)、血-脑脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier，BCB)和血脑膜屏障，三者共同维持CNS的稳态[66-67]。其中BBB和BCB不仅是天然屏障，还可表达多种转运体、酶以及受体的组织，在CNS中具有重要作用。

3.1A2A受体与BBB BBB是一种动态、高度选择性的屏障，主要由内皮细胞构成，还包括周细胞和星形胶质细胞，通过细胞间的紧密连接在中枢与外周间形成天然屏障[67]，屏障结构与功能的完整性是发挥保护CNS作用的前提。A2A受体作为一种在脑内各区域均有分布的受体，其调控BBB的功能已被广泛报道[68]。虽然A2A受体调控BBB的作用已被证实，但其作用机制仍存在争议。在颅内转移瘤小鼠模型中，A2A受体激动剂可通过基质细胞衍生因子1/CXC趋化因子受体4信号通路，维护BBB的结构与功能，从而抑制小鼠颅内肿瘤的转移[69]。A2A受体激动剂保护BBB的作用在实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠模型中也得到验证[70]。以上研究表明，A2A受体激动剂可维持BBB的完整性。在原代人脑微血管内皮细胞构建的BBB体外模型中，A2A受体激动剂可降低紧密连接蛋白5和血管内皮细胞钙黏蛋白的表达量，从而增加BBB的通透性[71]。在睡眠剥夺小鼠模型中BBB结构与功能损伤，而A2A受体拮抗剂SCH58261能够上调BBB中紧密连接蛋白和黏附连接蛋白的表达，改善BBB功能，发挥保护作用[72]。提示拮抗A2A受体可逆转CNS疾病小鼠的BBB功能紊乱，发挥保护作用。在其他模型中，A2A受体拮抗剂的保护作用也被广泛报道。如Zhou等[73]研究发现，在实验性脑卒中模型中，A2A受体的表达增加，A2A受体拮抗剂KW6002可降低BBB通透性，减轻脑损伤。在胰岛素抵抗小鼠模型中，A2A受体激活在损伤小鼠BBB完整性的同时，还可诱发小鼠认知功能障碍，而应用A2A受体拮抗剂或敲除A2A受体可保护BBB，改善小鼠认知功能[74]。A2A受体拮抗剂保护BBB的作用可能与模型及药物使用剂量相关，但需进一步研究。

另外，通过调节A2A受体活性增加BBB通透性，提高药物从外周向中枢的传递效率也逐渐受到关注。脑的光学成像依赖于能够透过BBB的荧光染料和试剂，使用A2A受体拮抗剂瑞加德松可显著提高BBB通透性，加强脑内的荧光信号，更有利于成像[75]。在药物治疗方面，作为A2A受体激动剂，瑞加德松注射剂Lexiscan可显著增加BBB通透性，提高相关药物进入CNS的效率及剂量[76]。

3.2A2A受体与BCB BCB与BBB具有相似性，但也有其特殊结构[66]。BCB主要由靠近脑室的CPECs、中间有窗孔的内皮细胞和周细胞以及周围包绕的疏松结缔组织等构成。与BBB相似，BCB的物理屏障功能主要依靠CPECs紧密连接维持，且CPECs表面的微绒毛还具有分泌脑脊液的重要作用[77-78]。BCB在CNS中的作用逐渐受到关注，但目前关于A2A受体调控BCB的研究相对较少。在EAE小鼠模型中，CPECs上表达丰富的A2A受体，而应用A2A受体拮抗剂SCH58261可减少淋巴细胞向CNS迁移，阻止野生型小鼠发展为EAE[79]；药理学激活A2A受体可增加脉络从中CX3C趋化因子配体1的表达，促进淋巴细胞进入CNS，而A2A受体拮抗剂可阻止EAE的发展，起到保护作用[80]。因此，在关注A2A受体拮抗剂改善BBB功能的同时，还应注意A2A受体拮抗剂调控BCB在其中发挥的重要作用。

4 小 结

腺苷是脑内能量代谢的重要中间产物，而A2A受体作为腺苷受体的一个亚型，在CNS疾病中的研究也越来越多，所涉及的内容不仅仅局限于调控炎症以及屏障功能等方面。虽然A2A受体在CNS中具有重要作用，但关于其作用机制的研究仍存在一定争议。A2A受体在脑内广泛分布，且存在于多种细胞膜表面。同一CNS疾病可能由多个脑区共同参与，故未来的研究应更多地关注A2A受体在脑内核团及特定细胞类型中的作用。此外，A2A受体是CNS疾病治疗的重要靶点，通过对A2A受体在CNS疾病中作用的深入研究，可以为临床治疗提供新思路。