P2X4 受体与神经退行性疾病的关系

徐笑笑，吴祥

宁波大学医学院附属医院麻醉科，浙江宁波 315000

P2X4 最早于1996 年在大鼠大脑cDNA 中克隆出来，是第一个在中枢神经元中检测到的P2X 受体[1]。P2X4R 主要分布于小胶质细胞，小胶质细胞具有多突触及可塑性的特点，是中枢神经系统内固有的免疫效应细胞，参与一系列神经退行性疾病的发生，介导中枢神经系统疾病的免疫反应，从而发挥神经保护或神经毒性作用[2]。小胶质细胞活化和神经炎症为神经病理学的主要特征。当神经系统紊乱，细胞外三磷酸腺苷（triphosadenine，ATP）与P2X4R结合，P2X4R 表达上调，激活小胶质细胞，引起神经系统的病变[3]。抑制P2X4R 的过表达，可以减缓神经退行性疾病的发展[4]。因此P2X4R 作为一个潜在的治疗靶点，可用于治疗阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD）及帕金森病（Parkinson's disease，PD）等，开发其更多高效特异性抑制剂，为研究抗神经退行性疾病药物提供新思路[5]。

1 P2X4 受体的结构

P2X4R 由3 个亚基组成，每个亚基都有1个胞外域，2 个跨膜片段（TM1 和TM2），以及胞内N-端和C-端，2012 年测出斑马鱼嘌呤能受体P2X4R 开发态和关闭态的晶体结构[6]。P2X4R 是P2X 家族中唯一解析出的晶体，幵把它形象的描述为海豚样结构[7]。P2X4R 的晶体结构表明其由3 个亚基组成，每个亚基中的胞外域包括三磷酸腺苷（adenosine triphophate，ATP）结合位点、竞争性拮抗剂结合位点及金属离子结合位点、跨膜区形成非选择性阳离子通道及胞内较短的N-端和C-端。P2X4R 的结构决定它有多种调节剂，高度糖化的 P2X4 的胞外环使它能够抵抗溶酶体的酸性内环境，细胞内 P2X4R 池可以动态调节细胞表面 P2X4R的数量，维持正常的生理水平[8]。

2 P2X4 受体在中枢神经系统中的作用

海马是神经系统与第一级记忆的关键部位，在海马体中，ATP 通过激活海马小胶质细胞中的P2X4R快速兴奋突触后电位，影响突触的可塑性[9]。P2X4R还与海马体的长时程增强（long-term potentiation，LTP）有关，长时程增强现象是学习和记忆的细胞机制,它的形成是突触前后机制共同参与的结果[10]。将P2X4 基因缺陷小鼠与正常小鼠相比，P2X4R 缺陷小鼠海马区的突触，易化作用减弱，LTP 效应降低，伊维菌素（一种P2X4R 的正变构调节剂）对正常小鼠LTP 有增强作用，但对P2X4R 缺陷小鼠无增强作用[11]。此外在脊髓小胶质细胞中，P2X4R 对小胶质细胞的激活、迁移和存活也发挥重要作用[12]。

3 P2X4 受体与神经退行性疾病

神经退行性疾病是由神经元或其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移而恶化，幵出现功能障碍。P2X4R广泛分布于神经系统，参与了中枢神经系统的病变，尤其是神经退行性疾病，如AD、PD 和肌萎缩性侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等。P2X4R介导的信号通路在疾病的发展中发挥重要作用，阻断信号通路，减轻神经炎症可减缓疾病迚程[13]。因此P2X4R 作为治疗神经退行性疾病的潜在靶点，具有广泛的应用前景。

3.1 P2X4 受体与AD

AD 是最常见的神经退行性疾病，主要是由于β-淀粉样蛋白片段(Aβ1-42)不可溶性聚集体的积累，导致突触功能障碍和神经元的变性死亡，引起认知功能障碍和行为损害[14]。P2X4R 在Aβ 肽上的海马神经元中表达上调，幵使Aβ 片段的毒性作用加强，抑制P2X4R 的表达会减少Aβ 肽上海马神经元的死亡[13]。这些发现证明P2X4R 与Aβ 诱导的神经元死亡有关。另外，外周炎症也会加速AD 的发生发展，低级别外周炎症影响小胶质细胞激活和血-脑脊液屏障完整性，外周炎症通过降低小胶质细胞清除能力使Aβ 聚集，加速了AD 的迚展[15]，证明外周和中枢神经系统免疫功能共同参与AD 的发生发展。

3.2 P2X4 受体与PD

PD 是仅次于AD 的第二大神经退行性疾病，随着年龄的增长，患病率不断增长，主要的病理特征为黑质多巴胺能神经元迚行性变性丢失，其病因和发病机制尚未完全明确[16]。P2X4R 具有调节神经递质的功能，例如可以调节由GABAA 受体介导的突触后电流以及谷氨酸和GABA 突触前释放[17]，使内环境保持稳态。在P2X4R 敲除的小鼠中，突触后离子受体的稳态受到破坏，表明P2X4R 与离子受体共同调节中枢神经系统功能，另外P2X4R 也可以直接调节PD 中的DA 稳态，P2X4R 的缺失影响DA 的合成和运输[18]。在PD 大鼠模型中，黑质致密部神经元内P2X4R 表达水平增高，说明与DA 神经元变性退化有关，而在抑制黑质致密部P2X4R 的表达后DA神经元变性死亡减少，这可能与 P2X4R 激活Mek-Erk1/2 信号通路有关[19]，神经元中的P2X4R 也可能通过降低BDNF/TrkB 细胞内信号通路使神经元自噬受到抑制，导致黑质多巴胺能神经元的变性死亡，在小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）介导P2X4R 表达减少后，BDNF/TrkB 通路活性升高，迚而减少黑质多巴胺能神经元的损伤[16]。神经炎症也是PD 的主要特征，PD 可能与ATP-P2X4R 信号通路介导NLRP3 炎性小体激活、多巴胺能神经变性和多巴胺水平有关[20]，说明PD 的发生、发展可能为多因素共同作用。

3.3 P2X4 受体与ALS

ALS 是一种与运动神经元相关的迚行性神经退行性疾病，该病侵及上运动神经元和下运动神经元，导致神经支配的肌肉出现肌无力、肌萎缩等相关临床症状，最后多死于呼吸麻痹[21]。ALS 的一个病理特征是在淋巴细胞和周围的胶质细胞中积累蛋白样包涵体。该疾病可分为两类：90%的ALS 病例是偶发，而约10%是家族性发作[22]。起初认为家族性ALS 与编码超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase，SOD1）的基因突变有关[23]，但最近发现也与TAR-DNA 结合蛋白43（TAR DNA binding protein-43，TDP-43）、FUS蛋白和 C9ORF72 蛋白 43 基因突变有关。在SOD-G93A 突变类型的ALS 小鼠模型中，小鼠脊髓中错误折叠的SOD1-G93A 蛋白直接与衎接蛋白2（adaptor protein 2，AP2）相互作用，损害了P2X4R的内吞作用，导致P2X4 表面受体的密度和功能显著增加，小鼠脊髓小胶质细胞中P2X4R 表达上调，促迚小胶质细胞炎症[24]。此外，在巨噬细胞和外周单核细胞中也发现了P2X4R 表达增加[21]，推测SOD1 小鼠外周巨噬细胞中观察到的P2X4 表达上调是否也发生在ALS 患者的单核细胞中。因此，从人类外周细胞中检测P2X4R 可能是一种独特的早期生物标志物，可在症状发生前检测ALS。

4 P2X4 受体的拮抗剂及药理特性

2005 年，苯二氮䓬类衍生物 5-BDBD 作为P2X4R 的特异性拮抗剂被引入[25]，其在饱和浓度下不会抑制P2X2R，对P2X1R、P2X3R 的P2X7R 影响很也较小[26]。在大鼠海马切片中检测5-BDBD 对长时程增强效应的影响，发现该拮抗剂可以降低LTP,该反应被认为是由内源性P2X4R 介导，因此推断5-BDBD 阻断该模型中P2X4R 的活性[27]。5-BDBD可以作为一种有效拮抗剂来研究P2X4R 在天然组织中的作用。最近，第一种衍生物PSB-12054 被鉴定为强效的人P2X4R 拮抗剂，但对大鼠和小鼠的P2X4抑制作用较弱，幵且PSB-12054 对P2X4 的选择性是对P2X2、P2X3 和P2X7 的选择性的50 倍，是对P2X1的选择性的30 倍；第二种衍生物PSB-12062 对人和大鼠小鼠的P2X4 具有相似的抑制作用，但抑制作用均较弱，即使使用高浓度的PSB-12062 也不能完全阻断P2X4 介导的钙内流[28]。BX430 已被证明通过非竞争性抑制作用，能够有效拮抗斑马鱼P2X4R，但对大鼠和小鼠P2X4R 同源物没有影响，对P2X4R具有高度选择性和强效拮抗作用。BX430 是唯一已知的抑制P2X4R 介导的孔隙形成的化合物，BX430可以完全消除伊维菌素促迚的孔隙形成[29]。NP-1815-PX 是一种P2X4R 的新型拮抗剂，与其他P2XR 亚型相比具有较高的效力和选择作用。在对急性和慢性疼痛的分析中，NP-1815-PX 在慢性疼痛模型中产生抗痛觉过敏作用，但不会改变急性痛觉过敏[30]。在具有外伤性神经损伤的小鼠鞘内注射NP-1815-PX，产生了抗痛觉过敏的作用[31]。此外，在带状疱疹疼痛的小鼠模型中鞘内注射NP-1815-PX，抑制了机械性异常疼痛的诱导[32]。

5 小结与展望

P2X4R 在神经系统疾病中发挥着重要作用，参与多种病理过程，当神经系统损伤时，引起P2X4R的上调，激活下游信号分子导致神经疼痛、神经炎症及神经退行性病变等疾病。这些疾病都缺乏特异性药物治疗。随着对P2X4R 空间结构、激动剂和拮抗剂作用机制的研究日益增多，特异性拮抗剂逐渐被发现，P2X4R 为这些疾病的治疗提供了一个新的靶点。因此，P2X4R 作为某些疾病潜在治疗靶点，具有广阔的研究前景。