P2X嘌呤受体及其调制_李之望

P2X嘌呤受体及其调制
李之望李超英(同济医科大学实验医学研究中心,武汉430030)
摘要嘌呤受体可分为P1(腺苷)和P2(AT P)受体,在后者的诸亚型中仅P2X受体
属配体门控离子通道受体超家族成员,P2Y受体及其它亚型均为G蛋白偶联受体。

本文介绍有关P2X嘌呤受体的特性、功能及其调制,包括变构性和胞内磷酸化调制。

关键词P2X嘌呤受体;神经元;变构性调制;胞内磷酸化调制
1929年Drury和Szent-Gyorgyi首次证明腺核苷酸和腺苷在细胞外作用时具有明显的生物学效应:静脉注射腺苷后可引起豚鼠心动过缓、尿分泌抑制和血管舒张等现象。

自此以后对于腺核苷酸和腺苷有关药理学和组织反应方面的报道逐渐增多。

长期以来,人们认识到三磷酸腺苷(ATP)在细胞能量代谢中起着极为重要的作用。

但多年来AT P一直只视为体内的一种储能、供能物质。

早在1953年H olton和Holton发现刺激神经时感觉末梢可释放ATP。

1972年Burnstock提出了/嘌呤能神经学说0,认定嘌呤能神经利用嘌呤核苷酸/ATP作为一种神经递质。

此后Burnstock又引入了共递质的概念,例如NA和ATP(在精索、各种血管)或ACh和ATP(在膀胱)可以共储存、共释放。

1978年Burnstock正式命名/嘌呤能受体0(/purinergic receptor0)或/嘌呤受体0(/purinoceptor0),并将其区分为P1 (腺苷)和P2(ATP)两大类[1]。

P1(腺苷)受体依据腺苷及其类似物引起组织反应的作用效力顺序和对腺苷酸环化酶(AC)是抑制还是刺激作用,进一步分为A1和A2亚型。

A1的激活抑制AC;A2的激活则是刺激AC。

A2又根据对不同组织亲和力的差异,再区分为A2a和A2b 受体。

1986年Riberio和Sebastiao证明存在A3亚型。

最近有人甚至提出有A4亚型。

本文主要就P2X受体所介导的神经元膜反应、生物学作用及其功能调制等方面进行介绍。

一、P2嘌呤受体及其分类
1985年Burnstock和Kennedy[2]根据组织反应的类型和激动剂作用效力顺序,将P2嘌呤受体区分为P2X和P2Y亚型。

前者的激活导致平滑肌器官如膀胱、血管和精索产生收缩反应,其激动剂的作用效力顺序为:A、B-MeATP>B、C-M eAT P>ATP=2-M eSATP=ADP;后者的激活引起结肠系带和血管舒张反应,激动剂的作用效力顺序则为:2MeSAT P>ATP>>A、B-M eAT P=B、C-MeATP。

以后此种分类标准被扩展和应用到其他平滑肌及神经细胞包括外周神经节和中枢神经细胞。

上述分类是基于组织器官多细胞标本实验资料所得,后来发现在很多组织中ATP和2-MeSAT P能迅速地被胞外核苷酸酶所破坏,而此酶对A、B-MeATP无作用。

如果此酶的降解作用能加以防止,则2-M eSATP和AT P较之A、B-MeATP对P2X嘌呤受体的作用反而要强得多。

因此,新的、经过修正的P2X受体激动剂作用效力顺序应为:2-M eSATP>AT P>A、B-M eATP(Kennedy和Leff.1995)。

1986年Gordon从P2嘌呤受体中分出P2T(血小板ADP受体)和P2Z(肥大细胞和巨噬细胞对ATP4反应的受体)。

以后又发现了一种对U TP反应的/核苷0或/嘧啶0受体称之为P2U 受体。

与此同时,还发现一种对AP4A(四磷酸二腺苷)反应的受体,称为P2D受体。

目前已知P2X 受体属配体门控离子通道(ligand -gated ion -channel)受体超家族外,其余的均为G 蛋白偶联受体。

1996年Surprenant 等报道:P2Z 受体与在人胚肾(H EK)细胞表达的P2X7受体的特性一致,即具有双重功能:受体激活后既可对小的阳离子非选择性地通透,以实现快突触传递,也可使胞膜形成对大分子(>600Da)通过的孔道,最终导致某些细胞如巨噬细胞ATP 依赖性的溶解反应(1~2分钟之内)。

故P2Z 受体亦为配体门控离子通道。

多年来由于缺乏选择性拮抗剂,从而阻碍了P2嘌呤受体的研究进展。

一般常用的非选择性P2嘌呤受体拮抗剂有suramine,其对P2X 与P2Y 亚型二者难以区分,而且它还具有一些非特异性的效应包括对各种不同酶的抑制作用。

Reactive blue 2被认为对P2Y 具有更大的选择性。

而PPADS 则对P2X 具有较高的选择性。

二、P2X 嘌呤受体介导的神经元膜反应
1983年Krishtal 等[3]
胞外加ATP 于大鼠和猫的初级感觉神经元首次记录到AT P 激活电流(I ATP )。

以后在许多外周和中枢部位也同样都可记录到ATP 激活电流。

神经元P2X 受体介导的膜电流反应有以下共同特点:(1)P2X 受体激活的动力学)))胞外加ATP 在数毫秒之内即可产生电流反应,在负膜电位时为内向电流。

与其他配体门控离子通道的激活一样,不需要经过膜和胞内信号转导过程,而是通过蛋白质构型的改变直接控制内在的离子通道的状态;(2)非选择性阳离子通透)))ATP 门控离子通道对小的阳离子如Na +、K +、Cs +、Ca 2+等为非选择性通透。

其逆转电位值在0mV 左右。

在感觉神经元pCa/pNa 为0.3/1(Bean 等.1990);附图 P2X 受体与其他通道结构的比较
(3)ATP 激活电流的去敏感(失敏))))依不同类型细胞而异。

三、P2X 嘌呤受体的分子结构及其特性(附图)
1994年Velera 等和Brake 等分别从大鼠精索平滑肌和PC12细胞通过表达克隆分离出P2X1和P2X2两个P2X 嘌呤受体亚基。

此后,通过不同的基因文库(小鼠、大鼠和人类)进行筛选以及结合PCR 技术又相继克隆了P2X3~P2X7等亚基[4]。

从这些克隆的P2X 嘌呤受体亚基的分子结构特点进行分析,发现与以往其他配体门控离子通道如nAChR 、GABA A R 、NM DAR 、5-HT 3R 等不同,有以下几方面
的差异:(1)从P2X 嘌呤受体
亚基一级结构氨基酸序列的疏水特性分析,发现只具有两个跨膜结构域M1和M2;(2)其N -和C -末端均位于胞内;(3)联接M1和M2两个跨膜区段之间有一很大的环,此环位于胞外并
对P2X受体激动剂和拮抗剂敏感;(4)与其他配体门控离子通道不同,P2X嘌呤受体的诸亚基虽然可以形成异聚性表达,但功能性的P2X嘌呤受体主要是由同聚性表达所构成(附图)。

四、神经元P2X嘌呤受体的生物学作用
ATP的胞外作用分神经元和非神经元两个方面。

非神经元作用除通过交感和副交感节后纤维末梢ATP释放,广泛作用于分布全身的各组织器官,包括心脏、血管、呼吸、胃肠道、生殖泌尿系统等处的平滑肌细胞引起相应的反应外,也可作用于血管内皮细胞、中枢神经胶质细胞、免疫细胞等部位。

本文着重讨论有关胞外ATP对神经元的作用。

1.初级感觉神经元:P2X嘌呤受体在初级感觉神经元最值得注意的功能就是与痛觉感受有关[5]。

已知,初级感觉神经元外周突末梢对许多致痛物质敏感。

ATP本身就是一种作用于外周神经纤维的强致痛物质。

我们的实验研究证明:Zn2+[6]、H+[7]、SP[8]和BK[9]等致痛物质均有增强ATP激活电流的作用。

当组织损伤时这些物质或递质大量释放出来。

它们不仅本身作为致痛剂起作用,而且还可通过增强P2X受体功能进一步加强对伤害性信息的感受。

近年来对P2X嘌呤受体亚基RNAs分布的研究表明:P2X3亚基只存在于感觉神经节中,而且是在与伤害性感受有关的、小直径的DRG细胞表达(附表)。

因此,有理由相信P2X3亚基在DRG细纤维的表达,必然与伤害性感受有关[10]。

附表P2X嘌呤受体RN As的分布
P2X1P2X2P2X3P2X4P2X5P2X6P2X7
脑-+-+-++
脊髓++-++++
感觉神经节+++++++
颈上神经节++-+-+
唾液腺---+--
支气管上皮---+-+
肾上腺髓质-+----
平滑肌+----
免疫细胞+
2.自主神经节神经元:在交感神经节及结状神经节细胞也先后都证明有P2X嘌呤受体存在,其特性与感觉神经元基本相同。

3.中枢神经元:早在1983年Jahr和Jessell在分离的大鼠背角细胞及DRG培养细胞进行实验时就提出:ATP可能是初级感觉神经元释放的神经递质,作用于脊髓背角神经元并能产生兴奋作用。

在中枢其他部位如孤束核、蓝斑核、缰核、海马、大脑皮层等部位的神经元也都证明存在有P2X嘌呤受体。

激活P2X受体可产生快兴奋性突触后电位。

由于ATP对中枢神经系统作用研究得尚不多,其机能意义及有关机制有待进一步阐明。

五、P2X嘌呤受体功能的调制
1.变构性调制:1993年以前尚未见ATP受体功能调制方面的报道。

如前所述,Li等(1993)[6]首先证明P2X嘌呤受体具有变构性(allosteric)调制作用,我们发现在大鼠结状节神经元和脊髓培养细胞上Zn2+具有明显的增强AT P激活电流的作用。

此种增强作用不依赖于
膜电压,不改变逆转电位值,最大ATP浓度时I AT P幅值也无改变,但Kd值却明显减小。

这说明Zn2+是作用于变构性结合位点,通过增强P2XR对ATP的亲和力而发挥调制作用的。

此外,除Zn2+外我们还发现另外一些二价离子如Cu2+、M g2+等对P2XR也有变构性调制作用。

pH是影响细胞外环境的重要因素之一。

实验在初级感觉神经元标本上证明[7]:在生理范围内pH增高抑制,而pH值降低则增强ATP激活电流反应幅值。

这也是由于H+变构性的调制AT P结合位点的亲和力所致。

2.胞内磷酸化调制:除上述变构性调制之外,是否还有其他种类的调制方式?我室近年来的工作证明:AT P受体功能可以被一些神经递质所调制。

1996年H u和Li[8]在大鼠分离的DRG神经元证明:SP对AT P-激活电流具有明显的增强作用。

胞内以蛋白激酶抑制剂H-7进行透析后,SP对I AT P的增强作用可完全消除。

由此推知,预加SP对P2X嘌呤受体的增强作用为非竟争性的,即可能是由于SP(NK1)受体激活后通过胞内转导,从而使AT P受体胞内磷酸化的结果。

此外,我室还在大鼠分离的DRG细胞分别证明了DA(谷启海等.1995)及BK[9]均可明显增强AT P激活电流,其有关机制可能也是引起P2XR胞内磷酸化所致。

参考文献
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