P2X嘌呤受体及其调节

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1、P2X嘌呤受体及其调节【摘要】 三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)是细胞内的组成成分和能源物质，又是一种组织中发挥生物学作用的信号分子。ATP受体在嘌呤受体分类中属于P2嘌呤受体(P2受体)。随着P2X受体结构的逐步阐明和7种亚基的相继克隆，P2X受体的许多功能被发现，尤其是一些物质对它调制作用的研究是近年人们关注和研究的焦点，这些研究有可能为临床制药和一些疾病机制的研究提供新思路。 【关键词】 ATP；疼痛；P2X受体；DRG*基金项目：国家自然科学基金资助项目(30160026）P2受体广泛分布于全身多种组织和系统中，根据其分子结构和信号转导机制的不同分为P

2、2X和P2Y受体，现在人们普遍认为P2X是配体门控性阳离子通道，P2Y是G-蛋白耦联受体。最初对P2X受体的研究仅局限在药理学的研究，到二十世纪中期相继克隆出7种P2X受体亚基之后，对它的研究才突飞猛进。本文主要对近年来P2X受体的结构、分布及其调节进行综述。1 P2X受体的结构 P2X受体7个亚基的氨基酸序列至少有50的同源性，氨基酸数从379到595个不等1。依据P2X受体亚基的氨基酸序列，推测其受体的结构包括M1和M2两个跨膜结构域、连接M1和M2的胞外环、胞内的不同长度的C末端和N末端2, N末端较短（<30个氨基酸)，C末端长度从P2X6的25个残基到P2X7的240个残基不等

3、,其胞内磷酸化位点系位于C末端3。ATP分子和受体的结合位点,至今不清,有资料报道是胞外环中的Lys残基起核苷酸结合作用，也有资料表明P2X受体可能有两个配体结合位点4 。同其它离子通道一样，P2X受体也是由多个亚单位组成的寡聚蛋白体，但构成受体所需要亚单位的数量仍然不很清楚，研究表明三聚体可能是最小的功能单位5。在过去的10年中，采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)和电子显微镜技术证实P2X受体存在同源和异源三聚体。而且这些通道都是选择性的阳离子通道6，但是对不同的阳离子通透性不同，有资料显示对Ca2+的通透性比对Na+和K+高25倍14，不同的三聚体可以表现出独特的药理学特性。2 P2

4、X受体的分布 P2X受体广泛分布于全身的各组织，包括神经元、神经胶质细胞、免疫细胞，以及心脏、血管、呼吸系统、胃肠道、泌尿生殖系统的平滑肌细胞，不同部位分布不同的受体亚型，除P2X7受体外其它所有的受体亚型均在初级感觉神经元表达。采用Northern blot和原位杂交技术显示P2X1-6受体mRNA主要分布在背根神经节、结状神经节和三叉神经节中，P2X7受体则主要分布于免疫系统细胞中。在白血病细胞中则主要表达P2X1、P2X4和P2X7受体。在神经系统特别引人注目的是P2X3受体，它高度选择性地表达于与伤害性感受有关的小直径DRG神经元中。使用免疫组织化学的方法对P2X3受体的精确分布作进一

5、步的研究发现，在鼠的DRG神经元中有35%40%的细胞P2X3受体免疫反应呈阳性。它们高度表达在与凝集素IB4结合及对胶质源性神经生长因子敏感的神经元上，很少在对神经生长因子（NGF）敏感的降钙素基因相关肽(CGRP)能和P物质(SP)能的神经元上表达。这些P2X3受体免疫反应阳性神经元的纤维投射到脊髓背角第二层内，并且在这此传入神经末梢亦有P2X3.受体表达，但Daisuke Seino等7人的研究发现P2X3不是绝对的表达在IB4标记的细胞上。也有资料显示在支配皮肤和内脏的DRG神经元上约30%40%表达P2X3，支配腰椎间盘和骨骼肌的DRG神经元上有2表达P2X3受体，故P2X3受体在腰

6、椎间盘和骨骼肌疼痛中起的作用比在皮肤和内脏痛中的作用小8。3 P2X受体的调制 选择性激动剂和拮抗剂可用来区分P2X亚型和研究离子通道的生理功能。P2X受体的选择性的激动剂有：2-亚甲基ATP (2-MeATP)、2-甲硫ADP (2-MeADP）、,亚甲基ATP（,-MeATP）、,亚甲基-D-ATP（,-Me-D-ATP)、ATP-S, 3-Benzy-lamino-3-deoxyATP、苯甲酰苯甲酰ATP (BzATP)。P2X受体选择性的拮抗剂主要有：苏拉明(Suramin)、反应蓝 (reaction blue)、吡哆醛衍生物（PPADS）、三氮ATP（TNP-ATP)、异喹啉衍生物

7、（KN-62）。P2X受体受许多物质调控，包括Mg2 +、 Cu2 +、 H+、 Ca2 +、Zn2 +,激素以及某些神经递质和调质等。不管是在人体还是在实验诱导的大鼠身上注射Mg2+都可使得某种形式的疼痛缓解，Mg2+缺乏可以使得痛觉增敏；Mg2+的镇痛作用在中枢可能和NMDA有关，在外周可能涉及其他的神经递质。Mg2+却是P2X2的高效抑制剂，细胞外高浓度的Ca2+可以使P2X3受体的脱敏加快，高浓度的Mg2+可以抑制P2X3受体的电流，并且这种抑制取决于通道的状态，当通道还没恢复的时候有抑制作用，当通道的功能完全恢复以后，反而抑制作用解除9。降低pH值,能抑制ATP诱导的膜电流，但酸无论

8、是增强还是抑制作用，只是改变了受体对ATP 的亲和力,而不改变P2X受体介导的最大电流10。West-blot显示在大鼠怀孕10天到分娩这段时间，在子宫颈P2X受体蛋白的表达有增加趋势，而在背根和脊髓却变化不明显，可能血中雌激素水平会影响DRG神经元上ATP受体的表达11。Zn2+和Cu2+对P2X受体具有明显的变构调制作用, Zn2+对P2X受体的调控是浓度依赖的，低浓度(<10mol/L)加强ATP的活性，高浓度（>30mol/L）抑制反应,但对P2X7没有发现加强，只有抑制。由脑干下行纤维而来的多巴胺（DA）能神经元释放的DA可能与初级感觉神经元膜上不同的DA受体亚型结合，对

9、ATP电流产生浓度依赖性的抑制或增强作，发挥对初级感觉传入信息调制作用12。另外实验研究证明, P物质和缓激肽可增强重组P2X3和P2X2/3受体引发的内向电流，对P2X受体的这种增强作用为非竞争性的,可能是由于P物质或缓激肽受体激活后通过胞内转导，使P2X受体N端PKC位点产生胞内磷酸化所致。最近又有研究表明炎性痛敏时P2X受体活性增强，与初级感觉神经元的细胞外信号调节激酶( extracellular signal regulated protein kinase, ERK)信号转导通路的激活密切相关，ERK磷酸化阳性的神经元上共表达P2X3受体，如果注入P2X受体的阻断剂（TNT-ATP

10、），则ERK的磷酸化减少，疼痛也缓解，这就表明在关节炎痛发生当中，DRG神经元上P2X3受体的激活和ERK的磷酸化，可能是炎性痛的一个机制13。另外，P2X和P2Y两类受体间也可以互相调节，在大鼠的DRG神经元上代谢型的P2Y1受体通过G蛋白通路抑制P2X3引起的电流14。总之，这些物质和P2受体调制作用的研究可以为临床研制新药和一些疾病机制的研究提供新参考。4 问题及展望 由于ATP及其受体广泛分布于各个组织器官，ATP还可以作用于血管平滑肌等其它组织。在P2X1基因敲除的小鼠，血小板的聚集、分泌、黏附以及血栓生成都会下降。在全身血栓栓塞的小鼠模型中，P2X1缺陷，可以降低死亡率。用激光造成

11、血管壁损伤的小鼠，若P2X1缺陷，可以降低血栓形成。在转基因小鼠中如果过表达P2X1受体，其血栓的发生率会增加，这就说明P2X1在血小板生理和凝血过程中起着重要的作用1，故P2X受体更多的功能和作用机制需要我们去发现和探讨。ATP及其受体在疼痛中的作用机制更为复杂，由于每类P2X受体亚型的特异性阻断剂尚未发现，加之在一些组织和细胞中ATP同源或异源多聚体出现互变异构现象，这些也将为我们进一步的研究形成一定的困难与挑战。【参考文献】 1 Gever JR,Cockayne DA,Dillon MP,et al. Pharmacology of P2X channelsJ. Pflugers Ar

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