部紹晉 綜述,閔 蘇審校
(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科 400016)
P2X7 受體是以三磷酸腺苷(ATP)為配體的離子門控通道,是P2X 受體家族中最獨特的成員,因其具有廣泛的病理生理作用而備受關(guān)注。近年研究表明P2X7受體是機體對抗病原體入侵的重要組成部分,參與了機體的防御啟動,以去除病原體,尤其是可被巨噬細(xì)胞吞噬的病原體。此外,P2X7受體基因的多態(tài)性與機體對細(xì)菌和寄生蟲的易感性明確相關(guān),顯示了P2X7受體在感染性疾病中發(fā)揮著重要作用。本文就P2X7 受體與感染性疾病的關(guān)系做一綜述。
P2X7受體由3~6個同質(zhì)的亞單位組成,而這些亞單位由595個氨基酸組成,為二次跨膜蛋白,N 端和C 端都在細(xì)胞內(nèi),與其 他6 種P2X 受 體 亞 型 具 有35% ~40% 的 同 源 性。P2X1~P2X7受體的相似之處在于都具有兩個跨膜區(qū)(transmembrane,TM1、TM2)和一個胞外環(huán),ATP 結(jié)合位點位于M1和M2跨膜區(qū)之間富集半胱氨酸的胞外反向平行的6條鏈的β折疊片中。不同的是P2X7受體的C 端更長,由239個氨基酸殘基構(gòu)成,這可能是其獨特功能的分子學(xué)基礎(chǔ)[1]。P2X7受體具有其獨特的功能特性:(1)ATP是P2X7受體的唯一天然激動劑,但與受體的親和力較低,激活P2X7受體需要高濃度的ATP;(2)較高濃度ATP 長時間或反復(fù)刺激時,激活的P2X7受體可在細(xì)胞膜上形成質(zhì)膜孔道,能允許相對分子質(zhì)量達(dá)90×103的大分子物質(zhì)進入細(xì)胞,誘發(fā)細(xì)胞死亡。最新的研究表明,P2X7受體上的質(zhì)膜孔道可允許尺寸達(dá)1.4納米的分子通過[2]。P2X7 受體在體內(nèi)的分布極為廣泛,在血液中表達(dá)最為顯著,如巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)P2X7 受體首先在小膠質(zhì)細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),并且在大鼠大腦中被克隆。P2X7 受體在人的胰腺、肝臟、心臟和胸腺中高表達(dá),在腦、肌肉、脾臟、腸、前列腺、胎盤表達(dá)中等或較低。
P2X7受體激活后打開一個特定的陽離子通道,Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流,在高濃度ATP或長時間刺激下,細(xì)胞膜上將形成孔通道,從而允許大分子物質(zhì)進入細(xì)胞內(nèi),并進一步增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。細(xì)胞離子環(huán)境的改變將繼而激活下游信號通路,引發(fā)一系列級聯(lián)反應(yīng),包括:(1)外流的K+刺激炎性體的形成,從而激活半胱天冬酶-1,半胱天冬酶-1裂解IL-1β和IL-18的前體,導(dǎo)致IL-1β和IL-18的產(chǎn)生和釋放[2];(2)K+外流和Na+的內(nèi)流也可激活應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK)/氨基末端激酶(Jun N-Terminal kinase,JNK)信號通路,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡;(3)內(nèi)流的Ca2+還可以激活絲裂原活化蛋白激酶(mmitogen activited protein kinase,APKs)p38,p38的磷酸化導(dǎo)致質(zhì)膜上還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶的組裝,促進超氧陰離子等活性氧物質(zhì)生成增多,并上調(diào)核因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells,NF-κB)的表達(dá),促進誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IL-6的生成[3-4];(4)內(nèi)流的Ca2+還能激活磷脂酶D,導(dǎo)致吞噬小體/溶酶體融合繼而殺死細(xì)胞內(nèi)的病原體。
ATP是一種免疫系統(tǒng)的細(xì)胞外信號,特別是在炎性反應(yīng)過程中。P2X7受體感受炎癥,且促炎細(xì)胞因子能使它表達(dá)上調(diào)。P2X7受體可以作為一種有效的殺滅巨噬細(xì)胞內(nèi)微生物(包括結(jié)核分枝桿菌、衣原體和利什曼原蟲等)的觸發(fā)受體,可以啟動機體防御機制,從而有效去除細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌和病原體,尤其是可被巨噬細(xì)胞吞噬的病原體[5]。近來研究顯示,P2X7受體基因多態(tài)性與機體對細(xì)菌和寄生蟲的易感性有關(guān),表明P2X7受體在感染性疾病中發(fā)揮著重要作用[6]。
4.1 P2X7受體與分枝桿菌 研究顯示,人類P2X7受體基因的多態(tài)性與機體對結(jié)核分枝桿菌的易感性有關(guān),表明P2X7受體在殺滅結(jié)核分枝桿菌上發(fā)揮著重要作用。對兩個獨立的東南亞族群進行1513A>C 多態(tài)性流行病學(xué)調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)1513A>C多態(tài)性與肺外結(jié)核密切相關(guān)。隨后的研究發(fā)現(xiàn),在其他眾多民族群體中,1513C等位基因多態(tài)性是結(jié)核病發(fā)病的一個重要危險因素[7-8]。Sambasivan等[9]研究表明,除1513C之外,其他等位基因包括P2X7-762C和P2X7-1729T 的基因多態(tài)性也與肺結(jié)核的發(fā)病相關(guān)聯(lián),并進一步證明了攜帶-762C 位點的P2X7受體對肺結(jié)核患者是一個保護因素。其他研究者進一步評估了其他P2X7受體基因多態(tài)性的影響,結(jié)果表明幾個P2X7受體多態(tài)性(946G>A,1729T>A,155+1g>t)導(dǎo)致巨噬細(xì)胞凋亡減少和殺滅分枝桿菌的效能降低,這種效應(yīng)在復(fù)合雜合子捐助者身上進一步放大(復(fù)合雜合子捐助者指在P2X7受體基因上多于一個以上位點的雜合子喪失了功能多態(tài)性)。對于P2X7受體基因多態(tài)性與我國漢族人群肺結(jié)核發(fā)病之間的關(guān)聯(lián),Xiao等[10]研究結(jié)果提示,P2X7受體基因1513C和-762C多態(tài)性與漢族人群結(jié)核易感性都不相關(guān)。不過,總的來說,最近的一項薈萃分析揭示1513A>C多態(tài)性與結(jié)核病易感性之間存在很強相關(guān)性[11]。
遺傳易感基因的表征研究可以幫助更好地了解結(jié)核病發(fā)病,在體外研究中的證據(jù)解釋了人P2X7受體基因多態(tài)性與結(jié)核病易感性之間關(guān)聯(lián)的潛在機制。對感染卡介苗野生型和純合子1513C 的巨噬細(xì)胞分析發(fā)現(xiàn),P2X7受體活化后,野生型巨噬細(xì)胞發(fā)生了凋亡,細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌被殺死。然而,在加入ATP的情況下,喪失1513A>C功能的純合子巨噬細(xì)胞并未發(fā)生凋亡,分枝桿菌繼續(xù)存活[12]。最近證實自噬作用有控制分枝桿菌感染的作用,結(jié)核分枝桿菌通過抑制巨噬細(xì)胞吞噬體與溶酶體的融合,從而能夠在吞噬體內(nèi)生存和復(fù)制。Santos等[13]研究表明,ATP通過結(jié)合P2X7 受體,引起人類單核巨噬細(xì)胞快速自溶,可以克服吞噬體與溶酶體融合的障礙,使巨噬細(xì)胞內(nèi)的結(jié)核分枝桿菌噬菌體活性增強,從而殺滅細(xì)胞內(nèi)分枝桿菌。對于P2X7受體缺失的巨噬細(xì)胞,其殺菌活性明顯降低,表明P2X7 受體激動劑對結(jié)核病具有潛在的治療作用。這一過程依賴于P2X7受體的激活和Ca2+內(nèi)流,同時還涉及磷脂酶D的活化,磷脂酶D 受體阻滯劑也能抑制ATP對細(xì)胞內(nèi)分枝桿菌的殺滅作用[14]。另外,自噬已經(jīng)被證實在控制分枝桿菌感染方面發(fā)揮著重要作用,ATP 治療能夠迅速的誘導(dǎo)自噬并殺死細(xì)胞內(nèi)的分枝桿菌,這一過程需要P2X7受體的激活和Ca2+內(nèi)流[15]。
4.2 P2X7受體與衣原體 巨噬細(xì)胞是衣原體的一種重要宿主和傳染源,與巨噬細(xì)胞內(nèi)的分枝桿菌相似,衣原體對ATP治療敏感。這似乎與P2X7受體依賴性激活磷脂酶D 和隨后吞噬溶酶體融合有關(guān)。對于巨噬細(xì)胞P2X7受體基因敲除的小鼠,沒有顯示磷脂酶D 的活化,在接受ATP治療后,也無法引起ATP依賴的衣原體死亡。對于正常小鼠,抑制巨噬細(xì)胞磷脂酶D 的活化,衣原體屬細(xì)菌的感染水平將上升約50%。另外,用P2X7受體激動劑治療感染衣原體的上皮細(xì)胞,也有顯著的療效,同樣與激活磷脂酶D 有關(guān)。雖然衣原體對P2X7受體依賴性殺傷敏感,但它會對這種殺傷逐步形成抵抗,未受感染的細(xì)胞可通過P2X7受體依賴的途徑發(fā)生凋亡,而感染衣原體的J774小鼠巨噬細(xì)胞則對ATP治療不敏感[16]。對于衣原體感染將導(dǎo)致P2X7受體活性降低的現(xiàn)象,其機制目前尚不清楚,需要進一步的研究。
4.3 P2X7受體與其他細(xì)菌 鏈球菌和軍團菌主要通過促進宿主細(xì)胞凋亡,從而減少循環(huán)免疫細(xì)胞的數(shù)目來增加生存機會。與衣原體類似,軍團菌能夠阻止吞噬溶酶體的融合,這可能與P2X7受體活性相關(guān)[17]。細(xì)胞外病原體,包括銅綠假單胞菌以及霍亂弧菌,能夠分泌多種ATP 調(diào)節(jié)酶,如腺苷酸激酶、ATP酶等,這些酶通過參與調(diào)控細(xì)胞外ATP 水平,從而影響P2X7受體功能。有研究證實,胞外細(xì)菌介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞凋亡,如金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌,與P2X7受體依賴的半胱天冬酶-1的激活和隨后的IL-1β分泌有關(guān)[18]。
4.4 P2X7受體與細(xì)胞內(nèi)寄生蟲 在清除細(xì)胞內(nèi)的寄生蟲方面,P2X7受體可能也發(fā)揮了一定作用。感染利什曼原蟲的小鼠,皮膚病灶細(xì)胞對P2X7受體介導(dǎo)的膜孔道形成更敏感,從而能抑制細(xì)胞內(nèi)寄生蟲生長,這與宿主細(xì)胞凋亡相關(guān)[19-20]。新近研究顯示P2X7受體與感染弓形蟲介導(dǎo)的免疫反應(yīng)也相關(guān),“野生型”人或鼠的巨噬細(xì)胞受ATP激活后,能夠殺滅弓形蟲的強毒菌株和弱毒菌株速殖子。對缺失巨噬細(xì)胞1513A>C功能的人類或敲除巨噬細(xì)胞P2X7受體基因的小鼠,ATP治療對寄生蟲生長發(fā)育沒有影響。對弓形蟲的殺傷與P2X7受體介導(dǎo)的吞噬溶酶體的形成,以及伴隨的氧自由基產(chǎn)生或宿主細(xì)胞凋亡有關(guān)[21]。因此,P2X7受體介導(dǎo)的對弓形蟲、分枝桿菌、衣原體和利什曼原蟲的殺傷有許多共同之處。對于眼弓形蟲病的易感性與P2X7受體基因多態(tài)性,以及P2X7受體是否對弓形蟲感染具有調(diào)控作用尚存爭議[22-23]。在一項研究中,用無毒弓形蟲ME49株2型速殖子感染不同品系的小鼠,其小鼠感染寄生蟲的比例與P2X7受體的活性呈負(fù)相關(guān)。然而,使用相同的寄生蟲和感染途徑,觀察到P2X7受體基因敲除小鼠與親本株在體內(nèi)感染寄生蟲的情況無差異[22-24]。有趣的是,弓形蟲既能誘導(dǎo)又可以抑制細(xì)胞的凋亡,這取決于這些細(xì)胞是否允許它持續(xù)性感染[25]。
P2X7受體是機體對抗病原體入侵的重要組成部分,許多細(xì)菌和寄生蟲可以通過破壞P2X7受體途徑來求得生存,研究不同病原體的免疫逃避策略中是否都有P2X7受體的參與將是一件很有意義的事情。同時,進一步揭示P2X7受體在各種感染性疾病中的調(diào)節(jié)機制,尋找相應(yīng)的干預(yù)和治療措施,將有助于臨床感染性疾病的控制。目前在這方面已進行了許多體外研究,但采用基因敲除小鼠研究病原體感染中P2X7受體在體內(nèi)如何發(fā)揮作用將尤為重要。
[1] Gunosewoyo H,Coster MJ,Kassiou M.Molecular probes for P2X7receptor studies[J].Curr Med Chem,2007,14(14):1505-1523.
[2] Browne LE,Compan V,Bragg L,et al.P2X7receptor channels allow direct permeation of nanometer-sized dyes[J].J Neurosci,2013,33(8):3557-3566.
[3] Gavala ML,Pfeiffer ZA,Bertics PJ.The nucleotide receptor P2RX7mediates ATP-induced CREB activation in human and murine monocytic cells[J].J Leukoc Biol,2008,84(4):1159-1171.
[4] Ruffell D,Mourkioti F,Gambardella A,et al.A CREB-C/EBPbeta cascade induces M2 macrophage-specific gene expression and promotes muscle injury repair[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(41):17475-17480.
[5] Marques-da-Silva C,Chaves MM,Rodrigues JC,et al.Differential modulation of ATP-induced P2X7-associated permeabilities to cations and anions of macrophages by infection with leishmania amazonensis[J].PLoS One,2011,6(9):e25356.
[6] Meuser-Batista M,Corrêa JR,Carvalho VF,et al.Mast cell function and death in Trypanosoma cruzi infection[J].Am J Pathol,2011,179(4):1894-1904.
[7] Sharma S,Kumar V,Khosla R,et al.Association of P2X7 receptor+1513(A-->C)polymorphism with tuberculosis in a Punjabi population[J].Int J Tuberc Lung Dis,2010,14(9):1159-1163.
[8] Tekin D,Kayaalti Z,Dalgic N,et al.Polymorphism in the P2X7gene increases susceptibility to extrapulmonary tuberculosis in Turkish children[J].Pediatr Infect Dis J,2010,29(8):779-782.
[9] Sambasivan V,Murthy KJ,Reddy R,et al.P2X7gene polymorphisms and risk assessment for pulmonary tuberculosis in Asian Indian[J].Dis Markers,2010,28(1):43-48.
[10] Xiao J,Sun L,Jiao W,et al.Lack of association between polymorphisms in the P2X7gene and tuberculosis in a Chinese Han population[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2009,55(1):107-111.
[11] Xiao J,Sun L,Yan H,et al.Metaanalysis of P2X7gene polymorphisms and tuberculosis susceptibility[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2010,60(2):165-170.
[12] Bahari G,Hashemi M,Taheri M,et al.Association of P2X7gene polymorphisms with susceptibility to pulmonary tuberculosis in Zahedan Southeast Iran[J].Genet Mol Res,2013,12(1):160-166.
[13] Santos AA Jr,Rodrigues-Junior V,Zanin RF,et al.Implication of purinergic P2X7receptor in M.tuberculosis infection and host interaction mechanisms:a mouse model study[J].Immunobiology,2013,218(8):1104-1112.
[14] Seto S,Tsujimura K,Horii T,et al.Autophagy adaptor protein p62/SQSTM1and autophagy-related gene Atg5 mediate autophagosome formation in response to Mycobacterium tuberculosis infection in dendritic cells[J].PLoS One,2013,8(12):e86017.
[15] Biswas D,Qureshi OS,Lee WY,et al.ATP-induced autophagy is associated with rapid killing of intracellular mycobacteria within human monocytes/macrophages[J].BMC Immunology,2008,9:35.
[16] Takamatsu R,Takeshima E,Ishikawa C,et al.Inhibition of Akt/GSK3beta signalling pathway by Legionella pneumophila is involved in induction of T-cell apoptosis[J].Biochem J,2010,427(1):57-67.
[17] Pettengill MA,Marques-da-Silva C,Avila ML,et al.Reversible inhibition of chlamydia trachomatis infection in epithelial cells due to stimulation of P2X(4)receptors[J].Infect Immun,2012,80(12):4232-4238.
[18] Clemens DL,Lee BY,Horwitz MA.Francisella tularensis phagosomal escape does not require acidification of the phagosome[J].Infect Immun,2009,77(5):1757-1773.
[19] Chaves SP,Torres-Santos EC,Marques C,et al.Modulation of P2X(7)purinergic receptor in macrophages by Leishmania amazonensis and its role in parasite elimination[J].Microbes Infect,2009,11(10/11):842-849.
[20] Sarkar A,Aga E,Bussmeyer U,et al.Infection of neutrophil granulocytes with Leishmania major activates ERK 1/2and modulates multiple apoptotic pathways to inhibit apoptosis[J].Med Microbiol Immunol,2013,202(1):25-35.
[21] Correa G,Marques da Silva C,de Abreu Moreira-Souza AC,et al.Activation of the P2X(7)receptor triggers the elimination of Toxoplasma gondii tachyzoites from infected macrophages[J].Microbes Infect,2010,12(6):497-504.
[22] Lees MP,F(xiàn)uller SJ,McLeod R,et al.P2X7receptor-mediated killing of an intracellular parasite,Toxoplasma gondii,by human and mouse macrophages[J].J Immunol,2010,184(12):7040-7046.
[23] Jamieson SE,Peixoto-Rangel AL,Hargrave AC,et al.Evidence for associations between the purinergic receptor P2X(7)(P2RX7)and toxoplasmosis[J].Genes Immun,2010,11(5):374-383.
[24] Miller CM,Zakrzewski AM,Ikin RJ,et al.Dysregulation of the inflammatory response to the parasite,Toxoplasma gondii,in P2X7receptor-deficient mice[J].Int J Parasitol,2011,41(3/4):301-308.
[25] Ni Nyoman AD,Lüder CG.Apoptosis-like cell death pathways in the unicellular parasite Toxoplasma gondii following treatment with apoptosis inducers and chemotherapeutic agents:aproof-of-concept study[J].Apoptosis,2013,18(6):664-680.