程實 梁晨 馬英凱 呂松岑 閆景龍

P2X7受體屬于嘌呤能受體，是P2X受體家族的成員，位于細胞表面的一種三聚體配體門控陽離子通道[1]。目前已經證實在很多細胞類型表面都有表達，包括造血干細胞、間充質干細胞、白細胞、紅細胞、骨細胞、皮膚細胞，甚至各種惡性腫瘤細胞。同時，P2X7受體存在很多亞型。在人體中，P2X7受體變異大約有10種蛋白剪切體變化亞型；P2X7受體從A到J；P2X7受體A是保留完整長度的受體。P2X7受體B、E、G、J缺乏C末端結構[2]。該受體的配體是ATP，介導Na+、K+離子內流和Ca2+陽離子外流的快速通過[3]。激活的P2X7受體還可以使其在細胞表面的孔隙擴大，允許非選擇性的最大900Da的有機親水性陽離子通過；帶陽性電荷的膽堿基和熒光染料，例如乙啶基[4-5]。但是，這一功能不是P2X7受體獨有的作用，P2X受體家族里其他成員也有類似的功能。

最早發(fā)現(xiàn)并證實在肥大細胞中游離或者帶有四堿基的ATP可以激活P2X7受體[6]，但是并沒有確定使P2X7受體通道激活的最佳配體ATP濃度。此受體分布廣泛，參與很多的生理和病理活動，包括炎癥的激活、炎癥因子的釋放[7]、細胞表面分子標志物的改變、溶酶體的融合、自噬和與活性氧和氮共同參與胞內病原菌的破壞[8]。在與骨組織相關的研究中已經證實，P2X7受體表達在成骨細胞、破骨細胞、骨細胞和關節(jié)滑膜細胞中[9]。敲除P2X7受體可以減少皮質骨膜的形成[10]。激活破骨細胞的P2X7受體，可以促進成骨細胞和破骨細胞之間鈣信號的傳導[11]。目前的研究認為，P2X7受體對很多信號轉導過程都具有生物學效應，是很多疾病，包括骨科常見疾病的潛在治療靶點[11-12]。

1.P2X7受體對骨質疏松具有雙重影響作用：骨質疏松是一個常見的骨代謝相關的疾病。目前研究認為雌激素、體內炎癥狀態(tài)、成骨細胞和破骨細胞功能的平衡狀態(tài)是發(fā)病的影響因素。P2X7受體與這些影響因素的關系密切。P2X7受體的多樣性突變增加絕經后女性骨質疏松的發(fā)生風險[13-14]。使用P2X7受體敲除的純合子和野生型進行比較研究證實，P2X7受體缺失會影響雌激素缺乏性骨丟失的狀態(tài)，加劇骨丟失；這個情況在P2X7受體功能多態(tài)性缺失的絕經后婦女中可見[15]。P2X7受體是炎癥反應中的關鍵因子；炎癥因子可能促進骨質疏松發(fā)生。P2X7受體耦合的信號通路在炎癥反應和骨代謝調節(jié)中起關鍵作用[16]。當炎癥發(fā)生時，胞外的ATP濃度升高[17-18]。ATP激活P2X7受體后可介導NLRP3炎癥小體激活并促進IL-1β成熟；IL-1β釋放到細胞質中，進一步促進炎癥反應；P2X7受體可能加重這一反應過程[16]。研究發(fā)現(xiàn)，絕經期婦女骨質疏松的原因可能是雌激素水平降低引起的炎癥因子水平升高[19-21]。絕經后婦女血清中TNF-α水平增加，血清中炎癥因子水平高的者更容易患骨質疏松，可能是高濃度水平的TNF-α促進了破骨細胞分化[22]。而炎癥因子水平與雌激素的關系密切。研究發(fā)現(xiàn)卵巢切除術后女性血清中IL-1和TNF-α水平升高，經雌激素替代治療4周后，血清中白細胞介素(IL-1)和TNF-α水平下降[23]。

P2X7受體可能在雌激素缺乏造成骨質疏松的過程中有作用。卵巢去勢手術28 d的后的小鼠與正常小鼠對比，同樣的力刺激條件下，骨細胞的Ca2+內流數(shù)量減少。免疫熒光染色證實小鼠切除卵巢后，P2X7受體的數(shù)量下降了一半以上[24]。絕經后骨質疏松患者的血清炎癥因子水平和P2X7受體水平高于正常水平[25-26]。雌激素替代治療后，炎癥因子的水平受到限制[27]。P2X7受體在成骨細胞和破骨細胞表面都有表達，承擔成骨細胞和破骨細胞之間通訊的作用。成骨細胞和破骨細胞的功能狀態(tài)對骨質疏松癥的發(fā)生發(fā)展具有重要的影響作用，所以，P2X7受體可通過維持破骨細胞和成骨細胞之間的功能平衡來改善骨質疏松癥狀態(tài)。一旦這個平衡被打破，破骨細胞過度活躍，就會導致骨量丟失增加，發(fā)生骨質疏松癥的風險增加。激活P2X7受體可刺激成骨細胞分化，增強成骨細胞礦化[28]。如果敲除P2X7受體，小鼠骨膜形成減少，骨小梁吸收增加[29]。

P2X7受體參與破骨細胞的形成，激活P2X7受體促進骨髓造血干細胞向破骨細胞分化。表達增多后可進一步促進RANKL表達增加，抑制P2X7受體降低TNF-α對造血干細胞的促分化作用。同時在體外的研究中發(fā)現(xiàn)，用P2X7受體拮抗劑可以抑制人血單核細胞形成破骨細胞樣細胞[30-31]。但是，P2X7受體不是破骨細胞形成必需的，其表達增加可促進RANKL的增加，因此進一步促進破骨細胞的分化和形成。也有研究結果表明P2X7受體促進骨髓造血干細胞(bone marrow hematopoietic stem cell，BMHSCs)分化為更多功能性破骨細胞[19]。研究證實抑制P2X7受體可顯著降低TNF-α對血液中造血干細胞的促分化作用，減少破骨細胞的形成；因此，P2X7受體是潛在的治療骨質疏松的靶點[19]。

但是，破骨細胞表面的P2X7受體作用具有雙重性。當胞外ATP濃度達到20～200 μm的時會對破骨細胞產生不利影響，形成溶解性孔隙，導致細胞的凋亡和持續(xù)的炎癥[32]。細胞外ATP濃度增加超過一定范圍后可降低骨吸收，可能與活化的P2X7受體對破骨細胞的細胞毒性作用有關[33]。胞外ATP的濃度變化通過P2X7受體對破骨細胞的形成產生影響[16]。

研究證實P2X7受體可以通過調節(jié)成骨細胞功能，緩解骨質疏松狀態(tài)。P2X7受體激活后參與成骨細胞下游LPA合成與釋放、PGE2合成與釋放和ERK1/2激活，促進成骨細胞分化和骨形成[34-36]。但是，胞外ATP濃度達到1 mm以上時會抑制骨礦化[37]。P2X7受體是成骨過程中不可缺少的，發(fā)揮著重要的作用[38]。P2X7受體敲除的小鼠長骨的骨膜形成下降，機械應力條件下，成骨能力下降，與人類的成骨細胞研究結果類似[10,28]。

骨組織的P2X7受體在肌肉機械拉力刺激下會表達增加，促進成骨細胞分化，具有降低骨折風險的作用。P2X7受體促進成骨分化的作用可能和細胞的Ca2+內流的增加有一定的相關性[39]。機械力學刺激觸發(fā)的ATP釋放可以增強P2X7受體介導的成骨分化功能；P2X7受體激動劑促進成骨細胞分化和基質礦化[40-41]。但是P2X7受體不是介導該過程的必需的受體，在敲除的純合子中，機械應力刺激也可以增加骨量，改善皮質和骨小梁質量[15]。

2.P2X7受體促進骨性關節(jié)炎的發(fā)展：骨性關節(jié)炎是一種常見的軟骨退行性改變導致的疾病。關節(jié)內軟骨的炎癥反應是骨性關節(jié)炎主要病理特點之一[42]。近來有研究證實，P2X7受體與炎癥反應和疼痛的關系密切[43]。

用膠原誘導的骨關節(jié)炎模型，阻滯P2X7受體信號可能減少IL-17A的分泌，緩解肢體腫脹，減弱Ⅱ型膠原介導的關節(jié)損害[44]。在膝關節(jié)骨性關節(jié)炎動物模型中，使用P2X7受體抑制劑以后，可以顯著降低關節(jié)內IL-1β、IL-6、TNF-α、基質金屬蛋白酶(MMP-13)、P物質和地諾前列酮(PGE2)等炎癥因子的濃度。這些炎性因子濃度的降低可能與P2X7受體阻滯劑使用相關，緩解了骨性關節(jié)炎的疼痛[45]。P2X7受體激活后，抑制核因子(NF)-κB信號通路可以降低IL-1β、IL-6、TNF-α、MMP-13、P物質和PGE2的濃度，緩解因P2X7受體激活引起的骨源性疼痛和炎癥反應。實驗也證實了P2X7受體激活導致的疼痛和炎癥反應作用是通過激活NF-κB信號通路發(fā)揮作用[46]。研究發(fā)現(xiàn)在抗體加脂多糖誘導關節(jié)炎動物模型的比較中，P2X7受體缺陷小鼠的發(fā)生率和嚴重程度均小于野生型小鼠；所以，P2X7受體可能是關節(jié)炎治療的潛在靶點[47]。骨性關節(jié)炎時，肥大細胞會分泌炎性介質，引起膝關節(jié)疼痛。P2X7受體在這一過程中發(fā)揮促進肥大細胞炎性介質分泌的作用[48]。因此，P2X7受體信號通路可能是治療骨性關節(jié)炎的新靶點。

3.P2X7受體介導類風濕性關節(jié)炎的發(fā)展：P2X7受體參與炎癥反應性關節(jié)炎的病理過程[49]。類風濕關節(jié)炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一種病因不明的慢性自身免疫性疾病，以慢性滑膜炎癥、關節(jié)破壞和進行性關節(jié)損傷為特征，導致關節(jié)畸形、生活質量降低，甚至其他器官系統(tǒng)功能受損[11,44]。研究表明，P2X7受體是一個參與和調控RA炎癥的潛在的位點[50]。

P2X7受體的基因在1068和1513位點的多態(tài)性被認為可能是RA的易感基因位點[51]。另外動物研究證實，P2X7受體基因SNP導致RA患者的P2X7受體功能的變化，可能參與了RA的發(fā)病[52]。在研究P2X7受體的變異在伊朗人群的RA發(fā)病機制中的作用顯示，P2X7受體基因的多樣性與類風濕關節(jié)炎的易感性存在關系，新發(fā)RA的P2X7受體基因表達水平更高；因此認為P2X7受體可能是治療RA的一個潛在藥物靶點[25]。研究發(fā)現(xiàn)RA患者的外周血單核細胞中P2X7受體表達量明顯增加[44]，在RA患者滑膜組織中P2X7受體表達水平升高，對診斷RA具有重要的價值[53]。類風濕性關節(jié)炎患者的B型滑膜細胞中表達功能性P2X7受體，可能參與調節(jié)滑膜液中IL-6的釋放[54]。RA患者受累細胞的P2X7受體水平的升高后，在脂多糖與ATP的刺激下，外周血單核細胞中IL-1β的含量明顯升高[55]。RA患者滑膜組織中IL-1β、IL-6表達水平與P2X7R水平呈正相關[53]。在RA的炎癥反應階段，P2X7受體參與介導了許多細胞因子獨立的信號通路，包括甘油三酯(TG2)和組織蛋白酶通路[49,56]。P2X7受體介導的TG2在胞外聚積，參與到RA的病理過程中，是一個潛在的治療靶點[49]。

由于中性粒細胞凋亡在炎癥調節(jié)中起重要作用，P2X7受體也可能通過中性粒細胞抗凋亡信號轉導間接促進RA炎癥的發(fā)生[57]。血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A，SAA)是一種與活動性關節(jié)炎癥相關的急性期反應物，在RA患者的循環(huán)和組織中被發(fā)現(xiàn)升高[58]。體外實驗表明，從RA患者血漿中純化的SAA能有效抑制膜蛋白(α-CD95)單抗誘導的人中性粒細胞凋亡。而P2X7受體拮抗劑氧化ATP可完全消除SAA的抗凋亡作用;這表明SAA可能通過依賴P2X7受體的機制增加中性粒細胞的存活[59]。所以,阻斷P2X7受體導致了中性粒細胞凋亡增加，導致了RA炎癥的發(fā)生。類風濕性關節(jié)炎的病理過程中關鍵因素之一是IL-17A的產生;其來源于Th17細胞。研究證實，阻滯P2X7受體可以抑制Th17細胞產生IL-17A，緩解類風濕性關節(jié)炎患者的關節(jié)腫脹程度[44]。同時，P2X7受體阻斷后，IL-1β、TGF-β1、IL-23、和IL-6的釋放也會減少，有益于緩解類風濕性關節(jié)炎的癥狀[44]。Th17細胞的P2X7受體的表達與IL-1b、C反應蛋白、紅細胞沉降率、抗環(huán)瓜氨酸肽抗體、白蛋白、補體C4水平密切相關；這些數(shù)據(jù)提示Th17細胞P2X7受體表達的增加與RA患者的疾病活動性和一些炎癥介質在功能上呈正相關[60]。

4.P2X7受體在骨關節(jié)感染性疾病中的作用因細菌不同而不一致：機體在受到病毒、細菌、真菌和寄生蟲感染后，會引起包括免疫細胞在內的體內細胞釋放ATP。這些ATP會激活P2X7受體，在免疫的不同階段發(fā)揮作用[61]。P2X7受體參與介導細菌感染引起的免疫反應[62]。細菌的產物可以導致炎性小體的激活，誘導ATP從免疫細胞中釋放，激活P2X7受體，從而參與介導免疫反應[61]。

P2X7受體對單胞菌引起的感染具有免疫促進作用。單胞菌可以刺激巨噬細胞來源的免疫細胞釋放ATP。ATP激活P2X7受體后，引起K+離子外流，NLRP3炎性小體的激活，最終誘導IL-1β分泌和細胞死亡[63]。單胞菌菌毛會刺激P2X7受體依賴的巨噬細胞分泌IL-1β[64]。與正常小鼠的淋巴液對比，敲除P2X7受體的轉基因小鼠的IL-17和干擾素(IFN)-γ含量較少[65]。這些都會促進免疫細胞分泌炎癥因子，加速清除單胞菌。

P2X7受體在結核菌感染的細胞中表達增加，誘導巨噬細胞清除結核菌，是免疫調節(jié)的重要因素之一。結核菌感染的患者血液中，外周血單核細胞表面的P2X7受體表達增加[66]。多項研究也證實，細胞外ATP可以通過P2X7受體誘導巨噬細胞加速清除結核桿菌，其可能的機制是誘導被感染細胞中磷脂酶D的活化與凋亡[56]。在體內研究中發(fā)現(xiàn)，P2X7受體敲除的小鼠對結核桿菌的易感性因細菌菌株和毒力不同而有差異[67]。當暴露在高毒性實驗室結核菌株H37Rv條件下時，與正常小鼠相比，P2X7受體敲除的小鼠更容易受到感染[67]。但另一研究認為，與野生型小鼠相比，P2X7敲除的轉基因鼠不易受到高毒性結核菌的感染[68]。最近一項研究發(fā)現(xiàn)表達P2X7受體的骨髓間充質干細胞在結核菌感染過程中具有促進作用[69]。

P2X7受體與病毒感染有一定的關系，但病毒感染不是骨科的常見的感染類型。P2X7受體是所有P2受體中與炎癥關系最密切的，在幾乎所有的先天性免疫和獲得性免疫的免疫細胞表面都有表達[61]。其中重組蛋白炎癥小體與P2X7受體關系密切，但是具體的產生機制不明確。P2X7受體與艾滋病(HIV)的傳播有一定關系。因為其可能通過刺激自分泌ATP，激活P2X7受體，促進攜帶艾滋病毒的微囊泡釋放[70]。在治療新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的患者中，由于其與炎癥因子的密切相關性，所以P2X7受體是未來治療該疾病感染患者的一個新靶點[71]。

5.P2X7受體研究展望：P2X7受體是一種廣泛分布在多種細胞表面的離子通道，對體內的多種生理過程和病理過程都發(fā)揮作用。P2X7受體越來越被認為是一種與炎癥相關的有前景的治療靶點；許多P2X7受體抑制劑已被宣布在臨床試驗中應用[72]。許多P2X7受體拮抗劑也用于骨質疏松癥的治療，如A-438079用于動物研究的實驗中[73]。葛根素是葛根的主要成分，是一種異黃酮，可以通過抑制P2X7受體的表達抑制IL-1的釋放[74]。丹參酮II-A磺酸鹽(TIIAS)是丹參的主要成分，能在低摩爾濃度下完全阻斷P2X7受體介導的Ca2+內流，從而改變離子電流，可治療一些P2X7受體相關疾病。淫羊藿可以使P2X7受體基因的表達上升，抑制骨形成，刺激成骨細胞分化，增加礦化[75]。這些藥物被認為可以通過激活P2X7受體的功能治療骨質疏松。

但是，未來仍然有許多問題需要更深入的研究。首先，雖然對P2X7受體介導的骨代謝調控進行了許多研究，但P2X7受體在成骨細胞中的全功能作用尚未完全闡明，一直存在爭議；因此需要進一步闡明P2X7受體功能與炎性骨丟失之間的關系。P2X7受體是骨質疏松癥的一個新興和重要的治療靶點，特別是在運動治療中，是否有可能通過運動改善體內炎癥，從而改善骨質疏松癥的治療效果，還有待進一步探討；有類似文章也指出了這個問題[16]。未來需要我們進一步更深入的研究P2X7受體在疾病中的作用，通過臨床實驗驗證這一新靶點治療疾病的有效性。其次，雖然很多研究證實了P2X7受體在很多骨科疾病中發(fā)揮作用，但是由于P2X7受體的高多態(tài)性會導致了治療效果和研究結果的差異性。這對發(fā)揮P2X7受體的治療作用價值有巨大的影響作用。因此，需要進一步研究確定P2X7受體發(fā)揮作用的主要功能結構，研發(fā)靶向治療的藥物，減少非靶向治療藥物的不良反應。更深入的了解P2X7受體的結構和生理學功能有助于更有效的治療疾病。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突