嘌呤能2X7受體與抑郁癥的相關(guān)研究進展

楊瑤，彭代輝

近年來嘌呤能2X7受體(purinoceptor 2X7 receptor，P2X7R)在抑郁癥(major depression disorder,MDD)神經(jīng)免疫學(xué)研究中一直備受關(guān)注。P2X7R是NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體的激活受體，在NLRP3炎癥小體調(diào)控白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)家族的加工和激活過程中必不可少；其中IL-1β在多種神經(jīng)炎性疾病中起重要作用，與MDD的發(fā)病及嚴重程度相關(guān)。P2X7R為ATP門控離子通道，通過募集NLRP3炎癥小體-caspase-1復(fù)合物發(fā)揮作用，參與IL-1β的成熟。本文即綜述P2X7R在MDD發(fā)病機制中的作用。

1 P2X7R調(diào)控NLRP3相關(guān)炎癥因子

P2X7R是嘌呤能受體家族(離子型P2X受體家族)的成員，主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞以及少量星形膠質(zhì)細胞上，是ATP門控的非選擇性陽離子通道，支持K+外流和Ca2+/Na+內(nèi)流；細胞損傷使細胞外ATP達到足以激活P2X7R的濃度。腦內(nèi)細胞外ATP濃度增加作為一種危險/損傷相關(guān)分子(danger/damage associated molecular patterns，DAMPs)信號，誘導(dǎo)P2X7R激活進而介導(dǎo)K+外流，K+外流可以引起NLRP3炎癥小體激活。

NLRP3炎癥小體是由NLRP3、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC)及半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶-1前體(pro-caspase-1)組成的多蛋白復(fù)合物，主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞。NLRP3炎癥小體通過其富含亮氨酸的C-末端感受配體重復(fù)域，并由NACHT結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的ATP依賴的自交聯(lián)異構(gòu)化，進一步組裝和激活[1]，最終誘導(dǎo)IL-1家族的IL-1β合成和釋放[2](見圖1)：IL-1β是固有免疫反應(yīng)中的主要細胞因子，可誘導(dǎo)其他炎性細胞因子[如IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α]的產(chǎn)生，NLRP3炎癥小體將pro-caspase-1轉(zhuǎn)化為caspase-1，后者分裂IL-1β前體生成IL-1β。

圖1 P2X7R調(diào)控NLRP3激活及IL-1β釋放

動物研究中，脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)可誘導(dǎo)小鼠抑郁樣行為：LPS處理24 h后，小鼠全腦NLRP3炎癥小體、ASC和caspase-1、IL-1β mRNA及蛋白表達水平顯著增加[3]。IL-1β是NLRP3炎癥小體激活的標志物，可進一步激活下丘腦-垂體-腎上腺軸并誘導(dǎo)嚙齒類動物的抑郁樣行為[4]。臨床研究發(fā)現(xiàn)多種抗抑郁藥也具有抗炎作用，例如氟西汀能夠抑制MDD患者血清中IL-1β的水平，是通過激活自噬抑制NLRP3炎癥小體實現(xiàn)的[5]。

2 P2X7R與MDD發(fā)生的分子機制

2.1 P2X7R與神經(jīng)免疫 P2X7R活化后，能夠調(diào)控NLRP3炎癥小體的激活及下游炎癥因子(如IL-1β)釋放，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的IL-1β水平與神經(jīng)炎癥及神經(jīng)退行性疾病、精神疾病的發(fā)生有關(guān)，NLRP3則調(diào)控不可預(yù)測溫和應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁樣行為[6]，參與MDD炎癥反應(yīng)[7]。P2X7R活化與NLRP3炎癥小體下游IL-6或TNF-α的關(guān)系尚不明確，但有研究認為P2X7R在小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生IL-6、TNF-α的過程中起重要作用[8]。心境障礙患者的腦脊液和死后腦組織中IL-1β水平升高，而基礎(chǔ)研究提示P2X7R敲除在抑郁小鼠模型中具有保護性[9]。臨床研究發(fā)現(xiàn)MDD患者外周血IL-1β、IL-6和TNF-α水平均高于健康受試者，并且其表達水平與MDD嚴重程度相關(guān)[8, 10-11]；此外IL-1β會減少在MDD患者海馬祖細胞的神經(jīng)發(fā)生，單胺類抗抑郁藥和omega-3脂肪酸可以逆轉(zhuǎn)IL-1β引起的神經(jīng)發(fā)生減少[12]。重要的是，在抑郁樣動物模型的海馬中注射P2X7R拮抗劑考馬斯亮藍和A438079，能阻斷慢性應(yīng)激引起的抑郁樣行為[13]；P2X7R基因敲除可改善小鼠生命后期的情緒狀況[14]。研究提示P2X7R活化與NLRP3相關(guān)的神經(jīng)免疫炎癥關(guān)系密切；因此，P2X7R通過調(diào)控NLRP3及相關(guān)炎癥因子激活MDD神經(jīng)免疫的分子機制值得深入研究。

2.2 P2X7R與神經(jīng)細胞功能 P2X7R作為中樞突觸前興奮性神經(jīng)末梢表達的配體門控離子通道，不僅參與神經(jīng)免疫炎癥，還能調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放：中樞5-羥色胺水平與MDD發(fā)病密切相關(guān)。一項利用光遺傳技術(shù)內(nèi)源性激活P2X7R的研究發(fā)現(xiàn)P2X7R介導(dǎo)海馬中縫區(qū)5-羥色胺的釋放，敲除P2X7R基因或阻斷P2X7R則會引起5-羥色胺釋放減少[15]。此外，在習(xí)得性無助MDD動物模型中，P2X7R還能驅(qū)動脊髓突觸可塑性[16]。其他研究顯示，激活腺嘌呤核糖核苷酸依賴的蛋白激酶能影響P2X7R介導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞有絲分裂、線粒體動力學(xué)和溶酶體活性，表明P2X7R與小膠質(zhì)細胞線粒體功能、神經(jīng)可塑性和腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)等方面密切相關(guān)[17]。

在某些神經(jīng)炎癥疾病中，共同存在P2X7R表達上調(diào)與小膠質(zhì)細胞活化：IL-1β是小膠質(zhì)細胞活化和增殖的介質(zhì)，其釋放及產(chǎn)生依賴于P2X7R通道；在小鼠小膠質(zhì)細胞中，P2X7R介導(dǎo)的通透性是小膠質(zhì)細胞活化、增殖和IL-1β釋放的基礎(chǔ)；在中樞系統(tǒng)中，P2X7R促進小膠質(zhì)細胞的活化和增殖，同時降低其吞噬能力，并通過刺激TNF-α、環(huán)氧化酶-2、IL-6、基質(zhì)金屬蛋白酶-9和活性氧的產(chǎn)生而引發(fā)神經(jīng)毒性[18]；神經(jīng)炎癥能引起P2X7R分布模式改變，并且增加其在小膠質(zhì)細胞早期和晚期的表達。因此，有研究者提出P2X7R可以作為緩解神經(jīng)免疫炎癥程度的治療靶點[19]。此外，P2X7R調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞ATP的釋放，并能通過這一方式增加體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞內(nèi)Ca2+水平[20]；P2X7R與星形膠質(zhì)細胞間的鈣波(intercellular calcium waves，ICW)有關(guān)，與泛連接蛋白-1形成P2X7R-PANx1復(fù)合體介導(dǎo)ATP從星形膠質(zhì)細胞釋放促進ICW擴散，參與細胞間鈣信號的傳遞[21]。

3 P2X7R與MDD部分臨床癥狀

3.1 P2X7R與MDD動力不足 動力不足是MDD的核心癥狀之一，患者表現(xiàn)出不愿意付出努力來獲得回報、也不能有效利用獎勵信息來指導(dǎo)自己做出合理的決策，即“付出努力決策”功能受損。慢性應(yīng)激會引起動力不足，同時慢性應(yīng)激上調(diào)大鼠糖皮質(zhì)激素，引起大鼠小膠質(zhì)細胞NLRP3炎癥小體表達和IL-1β釋放增加[22]。P2X7R激活與IL-1β的釋放關(guān)系密切，而IL-1β可通過降低囊泡單胺轉(zhuǎn)運體-2的表達或功能，從而影響中樞多巴胺(dopamine，DA)的轉(zhuǎn)運，造成嚙齒類動物“付出努力決策”功能受損[23]。P2X7R可能通過IL-1β抑制中樞DA的釋放，引發(fā)DA耗竭，參與“付出努力決策”的調(diào)控，然而“付出努力決策”神經(jīng)環(huán)路及相關(guān)分子機制仍有待研究。此外，P2X7R、NLRP3相關(guān)的炎癥通路也參與了MDD的病理生理機制[24]，MDD患者中高炎癥因子水平亞群的研究可能成為個體化治療方案的新切入點，而MDD動力不足的P2X7R相關(guān)炎癥機制也需要深入研究。

3.2 P2X7R與MDD睡眠障礙 睡眠剝奪(sleep deprivation，SD)會通過抑制星形膠質(zhì)細胞中信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3的磷酸化，激活NLRP3炎癥小體的表達和IL-1β、IL-18的成熟，從而引發(fā)大腦的神經(jīng)炎癥[25]，提示P2X7R參與了SD誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體及其下游炎癥因子的生成；此外，抗抑郁藥氟西汀通過逆轉(zhuǎn)NLRP3炎性小體的激活抑制SD誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元凋亡，提示氟西汀有可能改善SD所致的神經(jīng)元損傷。有研究報道P2X7R調(diào)控釋放的炎癥因子(如IL-1β、TNF-α等)在睡眠調(diào)節(jié)中起作用：失眠、慢性炎癥可誘發(fā)MDD相關(guān)癥狀，且引起人和動物外周及中樞IL-1β、TNF-α水平升高；這些炎癥因子可以影響非快速眼動睡眠，而睡眠缺失引起的困倦、疲勞、認知功能下降等癥狀同樣能夠由外源性注射IL-1β、TNF-α誘發(fā)。細胞外ATP升高通過P2X7R作用，調(diào)節(jié)膠質(zhì)細胞釋放IL-1β、TNF-α并與神經(jīng)元上的受體結(jié)合，導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)受體(如腺苷和谷氨酸受體)上調(diào)或下調(diào)、神經(jīng)元興奮性和功能改變(即局部網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)改變)，進而影響睡眠結(jié)構(gòu)[26]。

3.3 P2X7R與MDD疾病機制的展望 盡管目前P2X7R與MDD核心癥狀關(guān)聯(lián)的證據(jù)不充分，但P2X7R在MDD神經(jīng)免疫炎癥中的作用已經(jīng)得到證實。首先，P2X7R基因與MDD存在關(guān)聯(lián)性[27]：P2X7R基因位于12q24.31號染色體上，連鎖和關(guān)聯(lián)研究確定其為情感障礙的易感位點。最近一項研究顯示外周炎癥水平與MDD患者大腦結(jié)構(gòu)性改變有關(guān)聯(lián)，即前額葉灰質(zhì)體積減少與MDD患者血清高敏C-反應(yīng)蛋白顯著升高有關(guān)，而這一大腦結(jié)構(gòu)的改變與年齡、性別、吸煙狀況、抗抑郁用藥劑量等情況并無顯著相關(guān)[28]。然而，P2X7R作為嘌呤能受體的一員，在嘌呤能系統(tǒng)參與的神經(jīng)相關(guān)運動功能障礙疾病中同樣發(fā)揮作用，其中帕金森病(Parkin's disease，PD)部分患者還與MD共病，而動物實驗證實P2X7R與PD旋轉(zhuǎn)運動障礙、多巴胺系統(tǒng)受損及氧化應(yīng)激等有關(guān)[29]；但P2X7R參與PD或MDD發(fā)病的具體機制暫未完全揭示。

基于上述研究可以發(fā)現(xiàn)，炎癥在MDD疾病機制的基因水平、蛋白水平均有參與，且并非局限于中樞或外周；因此，作為驅(qū)動中樞IL-1β等炎癥因子釋放的關(guān)鍵角色，P2X7R在MDD炎癥機制中發(fā)揮重要作用；MDD發(fā)生中P2X7R相關(guān)的炎癥反應(yīng)如何被激活，P2X7R等在MDD神經(jīng)環(huán)路中發(fā)揮什么作用、如何改變腦結(jié)構(gòu)及功能的完整性以及P2X7R對MDD的鑒別診斷是否有價值，是今后研究P2X7R的方向之一。

4 小結(jié)

P2X7R調(diào)控NLRP3激活及相關(guān)炎癥因子的釋放、影響膠質(zhì)細胞功能，在MDD的炎癥機制中發(fā)揮作用；而P2X7R對神經(jīng)免疫炎癥的調(diào)控涉及MDD的臨床癥狀，如動力不足、睡眠障礙等；遺傳學(xué)研究證實P2X7R的基因突變與MDD的關(guān)聯(lián)。干預(yù)P2X7R及相關(guān)炎癥分子或可改善MDD核心癥狀，P2X7R在MDD疾病機制中的影響值得深入研究。