ap的神经协同递质p2px受体的命名和家族进化

ap的神经协同递质p2px受体的命名和家族进化

现在，pt被认为是中枢神经和外周神经系统之间的联合遗传过程和调理过程。其受体根据分子结构和信号传导机制分为两类:离子通道型P2X受体和代谢型P2Y受体。近年来的研究显示,ATP及其P2X受体(主要是P2X3)可能在伤害性信息传递上具有重要作用。本文将首先介绍P2X受体在神经系统中的研究近况,然后讨论ATP及其受体P2X(主要是P2X3)在疼痛发生机制中的作用。1.p2pydp的发现和发展早在1929年ATP被分离出来后不久,Drury等即发现腺苷有复杂的生物学作用,包括传导阻滞、动脉扩张和血压下降等。1934年,Gillespie发现ATP在引起豚鼠的回肠和子宫收缩时,比腺苷和AMP更有效。1959年,Holton报道了ATP在兔耳感觉神经终末的释放,这暗示ATP可能是一种神经递质。直到1970年,Buurnstock等正式提出,ATP是肠管非肾上腺素能、非胆碱能神经元释放的一种神经递质。现在,已经普遍承认,在外周和中枢神经系统ATP是一种重要的神经协同递质或者调质。1978年,Burnstock提出嘌呤受体,并把ATP、ADP、AMP和腺苷受体分为P1和P2嘌呤受体。对P1受体的激动能力:腺苷>AMP>ADP>ATP;而对P2受体的激动能力ATP>ADP>AMP>腺苷。依据P2受体的分子结构和特性,1994年Abbracchio等将P2受体分为离子门控型P2X受体和G蛋白偶联型P2Y受体。这种新的命名方法代替了先前的命名方法(包括P2X、P2Y、P2U、P2T和P2Z)。到目前为止,已有七个PZX(P2X1-7)和六个P2Y(P2Y1、P2Y2、P2Y3、P2Y4、P2Y6和P2Y11)被克隆,并被接受为P2受体家族成员。目前,P2YADP已经被克隆,证实是属于P2Y家族的受体,而被命名为P2Y12。不过上面提到的P2Y3,以及P2Y8和TP2Y,不是从哺乳动物和人身上克隆的,而分别是从鸡、青蛙和火鸡克隆的。2.第二跨膜区的异源多聚体P2X受体七个亚型的氨基酸序列之间有35%～48%的同源性,其氨基酸残基数从379到595个不等。依据已克隆的P2X受体亚型的氨基酸序列,推测受体由胞内的N末端和C末端、两个跨膜区及细胞外环组成(图1)。细胞外环包含大多数氨基酸,其中有10个保守的半胱氨酸残基,以二硫键互相连接,有可能在受体合成后向胞膜转运时发挥相应作用;还存在一些糖基化学位点,在受体的构成有一定作用,并影响受体的表达水平和ATP的作用能力。细胞外环上有相应的激动剂、拮抗剂和调节剂的作用位点。第二个跨膜区,不仅是受体中间形成中心孔道的主要部分,而且在下面将提到的异源多聚体的形成上起着重要作用;其两端的残基可影响到离子的通透性。第一跨膜区,除了在维持通道结构上起作用外,还参与激动剂对通道的开放的控制。C末端可能在控制脱敏速度上发挥作用,当然C末端不是脱敏唯一的决定因素,因为N末端上一段保守的PKC作用位点也参与调控脱敏。和其它离子通道一样,P2X受体也是由多个亚单位组成的寡聚蛋白体。到目前为止,构成受体需要亚单位的数量仍然不是很清楚。不过,有研究表明三聚体可能是最小的功能单位。需要注意的是,不同的受体亚型之间,还可能形成异源多聚体。1998年,Thomas等在研究大鼠结状节时,发现神经元上有同源多聚体形成P2X3,还有异源多聚体形成P2X2/3。通过P2X受体在非洲爪蟾卵母细胞上共表达的研究,也可以为异源多聚体的存在提供证据。目前已知有多种的异源多聚体,例如P2X1/3、P2X2/4、P2X1/5和P2X4/6等。而各受体亚型之间交联形成异源多聚体的机制却不是很清楚。需要注意的是:P2X7不能形成异源多聚体;P2X6不能单独形成有功能的多聚体。P2X受体都是非选择性阳离子通道。在激活时,对Na+、K+离子的通透性相当;对Ca2+离子则有较高的通透性,受体激活导致通道开放时细胞内Ca2+升高。这与它们在可兴奋细胞的分布,以及与它们在中枢和外周神经系统中作为兴奋性神经传递ATP受体介质的角色相一致。3.对人口压力的行为有影响P2X各亚型的药理学特性有着明显不同,而且需要注意到重组P2X受体和内源性受体之间在有些性质上还有一定区别。详细情况可参看Ralevic等和Nrenberg等的报道。P2X3对pH值不太敏感,而重组P2X2对pH值却很敏感。在感觉神经节存在的异源多聚体P2X2/3受体,在炎症局部的酸化环境中,对伤害性刺激敏感性增加。在分离的哺乳动物感觉神经元上,酸性pH值也可增加ATP的兴奋性作用而不影响其最大效应。Zn2+也有类似作用。质子和Zn2+作用于P2X受体的不同位点,可相互增强对ATP引起的兴奋性电流。与之相比,生理浓度的Mg2+可以抑制大鼠结状节上ATP激活的电流。还有研究发现P2X受体可被乙醇抑制,Davies等的研究表明乙醇的作用可能具有亚型依赖性,他们在实验中发现,对于乙醇的抑制作用,重组的P2X4受体敏感而重组的P2X3受体却不敏感。4.p2px3受体亚型和途径检测P2X1—P2X6六种P2X受体存在于感觉神经节中。在背根节,P2X3受体的mRNA选择性地表达在小细胞上。Vulchanova等和Xiang等的实验在蛋白水平也证实了这一结果。这表明,ATP及P2X3受体可能在伤害性感受器的激活中有着重要作用。P2X3受体的这种选择性分布及其作用,使它成为潜在的镇痛剂的作用靶点。目前,有资料显示辣椒素敏感的背根节小细胞主要表达同源多聚体P2X。受体,而对辣椒素不敏感的背根节中型细胞则表达异源多聚体P2X2.3受体。P2X3受体阳性的神经元轴突,中枢端投射到脊髓背角Ⅱ层内侧部,外周端投射到皮肤和内脏,投射到肌肉的很少。在外周神经,P2X3可沿神经纤维表达直至终末。在大鼠膀胱上皮下层的神经丛里,也有P2X3表达。在三叉神经节上,P2X3受体除了在小细胞分布外,还存在中等大小的神经元上。其轴突中枢端投射到三叉神经脊束核,在此可见P2X2和P2X3的共表达;外周端投射到牙槽和舌的环状乳头。P2X1和P2X2在背根节也主要分布在中小细胞上,都可以和P2X3形成异源多聚体。尽管存在异源多聚体,三者也可各自形成同源多聚体,表达于不同的神经元上。P2X2还可表达于大细胞中。而P2X3、P2X4、P2X5和P2X6在大细胞中的表达水平相对较低。测定脊髓mRNA,发现背角主要分布P2X2、P2X4和P2X6受体亚型。背根切断实验,虽然大大减弱了P2X3受体在背角浅层的分布,但仍然有阳性分布,提示P2X受体除了存在于初级传入中枢端终末,还存在于背角浅层神经元上。这在mRNA检测上,也已得到证实。以上实验结果提示P2X3受体在中间神经元上存在。脊髓背根切断后可导致P2X1受体表达水平明显下降,但仍有少量结构性表达。P2X3受体分布在背角Ⅱ层。与之相比,P2X2受体尽管也主要表达在Ⅱ层,但在深层甚至前角也有表达,而且在深层极少和P2X3受体重叠表达。然而在三叉神经脊束和脊束核,P2X2和P2X3共存较多。这些结果也可能表明在结状节和背根节P2X2和P2X3之间的关系不同。在交感颈上神经节和腹腔神经节,存在五种P2X受体:即P2X1-4和P2X6,未发现P2X5。其中P2X2、P2X4和P2X6相对密度较高。这一结果,与P2X受体在感觉神经节的分布有较显著的差异,这可能与P2X在各个环境下所起的作用不同有关。至于P2X7,原来认为不存在于神经系统。但通过RT—PCR方法证实在延髓、脊髓和结状节存在P2X7mRNA。而原位杂交技术显示,P2X7mRNA大量存在于从延髓到脊髓的神经元上,并进一步通过免疫组织化学和电镜技术发现P2X7受体存在于突触前终末。这种分布,揭示P2X7受体可能参与突触信息传递的调节。还有研究表明,P2X7存在于视网膜节细胞和耳蜗神经节细胞。5.p2px受体激活相关行为在炎症或者组织损伤发生时,外周神经纤维首先被激活。神经纤维上的电压或者化学门控通道以及G蛋白偶联受体导致动作电位的产生并传递到脊髓中枢。有实验表明,ATP及其P2X受体也可能参与这一过程。但是由于ATP是分子量很小的分子,且易受细胞外ATP酶的降解而使其在细胞外存在的时间很短,所以ATP及其受体在疼痛机制中的作用一直受到质疑,并且没有明确细胞外ATP分子的来源。1996年Burnstock等正式提出ATP是与疼痛相关的分子。他认为,从不同类型细胞分泌的ATP通过激活感觉神经终末上的相应受体而在疼痛的发生机制中起一定作用。而且,他就细胞外ATP的来源提出假设:组织损伤、肿瘤、炎症、血管和内脏扩张以及神经损伤后交感神经系统的激活,导致ATP在细胞外的聚集和P2X受体的激活。由此推测,ATP分子可能参与不同原因引起的痛的发生过程。1995年,Chen等发现P2X3受体特异性地表达在背根节的小细胞上。由于很高比例的小细胞是伤害性感受器,这也就提示P2X3可能介导了ATP引起的伤害性感受器激活。通过电生理实验,Stebbing等在分离的伤害性感受器上也证实存在功能性的P2X受体。行为学研究结果也支持功能性P2X受体存在于外周伤害性感受器上并参与疼痛的发生和传递。在大鼠后足皮下注射ATP及其受体激动剂α,β-meATP,可引起剂量依赖的伤害性防御行为和局限性的热敏。新生鼠辣椒素处理毁损伤害性感受器后,局部ATP引起的行为学改变可被大大消除。这说明上述行为学表现是由外周初级传入纤维上的P2X受体激活所介导的。最近,Cook等将分离的事先在牙髓注射荧光示踪剂而逆标的三叉半月节细胞和皮肤细胞共同培养,在用膜片钳全细胞模式记录三叉感觉神经元的同时,用另一根电极破坏邻近皮肤细胞使其胞浆流入胞外液中,发现机械杀伤皮肤细胞可以在三叉感觉细胞诱发出内向电流,而且用ATP事先脱敏处理或施加P2X受体拮抗剂可以阻断这种内向电流,证实胞外ATP可以激活外周伤害性感受器。这个结果表明外周组织损伤时引起上皮细胞损伤死亡,损伤细胞释放的ATP可以作为递质激活P2X3受体产生痛信号。细胞外的ATP可以激活背根节的伤害性神经元,但神经元对ATP及其同类物反应不一,这与细胞膜表面P2X受体亚型及其组成有关。通过在急性分离的成年大鼠腰段背根节神经元上记录激动剂和拮抗剂的作用和效果,反应动力学结果显示神经元对细胞外ATP的反应可分为三类:第一类,激活相对缓慢,不发生脱敏,可被ATP同类物α,β-meATP激活;第二类,很快激活和脱敏。这两类ATP敏感的DRG神经元被认为各自表达异源性P2X2/3受体和同源性P2X3受体;第三类,激活脱敏很快,但也有一个很慢的不发生脱敏的组成,这类可能同时表达异源性P2X2/3受体和同源性P2X3受体。异源性P2X2/3受体和同源性P2X3受体都可能参与伤害性信息从外周向脊髓的传递。初级传入终末在脊髓可释放ATP,但背根切断术不能完全消除ATP在脊髓的释放,说明ATP主要由初级传入中枢端释放,但也有脊髓神经元性的。P2X受体除了分布于突触前终末,还分布于突触后。因外周伤害性刺激而在脊髓释放的ATP既可能作用于突触前受体,也可能作用于突触后受体。突触前后的ATP受体,因亚型组成上不尽相同,导致功能上也是不同的。Gu等在背根节和脊髓背角共培养系统中,发现突触前P2X受体的激活不仅导致谷氨酸自发的释放频率增加,还会产生动作电位引起谷氨酸释放。Li等在脊髓薄片上的研究表明,P2X受体的拮抗剂PPADS可以抑制初级传入刺激引起的脊髓背角谷氨酸能神经元的兴奋性突触后电流。但是Zheng等发现鞘内给予P2X受体的拮抗剂PPADS在行为学上观察到镇痛效应有限。Hugel等则发现在脊髓背角分布于突触前终末P2X4和P2X2参与调节突触间GABA的释放。Sokolova等则在背根节神经元上观察到GABAB受体对P2X3受体的抑制性调节作用。更有研究表明在脊髓背角浅层大约半数的神经元利用ATP作为快速兴奋性递质。这些释放ATP的神经元还释放抑制性递质GABA,而释放GABA的神经元大多数也释放ATP。这说明GABA能的中间神经元是脊髓突触间ATP的主要来源。两种不同性质的递质共同释放的生理作用是什么?Jo等认为,对脊髓而言,在依赖局部环境的情况下,突触可以从抑制性状态转入兴奋性状态。这个过程涉及到Ca离子内流或腺苷受体激活介导的GABA受体的插入或调节。这种不同性质递质的共释放,不同性质受体的相互作用,以及引起的突触状态转变,有助于解释机械性痛敏和神经源性痛时的感觉信息处理变化。在脊髓背角,突触后也存在P2X受体。但是研究发现,脊髓背角神经元只有一小部分接受嘌呤能突触信息输入。Bardoni等发现在检测的脊髓Ⅱ层神经元中,背根刺激诱发的、由ATP介导的兴奋性突触后电位的数目不到5%,且P2X受体类型为P2X2、P2X4和P2X6。要注意的是,在体时记录P2X受体对ATP及其同类物反应要比离体时明显低些,那么在正常生理状态下这些受体的激活是否能兴奋伤害性初级传入神经?在麻醉状态下,大鼠血管内或关节内注射ATP或α,β-meATP,可引起支配关节的初级传入神经一个快速的短时程的Aδ纤维和C纤维兴奋。记录麻醉状态下大鼠的肠系膜神经显示,ATP和α,β-meATP可直接兴奋内脏初级传入神经。但是在体时,P2X受体激动剂α,β-meATP不能兴奋角膜的伤害性感受器以及猫牙槽的初级传入神经。上述结果有些矛盾,但导致这些差别的原因尚不清楚。近年研究表明,ATP除了通过P2X受体,还有可能通过一种新的机制参与疼痛信息的传递。Tominaga等发现,细胞外ATP通过作用于P2Y1可使PKC激活,后者再作用于VR1而降低辣椒素、质子和热刺激时VR1激活的阈值。ATP的这种效应可能有助于解释ATP诱导的痛敏。需要特别提到的是,细胞外的ATP在胞外ATP酶的作用下很快就降解为腺苷,后者作用于相应的P1受体来调节外周和中枢疼痛信号的传递。ATP通过P2X3和P2X2/3受体的激活可以使DRG神经元去极化,腺苷却通过作用于自身的A1受体而抑制高电压门控型Ca2+通道的开放。这说明腺苷的作用可能与ATP的作用相反。6.p2px3受体的信号和反应Chizh等在最近的文献中已阐述了ATP和P2X受体在不同性质的疼痛中作用。Bunstock也就嘌呤在痛尤其内脏痛中的作用作了介绍。本文在此将参考上述文章,对ATP及其P2X受体在疼痛中的作用做一介绍。实验中发现,在外周给予P2X受体的激动剂可以很快引起动物的伤害性防御反应。大鼠后足皮下注射P2X受体激动剂α,β-meATP后,立即就会表现缩足和舔足等反应。而且P2X1/P2X3/P2X2/3受体拮抗剂TNP-ATP可以抑制这样的防御性反应。除了直接引起自发性伤害防御行为,大鼠后足皮下注射P2X受体激动剂α,β-meATP还可以引起触觉异常,以及热和机械性的痛敏。鞘内给予α,β-meATP也可以诱导产生触觉异常以及热敏;若同时鞘内给予PPADS则能抑制α,β-meATP的作用。而且,发现NMDA受体拮抗剂也可以抑制α,β-meATP的作用,提示α,β-meATP可能通过激活P2X受体而诱导谷氨酸的释放,后再通过作用于NM-DA受体而诱导痛敏的产生。但是以甩尾及热盘模型和蜜蜂毒持续性自发痛模型研究表明,鞘内给予PPADS的镇痛效应有限。且发现P2X3-/-的大鼠对伤害性机械和热刺激的行为学反应并未有显著改变。因此生理状态下ATP及其P2受体在急性痛和持续性自发痛上发挥的作用还需要做进一步的实验研究。在福尔马林模型下,同时皮下给予ATP或α,β-meATP都会增强缩足反射的强度,但只在第二相;而P2X受体拮抗剂舒拉明和PPADS均可拮抗这种增强效应。而与野生型相比,福尔马林在P2X3-/-的大鼠上诱导的痛行为无论第一相还是第二相都有较明显的缓解。Stanfa等发现鞘内给予β,γ-L-ATP对C纤维激活产生的反应有明显的易化作用,并有提高后放电兴奋性的趋势,但对Aβ纤维诱导的背角神经元反应无影响;外周给予激动剂后,可诱导背角神经元的放电;在以正常大鼠、脊神经结扎后的大鼠和carrageenan诱导炎症的大鼠作对照研究时发现,鞘内给予拮抗剂舒拉明或PPADS对前两者的神经元活动没有影响,但却能明显抑制后者C纤维激活产生的反应。这些结果提示,ATP及其P2X受体可在组织损伤的情况下对脊髓水平伤害性信息传递的调节有一定作用,但对正常大鼠和有神经损伤的大鼠在脊髓水平的伤害性信息加工上作用不明显。Carrageenan诱导炎症后,在离体的皮肤神经标本上发现伤害性感受器对P2X受体激动剂α,β-meATP的伤害性防御反应增强。但ATP及其P2X受体是通过何种机制在炎症后痛反应增强以及痛敏中发挥作用的?外周炎症ATP水平的升高可能是引起痛敏的一种机制。因为在实验动物和关节炎的患者身上,都发现炎症组织ATP水平升高。Xu等则发现炎症时ATP对受体的亲和力以及受体表型都没有变化,但炎症可以改变P2X受体电压依赖性增加ATP激活的电流,还可以增加P2X2和P2X3受体的表达。而Paukert等则直接证实炎性介质P物质和缓激肽可增强ATP结合P2X3受体引起的电流。炎症时存在的组织酸化pH值下降,可以增强P2X受体对ATP的反应。行为学实验结果表明,预先给予PGE2处理会增强皮下注入ATP或α,β-meATP后反应,提示在炎性痛敏中P2X受体可能是通过外周作用而不是中枢作用发挥作用的。在鞘内持续注入P2X3受体的反义核苷酸可以明显减轻大鼠后足皮下注入CFA、福尔马林或者α,β-meATP所引起的痛行为反应,而这种痛行为反应的减轻与背根节P2X3受体表达的下降密切相关。但是上述处理引起的背根节P2X3受体表达下降对Carrageenan模型的痛行为反应几乎没有影响。但有慢性膝关节炎症大鼠麻醉后,关节腔内给予α,β-meATP并未表现C纤维和Aγ纤维反应的改变。这可能说明外周P2X受体发挥的作用如何与炎性痛的起源有关。还需要注意的是,P2X3-/-小鼠虽然对福尔马林的反应明显减轻,但对Carrageenan炎症后的痛敏反应没有减轻反而增强。这可能是P2X3-/-小鼠其它受体或者离子通道上调的结果,但还没有明确的证据。Eriksson等研究发现神经损伤后,P2X3受体在损伤局部暂时上调并可逆行运输到初级传入神经元。局部的P2X3受体上调可能与异常的冲动扩散有关。Bradbury等研究发现坐骨神经切断后,P2X3受体在背根节腰4/5的表达下降50%;而鞘内给予GDNF可完全翻转P2X3受体的表达下降。慢性坐骨神经限制性损伤时P2X3受体样免疫阳性细胞数增加。在神经损伤的同侧脊髓背角,发现P2X3受体阳性增强,这与初级传入脊髓终末的P2X受体表达上调一致。不过,Tsuzuki等发现神经损伤后在神经节上尽管总的P2X3mRNA表达增加,但神经纤维被切断的神经元P2X3mRNA表达下降。还有资料显示,神经损伤后会出现可能由P2X受体介导的嘌呤敏感性增强。上述实验揭示,P2X受体可能在神经源性痛上发挥作用,但是通过何种机制发挥作用尚不很清楚。不过行为学上,Honore等发现鞘内持续反义核苷酸处理可以明显减轻脊神经结扎引起的机械性痛敏,这与背根节