P2X7受體在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的作用*

王　靜 綜述，梁　亮 審校

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌 443002)

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·綜述·

P2X7受體在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的作用*

王靜 綜述，梁亮△審校

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌 443002)

糖尿病視網(wǎng)膜病變；腺苷三磷酸；P2X7受體；視網(wǎng)膜；糖尿?。痪C述

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病患者常見的并發(fā)癥，可引起糖尿病患者視力的嚴(yán)重?fù)p傷，在臨床預(yù)防及治療上均無理想治療手段[1]。DR最重要的特征是微血管周細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)及血管新生。微血管周細(xì)胞凋亡及損傷可導(dǎo)致血視網(wǎng)膜屏障和黃斑水腫，致使微血管周細(xì)胞和微血管近腔壁收縮細(xì)胞的丟失，是微動(dòng)脈瘤和新生血管叢發(fā)展進(jìn)程中的重要階段[2]。而氧化應(yīng)激、高級(jí)糖基化產(chǎn)物的形成、蛋白激酶C的上調(diào)、多元醇途徑的增加可引起炎性反應(yīng)，致使視網(wǎng)膜血管阻塞和局部缺血，導(dǎo)致視網(wǎng)膜血流減少及視網(wǎng)膜血管功能的破壞[3]。在一系列的反應(yīng)中，慢性高血糖癥激活多條信號(hào)途徑，其中活化的P2X7受體刺激病變部位細(xì)胞釋放VEGF，后者可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖/活化、增加血管通透性及誘導(dǎo)新生血管生成[4]?？梢姡琍2X7受體與DR密切相關(guān)，本文就二者關(guān)系作一綜述。

1　視網(wǎng)膜上P2X7受體的特點(diǎn)

P2X受體是配體門控離子通道家族，能夠被細(xì)胞外的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)激活，由P2X1～P2X7 7個(gè)亞型組成，分布于多種細(xì)胞，參與許多反應(yīng)如外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸傳遞、平滑肌細(xì)胞收縮、血小板聚集、巨噬細(xì)胞活化、細(xì)胞死亡及免疫調(diào)控[5]。其中，P2X7受體由兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)，一個(gè)胞外結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)N端和C端組成，C端區(qū)在P2X受體家族中最長(zhǎng)，與其他蛋白無同源性，帶有蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的結(jié)合基序，這一特殊結(jié)構(gòu)使得P2X7 受體具有獨(dú)特的分子功能，能通過擴(kuò)展N末端的胞質(zhì)尾區(qū)引起質(zhì)膜滲透障礙，導(dǎo)致細(xì)胞毒性和(或)凋亡[6]。P2X7受體在視網(wǎng)膜多種類型的細(xì)胞上表達(dá)，包括神經(jīng)細(xì)胞如神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞等[7-8]。在成年鼠的視網(wǎng)膜上，內(nèi)核層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層的許多細(xì)胞上都可檢測(cè)到免疫標(biāo)記的P2X7受體，此受體也存在于突觸前的視桿雙極細(xì)胞中，表明嘌呤在視網(wǎng)膜的神經(jīng)傳遞中扮演重要角色[9]。與嘌呤家族的其他配體門控通道相比，P2X7受體具有許多獨(dú)有的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)均表現(xiàn)出一定的生理和病理意義，如P2X7受體的最初激活可導(dǎo)致非選擇性胞膜孔道的開放，允許鈉(Na+)、鈣(Ca2+)內(nèi)流和鉀(K+)外流；持續(xù)性活化則可導(dǎo)致跨膜孔道的形成，允許相對(duì)分子質(zhì)量低于900的親水性分子通過，參與一系列病理生理過程[10]。Smith等[11]研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體在局部缺血大腦皮層的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)量明顯上調(diào)，其介導(dǎo)的信號(hào)涉及神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病，阿爾茨海默爾疾病及多發(fā)硬化癥[12]。此外，P2X7受體可通過細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平介導(dǎo)周細(xì)胞的收縮,血管舒縮反應(yīng)的時(shí)間和空間動(dòng)力學(xué)是由P2X7被激活后強(qiáng)烈抑制視網(wǎng)膜微血管網(wǎng)內(nèi)細(xì)胞間電緊張傳遞而形成的[13]。

2　P2X7受體和DR

2.1P2X7受體介導(dǎo)的炎性反應(yīng)與DR近年來研究表明DR是一種慢性炎癥病變，尤其是病變部位炎癥因子的持續(xù)活化，可能是導(dǎo)致DR復(fù)雜病理的起始原因[14]。眾所周知，P2X7受體在細(xì)胞的炎性反應(yīng)中扮演著危險(xiǎn)信號(hào)感受器的作用：即監(jiān)視炎癥部位危險(xiǎn)信號(hào)ATP的釋放情況，促進(jìn)炎癥細(xì)胞活化釋放炎癥因子。炎癥因子是炎性反應(yīng)中重要的參與者，視網(wǎng)膜中的炎癥因子異常聚集可能損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，造成組織水腫、滲漏及無灌注區(qū)的形成，此外炎性反應(yīng)能夠降解血管視網(wǎng)膜屏障的完整性，進(jìn)而導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管阻塞和局部缺血[15]。有研究表明，P2X7的激動(dòng)劑可有效增加白細(xì)胞介素(IL)-1β和腫瘤壞死因子α(TNF-α)從缺氧激活的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞中的釋放[16]。另外，最近的數(shù)據(jù)表明，P2X7受體活化可促進(jìn)TNF-α、IL-1β和IL-6等炎癥因子的釋放，參與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞死亡，而神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的死亡可伴隨眼內(nèi)壓增高進(jìn)而加劇P2X7受體的活化，加速視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的死亡[17]。雖然關(guān)于P2X7受體介導(dǎo)的炎性反應(yīng)與DR的相關(guān)研究還需要進(jìn)一步深入，但迄今為止的新發(fā)現(xiàn)已表明P2X7受體可能在DR進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用。

2.2P2X7受體介導(dǎo)的微血管周細(xì)胞凋亡與DRShestopalov等[18]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體受刺激后對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的殺傷作用，可能與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加相關(guān)；Liu等[19]研究也表明，細(xì)胞外ATP和它的代謝產(chǎn)物腺苷能夠影響眼中存活的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，并且，神經(jīng)性P2X7受體的早期上調(diào)可導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)元的損傷，進(jìn)而致使視網(wǎng)膜的破壞；Rejdak等[20]的數(shù)據(jù)表明，P2X7受體的活化也參與了缺氧誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)死亡。而機(jī)械壓力引起的ATP直接從視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞釋放，可激活P2X7受體。因?yàn)橐暰W(wǎng)膜中細(xì)胞外的ATP水平隨著眼內(nèi)壓的增加而上升，激活視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞上P2X7受體的活化可能是致命的，此自分泌反應(yīng)可能對(duì)青光眼的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞產(chǎn)生有害的效應(yīng)。有研究顯示，高糖濃度介質(zhì)中的人原始成纖維細(xì)胞會(huì)受到ATP的持續(xù)刺激，而發(fā)生形態(tài)改變進(jìn)而凋亡，其中P2X7受體起著重要的作用[21]；也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者的成纖維細(xì)胞的特征是帶有一個(gè)以高水平ATP釋放或以P2X7激活的增加為基礎(chǔ)的高反應(yīng)性嘌呤環(huán)[22]。此外，P2X7受體激活的延長(zhǎng)可導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞通透性增加[23]。

已有研究表明，大劑量葡萄糖可誘導(dǎo)人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，這可能是促進(jìn)DR發(fā)展的原因[24]。Sugiyama 等[25]發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，氧化型輔酶(NAD+)等造成視網(wǎng)膜微血管中細(xì)胞死亡，這一機(jī)制涉及P2X7嘌呤受體的活化及跨膜孔道的形成，患者一旦發(fā)生糖尿病，視網(wǎng)膜微血管對(duì)細(xì)胞外NAD+的血管毒性作用的敏感性增加大約100倍。而在體外研究中使用激光斑點(diǎn)循環(huán)分析儀和視網(wǎng)膜電描記術(shù)發(fā)現(xiàn)，四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病一旦發(fā)生，視網(wǎng)膜血流速度和功能更容易受到被P2X7受體激發(fā)后引起細(xì)胞凋亡的影響,因而可認(rèn)為，嘌呤型的血管毒性可能導(dǎo)致微血管的細(xì)胞死亡，是DR的標(biāo)志[26]。

2.3P2X7受體介導(dǎo)生成的VEGF與DR近年來的研究發(fā)現(xiàn)，DR發(fā)展的關(guān)鍵在于視網(wǎng)膜進(jìn)行性缺血刺激新生血管形成，脆弱的新生血管一旦形成將標(biāo)志著疾病本身進(jìn)入增生性DR(PDR)階段。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)又被稱為血管滲透因子，在血管生成的過程中起中心調(diào)控作用，是一種特異性刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖及新生血管形成的細(xì)胞因子[27]。在正常視網(wǎng)膜內(nèi)，僅在神經(jīng)視網(wǎng)膜、脈絡(luò)及視網(wǎng)膜色素上皮層存在少量的VEGF,而在糖尿病性視網(wǎng)膜病變的視網(wǎng)膜各層都可發(fā)現(xiàn)明顯增強(qiáng)的VEGF[27]。同時(shí)，視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞存在 VEGF 高親和受體，而且受體數(shù)目較其他組織內(nèi)皮細(xì)胞多，是啟動(dòng)新生血管形成的最重要、最有效的物質(zhì)，同時(shí)也參與腫瘤和DR中新生血管的形成[28]。在內(nèi)皮細(xì)胞中，ATP通過自分泌和旁分泌釋放細(xì)胞因子與趨化因子的信號(hào),該過程是一個(gè)特異的、受體介導(dǎo)的過程:ATP激活P2X7受體，活化的P2X7促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生活性氧化物(ROS)，ROS參與核苷酸受體介導(dǎo)的p38和JNK途徑的激活，ROS、p38和JNK途徑的激活可刺激病變部位細(xì)胞釋放VEGF，VEGF 可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、增加血管通透性及誘導(dǎo)新生血管生成，進(jìn)而引發(fā)增生性DR和其他缺血性視網(wǎng)膜疾病的病理性血管增生和血管重塑[29]。抑制 VEGF的產(chǎn)生及其受體的過度表達(dá)可延緩 DR 病變的發(fā)生、發(fā)展，從而找到更有效地防治 DR 的途徑。因而，抗血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的藥物近年被用于增殖型DR的圍術(shù)期[30]。

3　結(jié)　　語

綜上所述，P2X7嘌呤受體通過炎性反應(yīng)或釋放VEGF參與了DR 疾病的全過程，并與其發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。隨著檢測(cè)手段的不斷進(jìn)步，臨床上對(duì)患者體液中相關(guān)因子含量進(jìn)行檢測(cè)，可能會(huì)成為評(píng)價(jià)疾病嚴(yán)重程度，評(píng)估患者預(yù)后的有力檢測(cè)手段。

[1]Birbrair A,Zhang T,Wang ZM,et al.Pericytes:multitasking cells in the regeneration of injured,diseased,and aged skeletal muscle[J].Front Aging Neurosci,2014,6:245.

[2]Kitada M,Zhang Z,Mima A,et al.Molecular mechanisms of diabetic vascular complications[J].J Diabetes Investig,2010,1(3):77-89.

[3]Khan ZA,Chakrabarti S.Cellular signaling and potential new treatment targets in diabetic retinopathy[J].Exp Diabetes Res,2007:31867.

[4]Maia AR,Batista TM,Victorio JA,et al.Taurine supplementation reduces blood pressure and prevents endothelial dysfunction and oxidative stress in post-weaning protein-restricted rats[J].PLoS One,2014,9(8):e105851.

[5]Jiang R,Taly A,Grutter T.Moving through the gate in ATP-activated P2X receptors[J].Trends Biochem Sci,2013,38(1):20-29.

[6]Mon??o-Ribeiro LC,Faffe DS,Santana PT,et al.P2X7 receptor modulates inflammatory and functional pulmonary changes induced by silica[J].PLoS One,2014,9(10):e110185.

[7]Ide S,Nishizawa D,Fukuda K,et al.Haplotypes of P2RX7 gene polymorphisms are associated with both cold pain sensitivity and analgesic effect of fentanyl[J].Mol Pain,2014,10:75.

[8]Burnstock G.Discovery of purinergic signalling,the initial resistance and current explosion of interest[J].Br J Pharmacol,2012,167(2):238-255.

[9]Vessey KA,Fletcher EL.Rod and cone pathway signalling is altered in the P2X7 receptor knock out mouse[J].PLoS One,2012,7(1):e29990.

[10]Sugiyama T.Role of P2X7 receptors in neuronal death in the retina[J].Neural Regen Res,2014,9(6):579-581.

[11]Smith SM,Mitchell GS,Friedle SA,et al.Hypoxia attenuates purinergic P2X receptor-induced inflammatory gene expression in brainstem microglia[J].Hypoxia(Auckl),2013(1)：1-11.

[12]Letavic MA,Lord B,Bischoff F,et al.Synthesis and pharmacological characterization of two novel,brain penetrating P2X7 antagonists[J].ACS Med Chem Lett,2013,4(4):419-422.

[13]Notomi S,Hisatomi T,Murakami Y,et al.Dynamic increase in extracellular ATP accelerates photoreceptor cell apoptosis via ligation of P2RX7 in subretinal hemorrhage[J].PLoS One,2013,8(1):e53338.

[14]Shen J,Bi YL,Das UN.Potential role of polyunsaturated fatty acids in diabetic retinopathy[J].Arch Med Sci,2014,10(6):1167-1174.

[15]Nishida N,Jing D,Kuroda K,et al.Activation of signaling pathways related to cell wall integrity and multidrug resistance by organic solvent in Saccharomyces cerevisiae[J].Curr Genet,2014,60(3):149-162.

[16]Wesselius A,Bours MJ,Agrawal A,et al.Role of purinergic receptor polymorphisms in human bone[J].Front Biosci (Landmark Ed),2011,1:2572-2585.

[17]Niyadurupola N,Sidaway P,Ma N,et al.P2X7 receptor activation mediates retinal ganglion cell death in a human retina model of ischemic neurodegeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2013,54(3):2163-2170.

[18]Shestopalov VI,Slepak VZ.Molecular pathways of pannexin1-mediated neurotoxicity[J].Front Physiol,2014,5:23.

[19]Liu Y,Xu X,Tang R,et al.Viability of primary cultured retinal neurons in a hyperglycemic condition[J].Neural Regen Res,2013,8(5):410-419.

[20]Rejdak R,Junemann A,Grieb P,et al.Kynurenic acid and kynurenine aminotransferases in retinal aging and neurodegeneration[J].Pharmacol Rep,2011,63(6):1324-1334.

[21]Burnstock G,Novak I.Purinergic signalling and diabetes[J].Purinergic Signal,2013,9(3):307-324.

[22]Kur J,Newman EA,Chan-Ling T.Cellular and physiological mechanisms underlying blood flow regulation in the retina and choroid in health and disease[J].Prog Retin Eye Res,2012,31(5):377-406.

[23]Anccasi RM,Ornelas IM,Cossenza M,et al.ATP induces the death of developing avian retinal neurons in culture via activation of P2X7 and glutamate receptors[J].Purinergic Signal,2013,9(1):15-29.

[24]馬建芳,楊中漢,宋志宏,等.大劑量葡萄糖誘導(dǎo)人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[J].第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(5):435-438.

[25]Sugiyama T.Role of P2X7 receptors in the development of diabetic retinopathy[J].World J Diabetes,2014,5(2):141-145.

[26] Sugiyama T,Oku H,Komori A,et al.Effect of P2X7 receptor activation on the retinal blood velocity of diabetic rabbits[J].Arch Ophthalmol,2006,124(8):1143-1149.

[27]Seyedarabi A,Cheng L,Zachary I,et al.Production of soluble human vascular endothelial growth factor VEGF-A165-heparin binding domain in Escherichia coli[J].PLoS One,2013,8(2):e55690.

[28]Hubbell MC,Semotiuk AJ,Thorpe RB,et al.Chronic hypoxia and VEGF differentially modulate abundance and organization of myosin heavy chain isoforms in fetal and adult ovine arteries[J].Am J Physiol Cell Physiol,2012,303(10):C1090-1103.

[29]Hirano T,Iesato Y,Murata T.Multicolor pattern scan laser for diabetic retinopathy with cataract[J].Int J Ophthalmol,2014,7(4):673-676.

[30]Han XX,Guo CM,Li Y,et al.Effects of bevacizumab on the neovascular membrane of proliferative diabetic retinopathy:reduction of endothelial cells and expressions of VEGF and HIF-1α[J].Mol Vis,2012,18:1-9.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.14.040

宜昌市科技攻關(guān)項(xiàng)目(A14301-05)。作者簡(jiǎn)介：王靜(1969-)，副主任護(hù)師，本科，主要從事眼視光學(xué)研究。△

，E-mail:1215655424@qq.com。

R774.1

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1671-8348(2016)14-1987-03

2015-11-15

2016-02-27)