小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體：探索視網(wǎng)膜光損傷的新靶點(diǎn)

趙亞飛，唐勇，王詩惠，宋劍濤

小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體：探索視網(wǎng)膜光損傷的新靶點(diǎn)

趙亞飛1，唐勇2，王詩惠1，宋劍濤1

視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞是一種視網(wǎng)膜固有的巨噬細(xì)胞，具有維持視網(wǎng)膜自身穩(wěn)定的功能，在視網(wǎng)膜光損傷等視網(wǎng)膜病變中發(fā)揮重要作用，是我們探索視網(wǎng)膜疾病研究的新方向。P2X4受體是一種表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞的ATP門控離子通道受體，對于小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和存活具有重要的調(diào)控作用，且已有大量文獻(xiàn)證實(shí)其在視網(wǎng)膜中的表達(dá)。故本文將從視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞在光損傷中的作用及P2X4受體對光損傷中小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控作用進(jìn)行綜述。

P2X4；小膠質(zhì)細(xì)胞；光損傷

視網(wǎng)膜光損傷是一種視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞損傷引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)，嚴(yán)重者會引起視網(wǎng)膜色素變性、年齡相關(guān)性黃斑變性（Age-related Macular Degeneration，AMD）等視網(wǎng)膜變性疾病，嚴(yán)重影響人類的視力健康。而隨著電子產(chǎn)品的普及和光污染的泛濫，視網(wǎng)膜光損傷的危害將更為凸顯，尤其是近期新英格蘭雜志報(bào)道的兩例長期使用智能手機(jī)引起一過盲的病例，更提示我們應(yīng)重視光損傷對視網(wǎng)膜的危害[1]。正因如此，視網(wǎng)膜光損傷已經(jīng)成為近幾年眼科研究的新方向、新熱點(diǎn)，其研究方向愈加全面，涵蓋了病因、機(jī)制、治療、預(yù)防等方面；其中，小膠質(zhì)細(xì)胞具有維護(hù)視網(wǎng)膜穩(wěn)定的作用，為深入研究視網(wǎng)膜光損傷提供了突破點(diǎn)，而小膠質(zhì)細(xì)胞的P2X4受體對其活化和存活的調(diào)控更為進(jìn)一步探索視網(wǎng)膜光損傷的靶點(diǎn)提供了新的切入點(diǎn)。本文將從以上兩點(diǎn)進(jìn)行論述，以期為視網(wǎng)膜光損傷的發(fā)病機(jī)制及治療提供新的參考。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞在視網(wǎng)膜光損傷中的重要作用

小膠質(zhì)細(xì)胞屬于單核吞噬細(xì)胞系[2]，既往研究認(rèn)為其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要免疫效應(yīng)器，現(xiàn)被證實(shí)亦存在于視網(wǎng)膜中，與Müller細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞同屬于視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，占全部視網(wǎng)膜膠質(zhì)細(xì)胞的10%~20%，對視網(wǎng)膜細(xì)胞起保護(hù)、營養(yǎng)和屏障作用[3]。作為視網(wǎng)膜上固有的巨噬細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞與其他類型的膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元相互交聯(lián)，調(diào)控它們之間的激活和吞噬細(xì)胞碎片的能力，以維持視網(wǎng)膜穩(wěn)定。在靜息狀態(tài)下，視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞呈分枝狀，分層分布于視網(wǎng)膜的神經(jīng)纖維層、節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)叢狀層中，少量存在于外叢狀層，具有良好的結(jié)構(gòu)活力，但不能向視網(wǎng)膜各層遷移，而是利用其高度運(yùn)動型突起監(jiān)控視網(wǎng)膜不同的區(qū)域[4]。在光損傷、AMD等視網(wǎng)膜損傷和炎癥等因子的刺激下，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并參與神經(jīng)重建、視網(wǎng)膜損傷保護(hù)及自體保護(hù)。有研究發(fā)現(xiàn)，因損傷、炎癥等刺激活化的小膠質(zhì)細(xì)胞突起縮短、胞體肥大，呈“變形蟲樣”[5]，表現(xiàn)出高度定向性，可在損傷后數(shù)分鐘內(nèi)向視網(wǎng)膜損傷部位遷移（圖1-2），吞噬含有視紫紅質(zhì)的細(xì)胞碎片和β-淀粉樣蛋白（Aβ），形成玻璃膜疣，促進(jìn)AMD的進(jìn)展[6]。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞的持續(xù)性低度炎癥反應(yīng)亦可促使AMD形成。如果炎癥反應(yīng)持續(xù)存在，小膠質(zhì)細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞的持續(xù)性活化，視網(wǎng)膜中代謝副產(chǎn)物的堆積超過了正常的清除能力，引起補(bǔ)體系統(tǒng)活化，血液中巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞的浸潤，形成局部亞炎癥反應(yīng)，免疫反應(yīng)的平衡被打破，能引起AMD和其特有標(biāo)志——玻璃膜疣的形成[2]?？梢?，小膠質(zhì)細(xì)胞在以視網(wǎng)膜光損傷為主要病理過程的視網(wǎng)膜相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2 在視網(wǎng)膜光損傷中，小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體對視網(wǎng)膜的調(diào)控

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)的P2X4受體維護(hù)視網(wǎng)膜平衡

圖1 小膠質(zhì)細(xì)胞在視網(wǎng)膜中的分布。A圖為靜息狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞的分布情況，主要分布于視網(wǎng)膜的節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)叢狀層中，少量存在于神經(jīng)纖維層、外叢狀層中，不存在于外核層及視網(wǎng)膜下腔（圖中黑點(diǎn)為小膠質(zhì)細(xì)胞，箭頭所指為小膠質(zhì)細(xì)胞激活后的遷移方向）。B圖為激活后小膠質(zhì)細(xì)胞遷移的位置。炎癥、損傷等會激活小膠質(zhì)細(xì)胞，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞呈高度定向性，由內(nèi)層向外層逐漸遷移，進(jìn)入外核層及內(nèi)外節(jié)細(xì)胞交界處。

作為P2X受體的亞型，P2X4受體是三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）門控的陽離子通道，對生物體內(nèi)多種重要生命活動起一定的調(diào)節(jié)作用。二次跨膜的三聚體通道P2X4受體是由胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜域及胞內(nèi)N-、C-端組成的，每個(gè)亞單位都是具有海豚樣的結(jié)構(gòu)，包含頭部、沐部以及鰭部。頭部是一個(gè)長的跨膜的胞外環(huán)，具有ATP、拮抗劑及調(diào)節(jié)金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)；體部是2個(gè)跨膜區(qū)（TM1和TM2），形成一個(gè)非選擇性的陽離子通道，尾部是細(xì)胞內(nèi)的N端和C端[7]。P2X4受體廣泛分布在哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及內(nèi)分泌系統(tǒng)，尤其在小腦和脊髓中表達(dá)量相對較高。隨著研究的深入，已有大量證據(jù)證明P2X4受體亦存在于視網(wǎng)膜中。早在1998年就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了P2X4受體在視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜中存在[8]。其后，Ronald Jabs采用RT-PCR技術(shù)證實(shí)了在大鼠Müller細(xì)胞、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中有P2X4 mRNA的表達(dá)，且在視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的信號傳遞中起重要作用[9]。另有研究者運(yùn)用免疫熒光技術(shù)發(fā)現(xiàn)了P2X4受體在大鼠、小鼠和貓的視網(wǎng)膜的內(nèi)叢狀層、外叢狀層中均有表達(dá)，幫助視網(wǎng)膜維持動態(tài)平衡和免疫監(jiān)視，并與視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞密切相關(guān)[10]。這進(jìn)一步證實(shí)了P2X4在Müller細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中也有表達(dá)，并參與維護(hù)視網(wǎng)膜平衡。

2.2 ATP激活P2X4受體是誘發(fā)炎癥反應(yīng)重要環(huán)節(jié)

在視網(wǎng)膜中，ATP作為含量最豐富的物質(zhì)[11]，可與細(xì)胞膜上的P2X4受體結(jié)合，促使P2X4受體離子通道開放，鈉離子、鈣離子內(nèi)流，鉀離子外流，從而促進(jìn)活性氧、趨化因子、炎癥細(xì)胞因子（IL-1β，COX等）的分泌，誘發(fā)炎癥[12-13]。有研究亦證實(shí)，腎小管上皮細(xì)胞（HK-2）外ATP激活細(xì)胞膜上P2X4離子通道受體，引起鉀離子外流和鈣離子內(nèi)流，促使細(xì)胞內(nèi)鉀離子濃度降低、鈣離子濃度升高是糖尿病腎病腎小管上皮細(xì)胞分泌IL-1β的重要機(jī)制。而通過siRNA技術(shù)沉默HK-2細(xì)胞的P2X4基因后，其分泌的IL-1β降低，進(jìn)一步表明P2X4受體介導(dǎo)HK-2細(xì)胞分泌IL-1β[14]。尚有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外ATP的異常增高能夠直接作用于免疫細(xì)胞表面的P2X受體，促使其活化[15]，進(jìn)而啟動免疫反應(yīng)[16]，引起活性氧、趨化因子、炎癥因子的產(chǎn)生等，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生[17]。深入研究發(fā)現(xiàn)，激活和靜止?fàn)顟B(tài)的P2X4受體不僅在中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞表達(dá)，還在T、B淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞有表達(dá)，與ATP結(jié)合后參與組織損傷中的免疫活動。另P2X4受體與調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞功能的P2X7受體的交互作用異常亦影響免疫細(xì)胞的功能。P2X7通過其羧基端與P2X4受體聯(lián)系，敲除P2X4R基因后，P2X7誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡、染色率上升，IL-1β釋放，引起免疫細(xì)胞功能的紊亂[18]。而P2X7受體降低巨噬細(xì)胞吞噬能力這一特征，表明P2X7/P2X4受損能夠阻礙凋亡間隙細(xì)胞的清除，導(dǎo)致壞死細(xì)胞釋放ATP，反過來激活一個(gè)反饋回路，加劇了視網(wǎng)膜炎癥[19]。由此可知，P2X4參與免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)，是誘發(fā)炎癥反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。

2.3 視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體激活是視網(wǎng)膜相關(guān)疾病的重要病理過程

嘌呤受體P2X4存在于視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞中，對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和存活具有重要的調(diào)控作用。有報(bào)道指出，在多發(fā)性硬化的視神經(jīng)和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘發(fā)的神經(jīng)炎的脊髓中，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活且P2X4在炎癥區(qū)及激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)均上調(diào)[20-21]。而在視網(wǎng)膜光損傷中，光損傷刺激導(dǎo)致Müller細(xì)胞釋放ATP，釋放到胞外的ATP作為一種神經(jīng)遞質(zhì)與小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2X4受體相結(jié)合，從而激活小膠質(zhì)細(xì)胞，釋放一系列致炎因子（COX-2、IL-1 beta，TNF-alpha，MMPs等）及產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。此外，P2X4受體可以通過調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄因子，影響其在損傷后的小膠質(zhì)細(xì)胞表面的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)趨化因子CC亞家族（chemokine CC sub-family）表達(dá)的水平，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的功能[22]。運(yùn)用P2X4受體阻斷劑可顯著降低小膠質(zhì)細(xì)胞的膜皺縮、TNF-α的分泌、細(xì)胞形態(tài)的改變及小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，而P2X4受體激活劑則可顯著增加小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡[21]。由此可見，視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體激活是視網(wǎng)膜變性相關(guān)疾病的重要病理過程，阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞的激活或者抑制P2X4受體的表達(dá)是減輕視網(wǎng)膜光損傷新的研究方向和作用機(jī)制新環(huán)節(jié)[23-25]。

3 結(jié)語與展望

在胚胎發(fā)育早期，尤其是在胚胎期眼球發(fā)育的關(guān)鍵點(diǎn)上，ATP的釋放為眼球發(fā)育提供信號，且ATP信號的影響可以持續(xù)一生[26]。嘌呤受體P2X4作為ATP門控離子通道型受體，被ATP激活后可參與免疫細(xì)胞分泌相關(guān)免疫因子的調(diào)節(jié)及相關(guān)信號傳遞。而在視網(wǎng)膜光損傷所致的氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)中，視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞及其上的P2X4受體扮演了重要角色，即視網(wǎng)膜上損傷的感光細(xì)胞釋放ATP，激活小膠質(zhì)細(xì)胞P2X4受體，釋放炎癥因子，進(jìn)而誘發(fā)了視網(wǎng)膜炎癥反應(yīng)，這可能是以視網(wǎng)膜光損傷為基本病理過程的視網(wǎng)膜變性疾病的重要發(fā)病機(jī)制，而阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞的激活或抑制P2X4受體的表達(dá)以減輕視網(wǎng)膜光損傷為我們進(jìn)一步研究光損傷的視網(wǎng)膜保護(hù)及治療提供了新方向和新靶點(diǎn)。當(dāng)然，關(guān)于視網(wǎng)膜光損傷中小膠質(zhì)細(xì)胞及其受體P2X4作用的上下游調(diào)節(jié)路徑及與其他分子或者信號通路之間的相互作用尚需進(jìn)一步研究。

[1]A Alim-Marvasti，W Bi，OA Mahroo，et al.Transient Smartphone“Blindness”[J].N Engl J Med，2016，374（25）：2502-2504.

[2]A BGiulian D.Ameboid microglia as effectors of inflammation in the central nervous system[J].J Neurosci Res，1987，18（1）：155-171，132-133.

[3]Squire LR.Encyclopedia of Neuroscience[M].Singapore：Elsevier，2010：373-380.

[4]大鼠視網(wǎng)膜光損傷模型中小膠質(zhì)細(xì)胞的遷移及活化[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2011，38（2）：126-130，135.

[5]K Biber，H Neumann，K Inoue，et al.Neuronal‘On’and‘Off’signals control microglia[J].Trends in neurosciences，2007，30（11）：596-602.

[6]黃禮彬，徐國興.小膠質(zhì)細(xì)胞在年齡相關(guān)性黃斑變性中的作用[J].海峽科學(xué)，2015，8（104）：3-7.

[7]Diego Dal Ben，Michela Buccioni，Catia Lambertucci，et al，Purinergic P2X receptors：Structural models and analysis of ligand-target interaction[J].European Journal of Medicinal Chemistry，2015，7（89）：561-580.

[8]Uwe Brandle，Elke Guenther，Claudia Irrle，et al.Gene expression of the P2X receptors in the rat retina[J].Brain Res Mol Brain Res，1998，59（2）：269-272.

[9]Ronald Jabs，Elke Guenther，Katja Marquordt，et al.Evidence for P2X 3，P2X4，P2X5 but not for P2X containing purinergic receptors in Muller cells of the rat retina[J].Molecular Brain Research，2000，76（2）：205-210.

[10]T Ho，KA Vessey，EL Fletcher.Immunolocalization of the P2X4 receptor on neurons and glia in the mammalian retina[J].Neuroscience，2014，277（26）：55-71.

[11]M.J.Neal，J.R.Cunningham，Z.Dent.Modulation of extracellular GABA levels in the retina by activation of glial P2X-purinoceptors[J]. Br.J.Pharmacol，1998，124（2）：317-322.

[12]Shi F，Zhou D，Ji Z，et al.Anti-arthritic activity of luteolin in Freund’s complete adjuvant-induced arthritis in rats by suppressing P2X4 pathway[J].Chem Biol Interact.2015，25（226）：82-87.

[13]Burm SM，Zuiderwijk-Sick EA，Weert PM，et al.ATP-induced IL-1β secretion is selectively impaired in microglia as compared to hematopoietic acrophages[J].Glia.，2016，64（12）：2231-2246.

[14]陳客宏，張煒煒，張錦華，等.P2X4介導(dǎo)高糖刺激腎小管上皮細(xì)胞分泌白介素-1β的作用[J].中華腎病研究電子雜志，2012，1（2）：109-115.

[15]Trautmann A.Extracellular ATP in the immune system：more than just a"danger signal"[J].Sci Signal，2009，2（56）：6.

[16]Vitiello L，Gorini S，Rosano G，et al.Immunoregulation throughextracellular nucleotides[J].Blood，2012，120（3）：511-518.

[17]Bours MJ，Dagnelie PC，Giuliani AL，et al.P2 receptors andextracellular ATP：a novel homeostatic pathway in infl ammation[J]. Front Biosci（Schol Ed），2011，1（3）：1443-1456.

[18]G Pérez-Flores，SA Lévesque，J Pacheco，et al.The P2X7/P2X4 interaction shapes the purinergic response in murine macrophages[J]. BBRC，2015，467（3）：484-490.

[19]Gu BJ，Baird PN，Vessey KA，et al.A rare functional haplotype of the P2RX4 and P2RX7genes leads to loss of innate phagocytosis and confers increased risk of age-related[J].The Faseb Journal，2013，27（4）：1479-1487.

[20]Buschini E，Piras A，Nuzzi R，et al.Age related macular degeneration and drusen：neuroinflammation in the retina[J].Prog Neurobiol，2011，95（1）：14-25.

[21]Vázquez-Villoldo N，Domercq M，Martín A，et al.P2X4 receptors control the fate and survival of activated microglia[J].GLIA，2014，62（2）：171-184.

[22]Tsuda M.Microglia in the spinal cord and neuropathic pain[J].J Diabetes Investig，2016，7（1）：17-26.

[23]Langmann T.Microglia activation in retinal degeneration[J].Leukoc Biol，2007，81（6）：1345-1351.

[24]Li L，Eter N，Heiduschka P.The microglia in healthy and diseased retina[J].Exp Eye Res，2015，136（10）：116-130.

[25]Karlstetter M，Scholz R，Rutar M，et al.Retinal microglia：just bystander or target for therapy[J].Prog Retin Eye Res，2015，45（28）：30-57.

[26]Pearson RA，Dale N，Llaudet E，et al.ATP released via gap junction hemichannels from the pigment epithelium regulates neural retinal progenitor proliferation[J].Neuron，46（5）：731-744.

P2X4 receptor in microglial cells：A new target of retinal light damage

ZHAO Yafei，WANG Shihui，Tang Yong，et al.
Eye hospital，China Academy of Chinese Medicial sciences，Beijing 100040，China

Retinal microglial cells，as macrophages in retinal，maintain the stability of retina.The activation of microglia plays an important role in retinal light damage of retinal lesions，which is a new research direction of retinal diseases.P2X4 receptor，as a ATP receptor ion channel gating，plays an important role in the activation of microglia and survival.Therefore，regulation of P2X4 receptor in microglia can become a new direction of retinal function and mechanism of light damage.

P2X4；microglia；light damage

R774.1

A

1002-4379（2017）01-0056-03

10.13444/j.cnki.zgzyykzz.2017.01.016

中國中醫(yī)科學(xué)院眼科醫(yī)院院級科研基金（201607）

1中國中醫(yī)科學(xué)院眼科醫(yī)院，北京100000 2成都中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，成都610075

宋劍濤，E-mail：jangts@163.com