嘌呤能信號在炎癥性腸病中的作用研究

胡偉尚，李思慧，吳巧鳳

胡偉尚，李思慧，吳巧鳳，成都中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院 四川省成都市610075

核心提要： 近年來，嘌呤能信號在炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)中的作用越來越受到研究人員的重視. 本文通過綜述嘌呤能信號在免疫、疼痛等機制參與IBD的病理過程及以嘌呤能受體為靶點的藥物研究進展，為IBD發(fā)病機理及治療研究提供線索.

0 引言

嘌呤能信號是指三磷酸腺苷等內(nèi)源性核苷、核苷酸及其作用受體所構(gòu)成的嘌呤能信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)參與機體組織器官多種功能的調(diào)節(jié)，涉及機體各系統(tǒng)多種疾病的病理過程[1]. 嘌呤能信號通過嘌呤受體觸發(fā)的信號通路可完成各種功能-從作為神經(jīng)遞質(zhì)，到自體分泌和旁分泌信號傳導(dǎo)，甚至細胞激活和參與免疫反應(yīng). 其中由腺苷激活的嘌呤能受體家族為P1受體，該家族包含4個受體亞型： A1、A2A、A2B和A3受體; 由ATP激活的嘌呤能受體家族為P2受體家族，包含兩個受體亞型：P2X和P2Y受體. 嘌呤能信號及其受體在腸道神經(jīng)元系統(tǒng)和上皮細胞中廣泛分布和和表達，并通過免疫、疼痛等機制參與炎癥性腸炎的病理過程，在炎癥性腸炎的發(fā)病機制中發(fā)揮了重要作用. 研究嘌呤能受體在炎癥性腸炎中的具體作用機制，將為其治療提供新的思路和途徑. 本文就嘌呤能信號在炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)中的作用進行了綜述.

1 嘌呤能受體在腸道中的分布

1.1 嘌呤能受體在腸道神經(jīng)元中的分布 腸道神經(jīng)元系統(tǒng)的功能異常與IBD癥狀中長期的腸道功能障礙密切相關(guān). 據(jù)研究顯示，腸炎的嚴重程度與腸道神經(jīng)元的密度相關(guān)，且腸道神經(jīng)系統(tǒng)的異常發(fā)育可能會導(dǎo)致IBD 的發(fā)生. 具體來說，A1受體主要分布于腸肌間神經(jīng)節(jié)的胞體上，可調(diào)控末梢釋放乙酰膽堿. 通過A1受體在腸肌間神經(jīng)節(jié)上的表達可對腸收縮功能產(chǎn)生調(diào)節(jié)，且A1受體主要在腸神經(jīng)元水平上參與抑制腸道運動功能的過程.A2B受體腸肌間神經(jīng)叢上有廣泛表達，并與腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞的標志性物質(zhì)-膠質(zhì)纖維酸性蛋白有相類似的分布. A2A受體在腸神經(jīng)元系統(tǒng)中有廣泛表達，并抑制腸道神經(jīng)肌肉的收縮運動. P2X3、P2X7和P2Y1、P2Y2、P2Y6受體在腸道中也有廣泛分布和表達，其中P2X3可促進腸道蠕動運動. P2X7受體通過促進一氧化氮合酶活性抑制興奮性膽堿能神經(jīng)元的活動進而抑制腸道神經(jīng)肌肉的收縮運動[2]. P2Y1和P2Y2受體也都參與抑制腸道神經(jīng)肌肉的收縮運動，此外，P2Y6受體也促進腸道神經(jīng)肌肉收縮運動.

1.2 嘌呤能受體在腸道上皮細胞的分布 腸道物理屏障的主要構(gòu)成結(jié)構(gòu)為腸道上皮細胞，其對維持正常的腸道功能和穩(wěn)態(tài)起著非常重要的作用. 腸道上皮細胞的屏障功能的減弱可增加腸道通透性，導(dǎo)致腸道免疫細胞與腸道上皮細胞的“交互”異常，進而引起腸道免疫紊亂，導(dǎo)致IBD的發(fā)生[3].

經(jīng)研究表明，腺苷依賴A2B受體來調(diào)節(jié)腸道上皮細胞中的IL-10水平，進而影響相應(yīng)腸道組織損傷及炎性細胞的浸潤. A3受體在腸道上皮細胞以及腸肌間神經(jīng)節(jié)中均有不同程度的表達，但A3水平的高表達有可能是炎癥作用的結(jié)果. 在腸道上皮細胞中，P2X3、P2X7和P2Y1、P2Y2受體都有廣泛表達. P2X3、P2Y1、P2Y2受體能分別促進上皮細胞氯離子、鈉離子、碳酸氫離子及氯離子的釋放. P2X7在腸道葡萄糖的吸收起促進作用，且經(jīng)ATP激活可誘導(dǎo)腸上皮細胞對中性粒細胞的反應(yīng)遷移. 另外，Annabelle等[4]研究證明上皮細胞P2X7受體參與IEC誘導(dǎo)IL-1釋放，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)(表1).

2 嘌呤能信號系統(tǒng)廣泛參與腸道免疫炎癥

免疫炎癥在IBD的發(fā)病機制中起著重要作用，已有的研究表明免疫缺陷或免疫異常均可導(dǎo)致IBD發(fā)病率增高，且會加重已有病情. 嘌呤能受體廣泛分布在腸道神經(jīng)元系統(tǒng)和腸道上皮細胞中，在炎癥過程中，免疫細胞激活或腸道上皮細胞受到傷害或死亡時，細胞能很快釋放內(nèi)源性多種核苷酸分子如ATP、ADP等，激活相應(yīng)的嘌呤受體，進而調(diào)節(jié)效應(yīng)免疫細胞遷移和吞噬作用，調(diào)控了IBD的免疫應(yīng)答過程.

2.1 嘌呤能信號與T淋巴細胞 在IBD的病理過程中，T細胞尤其是CD4+T細胞明顯增多，激活的T細胞會分泌和釋放大量的炎癥因子，從而加重腸道炎癥反應(yīng). T細胞及Treg細胞在IBD的病理過程中發(fā)揮著重要的作用. 炎癥環(huán)境下，腺苷信號大量釋放，激活A(yù)2A受體，達到減少炎癥細胞的浸潤、減少T細胞相關(guān)炎癥因子的分泌的作用. 同時，局部堆積的ATP會激活P2X7受體，從而影響T細胞的分化以及功能，越成熟的T細胞表達P2X7受體水平越高，對ATP或NAD+的敏感性越強. 故ATP或NAD+在不同類型的T細胞中可通過P2X7受體介導(dǎo)不同的效應(yīng)，從而影響腸道炎癥反應(yīng). 另外，大量相關(guān)炎癥因子如IL-6的釋放，導(dǎo)致P2X7受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)的增加，有利于T淋巴細胞體內(nèi)分化為Th17細胞[6，7]，進而影響腸道炎癥反應(yīng). 另一方面，炎癥環(huán)境下，激活的A2A受體可增強Treg細胞的功能，Treg細胞具有免疫抑制功能，參與多種免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程[8]，可維持免疫耐受以及保護腸道黏膜. Deaglio等[9]認為小鼠Treg細胞表達高水平的胞外酶，如CD39和CD73，在降低促炎ATP濃度的同時還會增加局部微環(huán)境中抗炎腺苷的濃度.Schenk等[6]認為，ATP可激活Treg細胞上的P2X7，使Treg細胞的抗炎能力降低并促進其凋亡. Figliuolo等[10]的研究也證明細胞外ATP-P2X7通路引發(fā)Treg細胞的死亡，從而加重腸道炎癥.

表1 嘌呤能受體在腸道神經(jīng)元和腸上皮細胞的主要作用[5]

2.2 嘌呤能信號與巨噬細胞及中性粒細胞 在IBD的急性期，巨噬細胞和中性粒細胞的數(shù)量明顯增多，由于巨噬細胞在腸道內(nèi)作為主要的吞噬細胞，故在IBD的發(fā)病中具有重要作用[11]. A1受體對中性粒細胞和單核細胞的激活上調(diào)可能作為炎癥級聯(lián)的初始通道，促進免疫細胞遷移和激活. A2A受體減少黏膜炎癥細胞的浸潤，運用高選擇性A2A受體激動劑可以減少中性粒細胞的浸潤. A3受體在巨噬細胞及其他免疫細胞中都有表達，并且A3受體激動劑被認為通過影響AKt和NF-KB通路達到抑制免疫反應(yīng)的作用. 在UC以及CD鼠模型中可發(fā)現(xiàn)P2X7受體的巨噬細胞會明顯增多，進而導(dǎo)致相應(yīng)炎性因子的增多，參與IBD的病理反應(yīng). Layhadi等[12]研究表明，細胞外ATP通過激活P2X4受體，促進巨噬細胞分泌CXCL5，與CXCR2選擇性表達的中性粒細胞結(jié)合. P2X4受體與P2X7受體相互作用仍然是一個有爭議的問題[13].然而，這兩種P2X受體都被認為是各種炎癥性疾病的潛在藥物靶點.

2.3 嘌呤能信號與樹突細胞 樹突狀細胞在腸道免疫反應(yīng)的起始和調(diào)節(jié)中非常重要[14]. A1受體在未成熟的樹突狀細胞上高度表達，這可能是初始樹突狀細胞聚集到炎癥部位的原因. 活化的成熟樹突狀細胞也高度表達A2A受體，刺激多種抗炎途徑. 在腸道炎癥環(huán)境下，樹突細胞的P2X7受體被激活，通過NLRP3/Caspase-1炎性小體的途徑促進IL-1β的成熟及釋放，進而加重病情. Ben Addi等[15]用P2Y12基因敲除小鼠模型，觀察到ADP-P2Y12受體通路能顯著促進樹突狀細胞對OVA抗原的吞噬和呈遞作用，并激活OVA特異性的體液免疫和細胞免疫應(yīng)答. 在漿細胞樣樹狀突細胞(plasmacytoid dendritic cells，PDCs)中還觀察到，ATP等胞外核苷酸分子能顯著上調(diào)CD86、CD83和CD62L等分子的表達; 進一步分析表明，PDCs高表達多種P2Y嘌呤受體，暗示ATP等胞外核苷酸通過激活P2Y受體調(diào)節(jié)了PDCs的成熟分化[16].

2.4 嘌呤能信號與細胞因子 細胞因子通過結(jié)合相應(yīng)受體，調(diào)節(jié)細胞生長、分化和效應(yīng)，調(diào)控免疫應(yīng)答. 在腸道中，嘌呤能信號與細胞因子水平密切相關(guān). A2A受體的激活可以減少中性粒細胞黏附分子的表達，從而達到減少黏膜炎癥細胞聚集的作用，TNF-α、MAO和IL-1β等的產(chǎn)生也會明顯減少，對腸道炎癥起保護作用. A2B受體從上皮源性旁分泌中向中性粒細胞發(fā)出信號，是調(diào)節(jié)腸道上皮的炎癥反應(yīng)的一種手段. 一方面，A2B受體在IBD的病理過程中發(fā)揮著促炎的作用，基因敲除A2B受體或使用其高度拮抗劑均顯示促炎因子TNF MRNA水平的降低. 另一方面，A2B受體可介導(dǎo)IL-6分泌，而IL-6已經(jīng)被證明可以增加中性粒細胞的細胞內(nèi)鈣含量，與中性粒細胞脫顆粒相關(guān)[17]. 因此，而A3受體激動劑IBMECA可減少炎癥因子、趨化因子的浸潤，并且A3受體可刺激磷脂酶C和細胞內(nèi)Ca2+離子，特別是在空腸和近端結(jié)腸. Kurashima等[18]研究表明ATP作用于P2X7受體激活肥大細胞不僅能誘導(dǎo)脫顆粒和炎性細胞因子，還能誘導(dǎo)趨化因子白三烯B4(LTB4)用于招募炎癥細胞(如中性粒細胞)并隨后使其惡化腸道炎癥. 因此，以ATP介導(dǎo)的肥大細胞激活為目標可能是一種很有前途的預(yù)防和治療腸道炎癥的新策略. Seiffert等[19]研究表明不同的P2Y受體對細胞表達黏附分子、分泌炎癥因子或調(diào)節(jié)效應(yīng)細胞的招募作用，促進了炎癥反應(yīng). 比如P2Y6受體可調(diào)節(jié)多種炎性因子的表達，如TNF-α、MCP-1、MIP-1α/β和IL-6等[20]，并在體內(nèi)促進單核/巨噬細胞等招募作用，提高小鼠清除入侵細菌的能力[21].

3 嘌呤能信號參與 IBD疼痛機制

大量研究發(fā)現(xiàn)，嘌呤能信號在IBD中除了具有強大的炎癥和免疫調(diào)節(jié)作用，在疼痛信號傳導(dǎo)中也扮演著重要角色. 嘌呤能信號可作用于疼痛機制的外周感覺系統(tǒng)以及中樞系統(tǒng). 目前認為內(nèi)臟高敏感是引起IBD疼痛的主要病理生理機制. 內(nèi)臟感覺通過胞體位于脊髓背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia，DRG)的脊髓內(nèi)臟傳入神經(jīng)傳遞到次級感覺神經(jīng)元，進而投射到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[22].

3.1 嘌呤能信號在外周系統(tǒng)的作用機制 嘌呤能信號在外周系統(tǒng)中參與疼痛主要涉及ATP、嘌呤能受體亞型、初級感覺神經(jīng)元等. 初級感覺神經(jīng)元除含有相關(guān)神經(jīng)肽外，也表達特異性ATP受體通道如P2X3，介導(dǎo)相關(guān)電生理和生物反應(yīng)，共同參與痛覺的神經(jīng)傳遞和調(diào)制.在疼痛信號的傳遞過程中，大量研究發(fā)現(xiàn)，參與IBD疼痛信號的產(chǎn)生和傳導(dǎo)的受體主要是P2X3受體以及P2X2/3亞型受體表達于脊髓背根神經(jīng)節(jié). 研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸炎模型中，ATP的釋放以及介導(dǎo)傷害性感覺神經(jīng)反應(yīng)的P2X3及P2X2/3受體得到加強; 表達于結(jié)腸肌間神經(jīng)叢的P2X3受體在腸易激綜合征內(nèi)臟疼痛大鼠模型中有異常的升高[23]. 這說明P2X3受體的確參與了IBD疼痛及功能障礙的過程. P2X3在疼痛信號傳遞的具體過程中的參與原理和機制如下： 在炎癥環(huán)境中，周圍細胞由于受到損傷、內(nèi)臟牽拉或交感神經(jīng)興奮等刺激，會釋放大量ATP及其降解產(chǎn)物，導(dǎo)致其在局部高濃度并向鄰近區(qū)域擴散[24]，作用于初級傳入神經(jīng)的P2X3受體或者異源性P2X2/3受體，受體去極化產(chǎn)生動作電位導(dǎo)致疼痛. 從黏膜上皮細胞釋放的ATP在低閾值腸道感覺神經(jīng)纖維中激活P2X3受體進而調(diào)節(jié)腸道反射(包括腸蠕動)引起IBD癥狀中的腹脹; 同時在高閾值外在感覺神經(jīng)纖維激活P2X3受體可介導(dǎo)通過感覺神經(jīng)節(jié)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)疼痛中樞的傷害性信息的傳導(dǎo)[23]，進而引發(fā)內(nèi)臟高敏感和疼痛.

除P2X3受體外，其它嘌呤受體可能也參與了IBD疼痛機制，如研究[25]闡明了P2X7受體的激活可促進IBD炎癥和細胞死亡. 在P2X7受體敲除的動物模型中，都未觀察到相應(yīng)炎癥、疼痛等表現(xiàn)的進展[26]. 通過應(yīng)用P2X7受體拮抗劑發(fā)現(xiàn)，其可抑制痛覺信息傳遞，降低腹腔注射乙酸致內(nèi)臟痛大鼠內(nèi)臟痛指數(shù)，說明P2X7在IBD中存在易化作用. 其機制為： 胞外ATP受刺激后與P2X7受體結(jié)合，離子通道開放，Na+、Ca2+內(nèi)流、K+外流產(chǎn)生動作電位，P2X7 MRNA以及蛋白表達增多，脊髓背根神經(jīng)節(jié)GFAP異常表達，產(chǎn)生傷害性信息傳遞以及內(nèi)臟痛效應(yīng)[27].

3.2 嘌呤能信號在中樞系統(tǒng)的作用機制 神經(jīng)膠質(zhì)細胞在整個痛覺信息傳導(dǎo)和外周神經(jīng)損傷中扮演重要角色，ATP通過結(jié)合嘌呤受體，激活相關(guān)的小神經(jīng)膠質(zhì)細胞，小膠質(zhì)細胞對周圍組織損傷反應(yīng)迅速，首先表現(xiàn)為吞噬細胞表型，其次會釋放大量炎性介質(zhì)，這種促炎細胞外環(huán)境有助于IBD慢性炎性疼痛的形成. 大量的研究發(fā)現(xiàn)，疼痛等感覺信息的傳導(dǎo)與痛覺敏化的形成過程中，小膠質(zhì)細胞表面P2X4、P2X7、P2Y12 受體的活化起到了重要作用[24，26-29]. 小膠質(zhì)細胞表面的P2X4、P2X7、P2Y12 受體等被激活均可使磷酸化p38MAPK表達增強[30]. P2X4、P2X7、P2Y12三種不同類型的受體激活后的嘌呤信號通路，可被細胞內(nèi)的p38MAPK整合成共同的路徑，進一步引導(dǎo)下游信號分子、細胞因子等的合成與釋放而致內(nèi)臟痛.

4 嘌呤能信號及其受體為靶點的藥物

目前，嘌呤能信號及其受體被認為是治療炎癥性腸炎的潛在靶點. 但在相關(guān)藥物的研制方面，目前大部分研究局限于動物實驗階段.

4.1 P1受體靶向藥物 大多數(shù)的實驗?zāi)Ｐ脱芯空J為A2A受體激動劑對腸道炎癥具有顯著有益作用. A2A受體激動劑ATL-146[31]和ATL-313[32]顯著降低了結(jié)腸黏膜炎癥、促炎細胞因子水平和白細胞浸潤，并提高了抗炎細胞因子水平. 最近，Pallio等[33]證實了了A2A受體激動劑刺激脫氧核糖核苷酸在兩種實驗性結(jié)腸炎模型中可對抗出血性腹瀉，恢復(fù)受損上皮和黏膜完整性.

Kolachala等[34]發(fā)現(xiàn)A2B受體拮抗劑ATL-801對實驗性結(jié)腸炎小鼠炎癥參數(shù)有一定的改善作用，對疾病進展有益. 但Frick等[35]報道了A2B受體拮抗劑PSB1115在dss誘導(dǎo)結(jié)腸炎急性期產(chǎn)生的有害影響，因此質(zhì)疑A2B受體拮抗劑在IBD治療中的療效.

另一種有希望的治療腸道炎癥疾病的方法是A3A受體激動劑的藥理刺激. Ren等[36]的一項研究說明A3A受體激動劑的藥理刺激具有抑制DSS結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸內(nèi)上皮細胞NF-kB通路d 作用，NF-kB的抑制激活和IkBa磷酸化可引起結(jié)腸上皮促炎細胞因子的炎癥表達減少.

4.2 P2受體靶向藥物 P2X7受體拮抗劑AZD9056是唯一在臨床實驗中展現(xiàn)良好療效的嘌呤能受體靶向藥. Eser等[37]進行了一項研究對象為34名患者(24例AZD9056例，10例安慰劑)進行了一項臨床雙盲隨機對照IIa期研究，以評估口服P2X7受體拮抗劑AZD9056在中度至重度CD患者中的療效和安全性. 結(jié)果顯示AZD9056耐受性良好，無嚴重不良事件報告. AZD9056有潛力改善中度至重度CD患者的癥狀，特別是腹痛較為明顯的炎癥性腸炎患者.

另外，在大鼠三硝基苯磺酸結(jié)腸炎模型中，使用P2X7受體抑制劑A740003可降低t細胞和巨噬細胞在固有層的浸潤，隨后降低組織TNF和IL-1b濃度，從而減輕炎癥程度[38].

5 結(jié)論

隨著對嘌呤能信號在IBD中的作用研究的深入，越來越多的研究開始關(guān)注這一領(lǐng)域，以期找到新的靶向治療藥物. 但是，目前嘌呤能信號在IBD中的確切作用機制仍不清楚，除了參與免疫、疼痛等病理環(huán)節(jié)，嘌呤信號系統(tǒng)是否還通過神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)或腦腸軸等參與IBD？腸道菌群等新興領(lǐng)域是否與嘌呤信號系統(tǒng)密切相關(guān)？這些問題都有待進一步研究. 總之，隨著相關(guān)領(lǐng)域的深入探索，作為機體內(nèi)廣泛存在的物質(zhì)和信號基礎(chǔ)，嘌呤信號在IBD發(fā)病及治療中的作用將越來越明晰.