α7煙堿型乙酰膽堿受體在調(diào)控動物炎癥反應(yīng)中的作用

吳 培 馮 琳 姜維丹 周小秋*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，成都 611130；2.動物抗病營養(yǎng)教育部重點實驗室，成都 611130)

在動物生產(chǎn)中，許多炎性疾病如豬的腸炎、奶牛的乳房炎等，會削弱動物健康狀況和生產(chǎn)力[1-2]。因此，緩解炎癥反應(yīng)對保證動物健康非常重要。研究發(fā)現(xiàn)，膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)在調(diào)控炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[3]。在敗血癥豬上，刺激傳出迷走神經(jīng)降低了活化單核細胞數(shù)量，緩解了多器官功能障礙[4]；仔豬腹瀉則伴隨著回腸黏膜迷走神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿含量的降低[5]。α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7-nicotinic acetylcholine receptor，α7nAChR)是煙堿型乙酰膽堿受體的一種亞型，是介導(dǎo)突觸間快速信號傳遞的配體門控離子通道蛋白，在巨噬細胞、淋巴細胞等免疫細胞中均有表達[3]。研究發(fā)現(xiàn)，青年母豬發(fā)生子宮內(nèi)膜炎時，子宮內(nèi)膜和肌層α7nAChR蛋白表達降低[6]；抑制α7nAChR表達后提高了脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的牡蠣血細胞中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)表達[7]；與野生型小鼠相比，α7nAChR缺失提高了LPS誘導(dǎo)的小鼠血清中炎性細胞因子含量，同時電刺激迷走神經(jīng)不能降低LPS誘導(dǎo)的α7nAChR缺失小鼠血清中炎性細胞因子含量[8]。以上結(jié)果說明，α7nAChR在膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)介導(dǎo)的抗炎途徑中是必需的。本文擬就α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用與作用機制作一綜述。

1 α7nAChR簡述

1.1 α7nAChR蛋白結(jié)構(gòu)

α7nAChR屬于神經(jīng)遞質(zhì)門控離子通道超家族，是由5個獨立α7亞基組裝成的一個同型五聚體[3]。雞、大鼠和人α7亞基均含有502個氨基酸殘基，包括由23個氨基酸殘基組成的信號肽[9-11]，斑馬魚α7亞基則含509個氨基酸殘基[12]。雞α7成熟亞基有479個氨基酸，與大鼠、斑馬魚和人α7亞基同源性分別為79%、76%和88%[11-12]；其N末端胞外區(qū)含有3個糖基化位點、5個半胱氨酸(Cys)殘基，并含有4個α螺旋結(jié)構(gòu)的跨膜區(qū)[11]。N末端胞外的3個糖基化位點和其中4個Cys殘基及胞內(nèi)區(qū)第365位絲氨酸(Ser365)磷酸化位點在雞、大鼠、斑馬魚和人上是保守的。

1.2 α7nAChR蛋白分布

α7nAChR在神經(jīng)系統(tǒng)分布的主要區(qū)域為：大腦灰質(zhì)、海馬、基底神經(jīng)節(jié)、丘腦、視葉及視網(wǎng)膜等，其表達分布的細胞主要包括腦區(qū)海馬星形膠質(zhì)細胞、成熟樹突狀細胞、小膠質(zhì)細胞等[3]；此外，α7nAChR在哺乳動物血管內(nèi)皮細胞、支氣管上皮細胞、胸腺上皮細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞、血液白細胞、單核細胞、巨噬細胞等均有表達[3,13]，且其結(jié)構(gòu)和功能與神經(jīng)節(jié)上的神經(jīng)元α7nAChR相似。在斑馬魚上，α7nAChR在后腦及其附近區(qū)域有表達[12]。α7nAChR在神經(jīng)、循環(huán)、呼吸、免疫系統(tǒng)中的廣泛分布，表明其很可能與多種疾病之間存在聯(lián)系。

2 α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用及其機制

2.1 α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用

α7nAChR在調(diào)控動物炎癥反應(yīng)中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，α7nAChR敲除加劇了腎炎小鼠腎臟損傷和炎性細胞浸潤[14]以及結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸炎癥[15]。抑制α7nAChR活化則加重了大鼠胰腺炎[16]、LPS誘導(dǎo)的大鼠肝臟組織炎性細胞浸潤[17]以及關(guān)節(jié)炎小鼠軟骨變性[18]。激活α7nAChR則緩解了結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸組織損傷[19]、LPS誘導(dǎo)的大鼠回腸損傷[20]以及敗血癥導(dǎo)致的和LPS誘導(dǎo)的小鼠肺臟損傷[21-22]，但是加劇了關(guān)節(jié)炎小鼠關(guān)節(jié)腫脹[23]。以上結(jié)果說明，α7nAChR參與了動物炎癥反應(yīng)的調(diào)控，且對不同組織器官炎癥的調(diào)控存在差異。

細胞因子是炎癥反應(yīng)的主要介質(zhì)，TNF-α、白細胞介素(interleukin，IL)-1等是重要的炎性細胞因子，能調(diào)控其他炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，α7nAChR敲除提高了小鼠血清中IL-1β含量[24]以及結(jié)腸炎小鼠血清中IL-1β、IL-6和TNF-α含量[15]。抑制α7nAChR活化提高了肺臟損傷兔肺臟組織中TNF-α和IL-6含量[25]以及右美托嘧啶處理的急性肝臟損傷[17]和急性胰腺炎[16]大鼠血清中TNF-α和IL-6含量，但降低了LPS誘導(dǎo)的小鼠骨髓來源的單核/巨噬細胞中TNF-α和IL-10含量[26]。激活α7nAChR則降低了結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中IL-6和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)含量[19]，燒傷小鼠血清中IL-6含量[27]，肺臟損傷大鼠肺臟中TNF-α、IL-1β和IL-6含量[28]，以及LPS誘導(dǎo)的小鼠血清[29]、星形膠質(zhì)細胞[30]和單核巨噬細胞[31]中TNF-α和IL-6含量。以上結(jié)果表明，α7nAChR能介導(dǎo)調(diào)控炎性細胞因子的產(chǎn)生進而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

細胞因子的產(chǎn)生受到基因和蛋白質(zhì)水平的調(diào)控。α7nAChR介導(dǎo)的細胞因子含量變化可能與其參與調(diào)控細胞因子基因表達、蛋白質(zhì)合成有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，α7nAChR敲除提高了腎炎小鼠腎臟[14]和心肌梗塞小鼠脾臟[32]TNF-α、IL-1β和IL-6等細胞因子基因表達。抑制α7nAChR活化提高了右美托嘧啶處理的急性肝損傷大鼠肝臟組織TNF-α和IL-6的基因表達[17]。激活α7nAChR則降低了燒傷小鼠脛前肌中IL-1β和IL-6基因表達[27]，以及LPS誘導(dǎo)的小鼠海馬體、前額皮質(zhì)區(qū)[33]和單核巨噬細胞J774[34]中TNF-α和IL-1β基因表達。這說明α7nAChR能介導(dǎo)調(diào)控細胞因子基因表達。此外，激活α7nAChR降低了LPS誘導(dǎo)的小鼠星形膠質(zhì)細胞[30]和單核巨噬細胞J774[34]中TNF-α蛋白表達以及LPS誘導(dǎo)的大鼠神經(jīng)元-小神經(jīng)膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)中TNF-α和IL-1β蛋白表達[35]，說明α7nAChR能介導(dǎo)調(diào)控細胞因子蛋白質(zhì)合成。以上結(jié)果說明，α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用可能通過調(diào)控細胞因子的基因表達、蛋白質(zhì)合成來實現(xiàn)。

2.2 α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用機制

經(jīng)典的α7nAChR活化產(chǎn)生的胞內(nèi)效應(yīng)由離子通道介導(dǎo)，在一些非神經(jīng)細胞中，如T細胞中，α7nAChR活化能提高胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)濃度[36]。在神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞中，α7nAChR活化還能通過活化雙面神激酶2(Janus kinase 2，JAK2)和磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)引起絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt)磷酸化[37]。研究表明，α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用可能主要通過核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信號途徑與JAK2-信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號途徑實現(xiàn)。

2.2.1 NF-κB信號途徑

NF-κB信號途徑在調(diào)控炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，參與調(diào)節(jié)多種細胞因子的表達[3]。研究發(fā)現(xiàn)，激活α7nAChR降低了LPS誘導(dǎo)的心肌損傷小鼠心肌組織中NF-κB/p65的表達[38]，燒傷小鼠肌肉[27]和子癇前期病人單核細胞中NF-κB活性[39]，LPS誘導(dǎo)的小鼠單核巨噬細胞中NF-κB/p65磷酸化[31,34]，LPS誘導(dǎo)的小鼠星形膠質(zhì)細胞中NF-κB核轉(zhuǎn)位及其活性[30]，以及小鼠炎性脂肪細胞中NF-κB/p60和p65的轉(zhuǎn)錄活性[40]。抑制α7nAChR活化則增加了LPS誘導(dǎo)的心肌損傷小鼠心肌組織[38]和慢性阻塞性肺病大鼠肺臟組織中NF-κB表達[41]，心搏停止大鼠大腦皮質(zhì)和海馬體中NF-κB磷酸化水平[42]，右美托嘧啶處理的急性肝損傷大鼠肝臟組織中NF-κB/p65磷酸化[17]，以及LPS誘導(dǎo)的人支氣管上皮細胞中NF-κB/p65的表達和轉(zhuǎn)錄活性[43]。這說明α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用與NF-κB密切相關(guān)。靜息狀態(tài)下，NF-κB通常以p50-p65異二聚體的形式與NF-κB抑制蛋白(inhibitor nuclear factor-kappa B，IκB)結(jié)合而呈非活化狀態(tài)；當(dāng)IκB被IκB激酶(IκB kinase，IKK)磷酸化進而泛素化被降解后，p65和/或者p50亞基進入細胞核調(diào)控相關(guān)基因表達。同時，NF-κB受到上游信號分子Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)和髓樣分化蛋白88(myeloid differential protein 88，MyD88)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，激活α7nAChR抑制了LPS誘導(dǎo)的小鼠單核巨噬細胞和星形膠質(zhì)細胞中IκB磷酸化[30-31]，并抑制了LPS誘導(dǎo)的小鼠單核巨噬細胞中IKKα/β磷酸化[31]以及心肺分流術(shù)導(dǎo)致的大鼠海馬區(qū)TLR4和MyD88基因和蛋白表達[44]。抑制α7nAChR活化提高了LPS誘導(dǎo)的人支氣管上皮細胞[43]和右美托嘧啶處理的急性肝損傷大鼠肝臟組織[17]中IκB的磷酸化。以上結(jié)果說明，α7nAChR活化后能抑制IκB的降解，進而抑制NF-κB核轉(zhuǎn)位，最終抑制炎性細胞因子表達，緩解炎癥反應(yīng)。

2.2.2 JAK2-STAT3信號途徑

JAK2-STAT3信號途徑在調(diào)控細胞因子表達、炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[45]。α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用可能與JAK2-STAT3信號途徑密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，激活α7nAChR活化提高了LPS活化的小鼠巨噬細胞中STAT3磷酸化，且不能降低STAT3活性缺失小鼠巨噬細胞中TNF-α表達[45]；提高了小鼠炎性脂肪細胞中STAT3S727磷酸化[40]；但降低了燒傷小鼠肌肉[27]和小鼠單核巨噬細胞[34]中STAT3磷酸化以及小鼠炎性脂肪細胞中STAT3Y705磷酸化[40]。抑制α7nAChR則阻止了尼古丁誘導(dǎo)的小鼠巨噬細胞和人冠狀動脈內(nèi)皮細胞中STAT3磷酸化[45-46]。STAT3能被胞質(zhì)中JAK2激活。進一步研究表明，抑制α7nAChR提高了慢性阻塞性肺病大鼠肺臟組織中JAK2表達[41]，而抑制JAK2磷酸化后抑制了α7nAChR活化誘導(dǎo)的小鼠巨噬細胞中STAT3磷酸化[45]。以上研究結(jié)果表明，α7nAChR活化能通過JAK2-STAT3信號途徑發(fā)揮抗炎作用，但在不同組織器官炎癥或損傷模式下的作用方式存在差異。

2.2.3 其他途徑

除了NF-κB和JAK/STAT3途徑外，α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用還可能與其他信號通路有關(guān)，如胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)、環(huán)磷酸腺苷(cAMP)與蛋白激酶A(PKA)等。研究發(fā)現(xiàn)，激活α7nAChR活化抑制了LPS誘導(dǎo)的小鼠腹膜巨噬細胞中ERK、JNK與p38 MAPK磷酸化[21]。此外，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)能提高cAMP含量與PKA活性。研究表明，激活α7nAChR活化提高了LPS活化的人單核細胞中PEG2含量，而抑制α7nAChR則降低了PEG2含量，說明α7nAChR活化后可能通過調(diào)節(jié)內(nèi)源PGE2的產(chǎn)生來發(fā)揮抗炎作用[47]。

3 營養(yǎng)物質(zhì)通過α7nAChR對炎癥反應(yīng)的調(diào)控作用

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，多種營養(yǎng)素，包括精氨酸(Arg)、ω-3脂肪酸、維生素D3、膽堿等能夠提高動物免疫功能。研究表明，一些營養(yǎng)物質(zhì)可以通過激活迷走神經(jīng)緩解動物炎癥，調(diào)節(jié)動物免疫功能。Niijima等[48]報道，靜脈注射Arg與賴氨酸(Lys)提高了大鼠胸腺迷走傳出神經(jīng)活性和胸腺T細胞釋放，而對肝臟迷走神經(jīng)切除大鼠沒有影響，說明Arg與Lys可以通過迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)大鼠免疫功能。另外，高脂飼糧能降低出血性休克大鼠血液中TNF-α與IL-6含量，而化學(xué)阻滯迷走傳入神經(jīng)或切斷迷走神經(jīng)抑制了這一作用[49-50]，說明高脂飼糧能通過迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)動物炎癥。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)物質(zhì)能通過α7nAChR調(diào)節(jié)動物炎癥反應(yīng)。高脂飼糧降低了LPS誘導(dǎo)的小鼠肺泡巨噬細胞和肺間質(zhì)巨噬細胞[51]以及母鼠后代肝臟[52]中α7nAChR蛋白表達，但提高了大鼠下丘腦外側(cè)和腹中側(cè)α7nAChR與配體的結(jié)合[53]；抑制和激活α7nAChR則分別抑制了高脂飼糧降低出血性休克大鼠血液中TNF-α與IL-6含量的作用[50]和高脂誘導(dǎo)的小鼠肝細胞中TNF-α與IL-6基因表達[52]。膽堿是一個內(nèi)源性α7nAChR激動劑[54]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧膽堿緩解了腦損傷導(dǎo)致的大鼠大腦海馬體等區(qū)域α7nAChR活性下降及腦部炎癥[55]，但降低了LPS誘導(dǎo)的大鼠胎盤α7nAChR蛋白表達[56]；注射膽堿則上調(diào)了LPS處理的小鼠海馬區(qū)α7nAChR表達及活性[57]，且不能降低α7nAChR敲除小鼠血清中TNF-α含量[58]，說明膽堿能通過活化α7nAChR調(diào)控動物炎癥反應(yīng)。此外，Arg提高了大鼠前額皮質(zhì)和海馬體α7nAChR蛋白表達[59]；維生素D3降低了糖尿病大鼠大腦皮層[60]和小腦[61]α7nAChR基因表達；而蛋氨酸-膽堿缺乏誘導(dǎo)了α7nAChR敲除小鼠肝臟中TNF基因表達[62]。以上結(jié)果說明，飼糧脂肪水平、膽堿、維生素D3等營養(yǎng)因素可能通過α7nAChR調(diào)控動物炎癥。

腸內(nèi)信號可以通過活化位于迷走傳入神經(jīng)纖維的化學(xué)感受器激活迷走神經(jīng)[63]。膽囊收縮素1受體(CCK-1R)則是位于迷走傳入神經(jīng)纖維上的化學(xué)感受器之一[64]。在大鼠上的研究表明，抑制CCK-1R表達能抑制高脂飼糧降低出血性休克大鼠血液中TNF-α與IL-6含量的作用，而抑制α7nAChR表達也有同樣的作用，說明高脂飼糧可能通過活化迷走傳入神經(jīng)上的CCK-1R，刺激迷走神經(jīng)，活化α7nAChR調(diào)節(jié)動物炎癥[49-50]。這一結(jié)果說明，腸內(nèi)營養(yǎng)可能通過激活迷走傳入神經(jīng)，進而活化α7nAChR調(diào)控動物炎癥反應(yīng)。

4 小結(jié)與展望

α7nAChR廣泛存在于神經(jīng)細胞與多種免疫細胞中，其活化后可以通過阻止IκB降解和p65核轉(zhuǎn)位、調(diào)控NF-κB轉(zhuǎn)錄活性進而調(diào)控細胞因子的產(chǎn)生，緩解炎癥；同時還可以通過JAK2-STAT3信號途徑調(diào)控細胞因子表達，產(chǎn)生抗炎作用。近年來，α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用越來越受到研究者的關(guān)注，并被廣泛用于治療人類多種炎性疾病。但對于α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用在動物上研究較少，且其活化后胞內(nèi)信號傳遞機制，尤其是不同信號通路之間的相互作用研究較少，有待進一步研究。此外，α7nAChR在營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控炎癥反應(yīng)中的作用研究非常少，有必要開展相關(guān)研究，為動物抗病營養(yǎng)研究提供新的支撐。