P2X7受體在胞內(nèi)病原體感染中的研究進(jìn)展

2021-12-15 07:56:02賀樟平陳列松吳移謀

中國(guó)人獸共患病學(xué)報(bào) 2021年11期

賀樟平，陳列松，吳移謀

嘌呤受體分為P1和P2受體，P1受體主要由腺苷激活，P2受體主要由ATP激活。P1受體再分為A1、A2、A3等亞型，而P2受體家族包括P2YG蛋白偶聯(lián)受體(P2Y1、2、4、6、11-14)和P2X配體門控離子通道受體(P2X1-7)[1]。P2Z受體最先從大鼠腦中克隆出來，之后被命名為P2X7受體，隨著對(duì)該受體的深入研究，發(fā)現(xiàn)其參與宿主清除微生物機(jī)制并介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。P2X7受體參與機(jī)體抵抗結(jié)核桿菌、衣原體、布氏桿菌、病毒，寄生蟲等多種胞內(nèi)病原體的感染過程。雖然抗生素的使用有效減輕了病原體侵入機(jī)體后引起的炎癥反應(yīng)，但抗生素濫用，多種超級(jí)細(xì)菌已進(jìn)化出耐藥性，對(duì)人體健康造成極大危害。隨著基因敲除P2X7受體的動(dòng)物模型和細(xì)胞模型的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其在病毒感染中也發(fā)揮了重要作用，提示P2X7受體有望成為感染性疾病治療的新靶點(diǎn)。本文主要綜述P2X7受體結(jié)構(gòu)、功能和分布，以及在常見胞內(nèi)病原體感染中的研究進(jìn)展。

1 P2X7受體結(jié)構(gòu)、功能與分布

P2X7受體是由595個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)，在細(xì)胞膜上形成由3個(gè)同源亞基組成的多聚體，每個(gè)亞基有2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和1個(gè)糖基化的胞外環(huán)，胞外環(huán)上有ATP結(jié)合位點(diǎn)。胞內(nèi)為1個(gè)短鏈N端與長(zhǎng)鏈C端。N端序列結(jié)構(gòu)高度保守，由395個(gè)氨基酸殘基組成；C端由約200個(gè)氨基酸殘基組成，是P2X7受體的主要功能結(jié)構(gòu)域。

ATP作為P2X7受體唯一的天然激動(dòng)劑，是細(xì)胞在應(yīng)激、損傷或病原體感染時(shí)釋放的一種磷酸化合物[2]。P2X7受體對(duì)ATP的敏感性很低，當(dāng)ATP濃度為2～4 mmol/L時(shí)，P2X7受體才發(fā)生活化；而活化其他P2X受體家族的ATP濃度僅需1～10 μmol/L[3]。生理狀態(tài)下，細(xì)胞間隙的ATP濃度處于低水平狀態(tài)。而在病理狀態(tài)下，如感染、炎癥、組織缺氧或損傷時(shí)，免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等可將胞內(nèi)ATP釋放入細(xì)胞間隙，胞外ATP濃度增加，進(jìn)而活化P2X7受體[4]。

P2X7受體激活后打開快速、雙向特定的陽離子通道(胞外Na+、Ca2+內(nèi)流和胞內(nèi)K+外流)，進(jìn)一步引起下游信號(hào)通路的變化，如Ca2+內(nèi)流能激活磷脂酶D(PLD)，促進(jìn)吞噬體-溶酶體融合進(jìn)而殺死胞內(nèi)病原體，K+外流可刺激并輔助NLRP3炎癥復(fù)合體組裝，促進(jìn)caspase-1活化，caspase-1被激活后，將胞內(nèi)不具活性的pro-IL-1β前體剪切成有活性的成熟IL-1β，分泌到胞外引起炎癥反應(yīng)。P2X7受體還可通過NADPH氧化酶誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生,促進(jìn)溶酶體融合，從而清除病原體[5]。Caspase-1水解pro-IL-6、pro-IL-18、pro-IL-33等促炎反應(yīng)的細(xì)胞因子，使其成為有活性的IL-6、IL-18、IL-33[6]，介導(dǎo)多種感染性疾病的病理生理過程[7]。此外，P2X7受體參與一氧化氮(nitric oxide, NO)合成，誘導(dǎo)一氧化氮合酶(nitric oxide synthetase, iNOS)，TNF-α的釋放和NF-κβ信號(hào)途徑的活化等[8]。當(dāng)P2X7受體被ATP持續(xù)活化，其介導(dǎo)的陽離子孔道轉(zhuǎn)變成pannexin-1膜孔，形成較大的非選擇性膜孔，胞內(nèi)外小分子物質(zhì)和離子可通過“膜孔”引起細(xì)胞通透性改變，引起細(xì)胞水腫、壞死和凋亡等現(xiàn)象的發(fā)生[9](圖1)。

P2X7受體與炎癥相關(guān)[10]，可激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體3(nucleo-tide-binding domain leucine-rich-containing family pyrin domain-containing-3, NLRP3)，促進(jìn)IL-1β釋放[11]。P2X7受體還參與損傷修復(fù)過程，促進(jìn)傷口愈合和細(xì)胞生長(zhǎng)，以維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[12]。

P2X7受體廣泛分布于全身，在人體多種組織和細(xì)胞中均有表達(dá), 如血液細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞[13]。血液細(xì)胞包括造血干細(xì)胞、中性粒細(xì)胞[14]、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和紅細(xì)胞等。其中，中性粒細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)釋放活性氧(Reactive oxygen species, ROS)，形成的胞外捕獲網(wǎng)與糖酵解產(chǎn)生的ATP有關(guān)。神經(jīng)細(xì)胞包括小膠質(zhì)細(xì)胞[15]、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞以及雪旺細(xì)胞。最新的研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體也分布于成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞等組織細(xì)胞[16]。此外，P2X7受體還存在于某些神經(jīng)元群，如脊髓、小腦、下丘腦和黑質(zhì)中[17-18]。P2X7受體在不同的細(xì)胞中具有不同的作用機(jī)制(表1)。

表1 P2X7受體在不同細(xì)胞中的作用機(jī)制Tab.1 P2X7 receptor has different mechanisms in different cells

2 P2X7受體與細(xì)菌感染

2.1 P2X7受體與結(jié)核分枝桿菌結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起結(jié)核病的胞內(nèi)寄生病原體，該菌可侵犯全身各組織臟器，以肺部感染多見。在結(jié)核桿菌感染中，P2X7受體對(duì)機(jī)體具有保護(hù)作用，可促進(jìn)單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞P2X7受體表達(dá)增加，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞清除胞內(nèi)結(jié)核分枝桿菌，有利于機(jī)體控制感染[25]。該保護(hù)作用可被P2X7受體阻斷劑oxidized ATP (oxATP)阻斷[26]。而氯馬司汀通過激活巨噬細(xì)胞P2X7受體引發(fā)Ca2+內(nèi)流，從而控制結(jié)核分枝桿菌感染[27]。

然而，P2X7受體對(duì)機(jī)體也存在損傷作用，這與分枝桿菌菌株類型和致病性有關(guān)[28]。如高致病性菌株(Beijing1471或MP287/03)通過活化P2X7受體誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞壞死，大量ATP釋放到胞外，打開pannexin-1膜孔，致細(xì)胞死亡、組織損傷、菌體擴(kuò)散[29]。同樣，Bomfim 等[30]發(fā)現(xiàn)高致病性分枝桿菌依賴P2X7受體誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞死亡，促進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)擴(kuò)散。此外，P2X7受體還與結(jié)核分枝桿菌IV型超敏反應(yīng)引起的局部組織的炎癥反應(yīng)有關(guān)，促進(jìn)肉芽腫形成，引發(fā)干酪樣壞死和廣泛的組織損傷[31]。

2.2 P2X7受體與牛布魯氏菌牛布魯氏菌(BovineBrucellosis)攻擊免疫系統(tǒng)可激活P2X7受體，引發(fā)Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流，激活NLRP3炎性小體。研究表明，牛布魯氏菌通過NLRP3炎性小體釋放的IL-1β不僅與線粒體ROS產(chǎn)生有關(guān)，還與P2X7受體和牛布魯氏菌產(chǎn)生的NO密切相關(guān)[32]。IL-1β在感染、損傷以及免疫應(yīng)答中起重要作用，也是急、慢性炎癥反應(yīng)的主要介導(dǎo)因子[33]。敲除NLRP3基因的巨噬細(xì)胞IL-1β分泌低，且NLRP3基因敲除鼠比野生鼠更易感染牛布魯氏菌[34]。表明NLRP3炎性小體在抗牛布魯氏菌感染中發(fā)揮重要作用，而NLRP3炎性小體的激活又受P2X7受體調(diào)控，進(jìn)一步推測(cè)P2X7受體可間接通過NLRP3炎性小體發(fā)揮抗炎作用。

2.3 P2X7受體與衣原體沙眼衣原體(Chlamy-diatrachomatis, Ct)通過破壞先天性免疫應(yīng)答，抑制衣原體包涵體和溶酶體融合，進(jìn)而寄生于宿主細(xì)胞中[35]。感染的巨噬細(xì)胞通過ATP活化P2X7受體，激活磷脂酶D(phospholipase D, PLD)，清除衣原體。ATP刺激巨噬細(xì)胞后，可檢測(cè)到PLD活化，而抑制PLD活化可恢復(fù)衣原體活性。然而，在相同條件下，缺乏P2X7受體的巨噬細(xì)胞未發(fā)生PLD活化，也未檢測(cè)到衣原體活性降低，提示PLD的活化與P2X7受體有關(guān)，且PLD是控制感染的直接因素[36]。同樣，在沙眼衣原體感染中，P2X7受體基因敲除鼠與野生鼠相比更易陰道感染，其子宮頸內(nèi)、輸卵管和輸卵管系膜組織的急性炎癥更明顯[37]。

鸚鵡熱衣原體(Chlamydiapsittaci, Cps)對(duì)機(jī)體的損傷與感染引起的全身免疫應(yīng)答密切相關(guān)[38]。感染衣原體的細(xì)胞比未感染衣原體的細(xì)胞ATP高2～3倍，Cps通過P2X7受體抑制ATP誘導(dǎo)的J774鼠巨噬細(xì)胞凋亡，其通過減少胞外ATP滲入胞內(nèi)，阻止Ca2+內(nèi)流抑制宿主細(xì)胞凋亡，J774鼠巨噬細(xì)胞與ATP共孵育，6 h后檢測(cè)到Cps活性降低，而Cps活性在未與ATP共孵育的J774鼠巨噬細(xì)胞中無明顯改變，表明ATP可通過激活P2X7受體，促進(jìn)胞內(nèi)病原體的清除[39]。

3 P2X7受體與病毒感染

3.1 P2X7受體與HIV 人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus, HIV)，即艾滋病(AIDS,獲得性免疫缺陷綜合征)病毒，可造成人類免疫系統(tǒng)受損。HIV除主要攻擊CD4+T淋巴細(xì)胞外，還可感染CD8+T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。P2X7受體參與HIV發(fā)病機(jī)制由核苷酸逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NRTIs)介導(dǎo)，目前AIDS治療的重點(diǎn)依賴于抑制P2X7受體活性[40]。ATP激活P2X7受體后，儲(chǔ)存在巨噬細(xì)胞囊泡中的HIV-1病毒顆粒通過胞吐作用釋放到胞外，而使用P2X7受體拮抗劑A-438079和神經(jīng)酰胺抑制劑阿米普拉明可阻止病毒釋放[41]，從而控制感染擴(kuò)散[42]。此外，P2X7拮抗劑還可抑制HIV-1感染淋巴組織，減少IL-10和IL-1β的分泌[41]。由于抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療后HIV患者不能產(chǎn)生足夠數(shù)量的輔助性T細(xì)胞，而CD34+造血祖細(xì)胞過度表達(dá)P2X7受體時(shí)可抑制T淋巴細(xì)胞分化為輔助性T細(xì)胞, 致細(xì)胞免疫和體液免疫受損。因此，抑制P2X7受體活化可恢復(fù)CD4+水平，并能延長(zhǎng)免疫缺陷者的壽命[43]。

3.2 P2X7受體與H7N9流感病毒 H7N9感染機(jī)體形成“細(xì)胞因子風(fēng)暴”引發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征，嚴(yán)重者可導(dǎo)致多器官功能障礙綜合征，甚至危及生命[44]。NLRP3炎性小體是在H7N9感染過程中激活的先天性胞質(zhì)復(fù)合體，活化的caspase-1可將不活躍的pro-IL-1β和pro-IL-18剪切成具有生物活性的IL-1β和IL-18以誘發(fā)炎癥反應(yīng)，激活的上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌TNF-α、IL-6等多種細(xì)胞因子[6]。NLRP3炎性小體在流感早期發(fā)揮保護(hù)作用，在感染晚期加速炎癥反應(yīng)，而在小鼠流感模型中，感染早期和晚期使用P2X7受體抑制劑丙磺舒或AZ11645373滴鼻治療后，促炎細(xì)胞因子分泌均減少，肺內(nèi)炎癥浸潤(rùn)減輕[45]。該結(jié)果表明P2X7受體在H7N9感染中不僅參與炎癥反應(yīng)，P2X7受體抑制劑還可作為H7N9感染治療藥物的研發(fā)方向。

3.3 P2X7受體與登革熱病毒當(dāng)機(jī)體受到登革熱病毒(Dengue virus, DEN)感染時(shí)，釋放大量ATP活化P2X7受體，產(chǎn)生大量促炎因子導(dǎo)致低血容量性休克和凝血功能障礙。P2X7受體參與抗病毒應(yīng)答，與未加抑制劑組相比，ATP抑制劑預(yù)處理單核細(xì)胞后，胞內(nèi)登革熱病毒載量明顯降低。NO具有抗病毒作用，未加P2X7受體抑制劑NO生成增加，而用特異性P2X7受體抑制劑KN62處理細(xì)胞后，幾乎檢測(cè)不到NO，表明P2X7受體通過促進(jìn)宿主細(xì)胞NO生成以滅活胞內(nèi)病毒，從而控制登革熱病毒感染[46]。

3.4 P2X7受體與其他病毒其他致呼吸道感染的病毒，如新型冠狀病毒(COVID-19)感染機(jī)體，引發(fā)急性呼吸窘迫綜合征，肺彌漫性水腫，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，甚至發(fā)展為彌散性血管內(nèi)凝血。在一些體外和體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，這些病毒感染引起的病理改變均為P2X7受體活化所致[47]。此外，水痘帶狀皰疹病毒(varicella-zoster virus, VZV)感染的細(xì)胞,胞內(nèi)ATP以依賴pannexin-1膜孔的方式分泌到胞外，胞外ATP激活P2X7受體來抑制水痘帶狀皰疹病毒、新城雞瘟病毒、小鼠白血病病毒和單純皰疹病毒的復(fù)制，并通過P38/JNK/ATF-2信號(hào)通路促進(jìn)IFN-β的分泌，從而發(fā)揮抗病毒作用[48]。

4 P2X7受體與寄生蟲

4.1 P2X7受體與弓形蟲弓形蟲(Toxoplasmagondii)是專性細(xì)胞內(nèi)寄生蟲，80%寄生于大腦，其次是心臟和眼底，可隨血液流動(dòng)到達(dá)全身各部位，使宿主免疫力下降，引起弓形蟲病[49]，弓形體病無法治愈，可通過加強(qiáng)機(jī)體免疫應(yīng)答加以控制[50]。雖然巨噬細(xì)胞能有效地抑制弓形蟲繁殖[51]，然而，弓形蟲已進(jìn)化出通過P2X7受體操縱宿主的免疫逃逸機(jī)制[52]，胞外ATP 激活P2X7受體可增強(qiáng)弓形蟲感染期間的促炎癥反應(yīng)[53]，P2X7受體通過NADPH氧化酶誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，促進(jìn)IL-1β分泌，進(jìn)而促進(jìn)線粒體ROS的生成,介導(dǎo)弓形蟲感染[54]。P2X7-/-小鼠比P2X7+/+小鼠更容易受到弓形蟲RH菌株的急性感染, 這與炎性因子分泌不足有關(guān)。感染后第4天，在感染菌株的P2X7-/-小鼠的腹膜沖洗液中促炎細(xì)胞因子IL-12、IL-1、IFN-α和TNF-γ的水平?jīng)]有或很少增加，然而在P2X7+/+小鼠中這些細(xì)胞因子的水平顯著增加。且感染RH菌株的P2X7-/-鼠肝、脾、淋巴結(jié)器官重量和弓形蟲寄生載量增加，提示P2X7受體參與宿主調(diào)控弓形蟲感染的防御機(jī)制。

4.2 P2X7受體與克氏錐蟲克氏錐蟲(TrypanomacruziChagas)是一種人獸共患的寄生原蟲，由嗜血錐蝽傳播，常引起克氏錐蟲病，侵犯多種器官如心、腦、食管、結(jié)腸等。在炎癥部位，ATP及其降解產(chǎn)物腺苷，通過激活P2X7受體發(fā)揮信號(hào)分子和免疫調(diào)節(jié)作用。P2X7受體調(diào)節(jié)細(xì)胞外ATP和腺苷水平，影響克氏錐蟲病患者的免疫和炎癥過程[55]。肥大細(xì)胞在克氏錐蟲感染中具有免疫調(diào)節(jié)作用，雖然感染誘導(dǎo)P2X7受體轉(zhuǎn)錄，使P2X7受體發(fā)揮抗感染免疫作用，但是在不同的感染組織中該受體的表達(dá)存在差異[56]，表明肥大細(xì)胞調(diào)控P2X7受體發(fā)揮抗感染免疫受不同炎癥環(huán)境的限制。

4.3 P2X7受體與瘧原蟲瘧疾是一種經(jīng)“按蚊”叮咬而感染瘧原蟲(plasmodium)所引起的蟲媒傳染病，不同的瘧原蟲分別引起間日瘧、三日瘧、惡性瘧及卵圓瘧。ATP在感染的紅細(xì)胞中積累，并通過膜上的離子通道或紅細(xì)胞破裂釋放到細(xì)胞外環(huán)境，P2X7受體感知胞外ATP，誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞分泌INF-γ和IL-2，促進(jìn)Th1細(xì)胞的分化為濾泡輔助T細(xì)胞(Tfh)以維持體液免疫[57]。此外，P2X7受體還通過促進(jìn)細(xì)胞凋亡以控制感染小鼠脾臟Tfh細(xì)胞數(shù)量，缺乏P2X7受體的小鼠對(duì)感染的易感性增加，這與Th1細(xì)胞分化受損有關(guān)[58]。免疫系統(tǒng)通過維持Th1/Tfh細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)可以更有效地清除瘧原蟲，因此，利用P2X7激動(dòng)劑和拮抗劑操縱ATP-P2X7軸調(diào)控Th1/Tfh細(xì)胞平衡，可改善機(jī)體免疫應(yīng)答或逆轉(zhuǎn)病理進(jìn)程。由于瘧原蟲的侵襲性與其在宿主免疫中的生存能力有關(guān)，近年來的研究主要集中于P2X7受體靶向藥物誘導(dǎo)保護(hù)性免疫以控制感染。

5 小結(jié)與展望

P2X7受體在體內(nèi)分布廣泛，參與調(diào)節(jié)炎性因子的分泌，與胞內(nèi)病原體感染有著極其密切的關(guān)系。在感染早期，P2X7受體協(xié)助機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性免疫，參與宿主清除微生物機(jī)制并介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，然而，當(dāng)感染持續(xù)加重，機(jī)體產(chǎn)生細(xì)胞因子風(fēng)暴時(shí)，該保護(hù)作用轉(zhuǎn)變?yōu)閾p傷作用?？傊?，P2X7受體對(duì)機(jī)體是否具有保護(hù)性作用取決于感染程度、菌株類型和致病性。在過去的幾十年里，P2X7受體的相關(guān)研究雖已取得巨大進(jìn)展，但要徹底闡明P2X7受體在胞內(nèi)病原體感染中的作用，需要進(jìn)一步探究不同胞內(nèi)病原體激活P2X7受體的可能信號(hào)通路及其所導(dǎo)致的復(fù)雜多樣的生物學(xué)效應(yīng)。隨著對(duì)P2X7受體和其炎癥通路的深入了解，針對(duì)P2X7受體的藥物在感染性疾病中已取得顯著療效，表明該受體可作為感染性疾病藥物治療靶點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

利益沖突：無