炎症期间的嘌呤能信号转导
2013-02-13 12:58:59   来源：   作者：  评论：0 点击：

　嘌呤是杂环芳香族分子，也是进化史上最古老和最有影响力的生化化合物之一1。嘌呤核苷酸三磷酸腺苷（ATP）是哺乳动物生命基础的细胞内生物反应的通用能量货币。在本文中，我们研究嘌呤作为细胞外信号转导分子所起的作用，并且特别关注的是ATP和二磷酸腺苷（ADP）以及腺苷。

　　嘌呤能信号转导的首批报告可追溯至1929年，当时科学家将心脏组织提取物静脉注射到完好动物中，并观察到心率的一过性减慢。他们随后辨别出作为一种“腺嘌呤化合物”的生物制剂2。静脉注射腺苷诱发暂时性心脏传导阻滞仍是嘌呤能信号转导的一个重要临床应用（表1）。

　　最近几十年的其他研究已导致ATP、ADP和腺苷信号转导的许多生物效应的发现。这些介质通过G蛋白-偶联受体或配体门控离子通道受体的激活而发挥功能。腺苷来源于通过细胞表面酶作用的ATP和ADP，细胞表面还表达这些介质的受体。由于ATP和ADP的受体以及腺苷的受体往往转导相反的效应，因此所致的细胞反应归因于以下两个因素：ADP和ATP与腺苷的浓度比以及它们的受体表达与信号转导强度的相对水平3。在本文中，我们讨论嘌呤能信号转导在炎性疾病中的功能作用以及嘌呤能信号转导障碍导致急性和慢性疾病的机制。

　　细胞外核苷酸释放和信号转导

　　在其生理状态下，哺乳动物细胞含有高浓度ATP（5～8 mM）。病理状况（如炎症或缺血）可导致ATP的释放。细胞坏死与ATP从细胞内贮存中释出相关4。在细胞凋亡期间，有控制的ATP释放可通过泛连接蛋白半通道而发生，在该半通道，ATP作为吞噬细胞趋化信号起作用5。内皮细胞或激活的炎症细胞（如多形核中性粒细胞）通过间隙连接蛋白半通道而释放ATP6-8。血小板以ADP的形式从细胞内颗粒释放嘌呤（图1）4。

　　20年前，伯恩斯托克（Burnstock）描述了ATP受体的存在，他称之为“P2”受体3。后来，根据它们的化学特性将它们分为P2X受体（配体门控离子通道）和P2Y受体（G蛋白-偶联受体）。缺失P2受体的基因靶向小鼠通常可存活，表明信号转导系统在生理状况下冗余。然而，在如哮喘、血管炎症或移植物抗宿主病等病理状况下，P2受体敲除小鼠得到保护而不发生炎性疾病9,11,12。遗传研究直接表明人类炎性或肿瘤性疾病中存在ATP信号转导。例如，在包括人类的遗传研究中，P2X7受体基因的突变与结核病的易感性13和慢性淋巴细胞白血病的临床转归14有关，以及T细胞-依赖性P2Y11信号转导的遗传异常与发作性睡病有关15。药物性P2-受体拮抗剂可抑制如发生在炎性肠病（IBD）、肺部炎症、缺血以及再灌注中的炎症4,11,16。

　　细胞外ATP和ADP向腺苷的转化

　　在细胞外间隙，ATP和ADP被快速代谢为一磷酸腺苷（AMP），它接着被代谢为腺苷。该核苷酸的磷酸水解包括一种由胞外酶调节的二步酶（反应）过程。在第一步，ATP和ADP通过细胞外三磷酸核苷双磷酸水解酶1（CD39）均转化为AMP。Cd39基因缺失的小鼠可存活，表明CD39依赖性磷酸水解在生理状况下不是至关重要的。细胞外ATP和ADP水平的升高连同腺苷水平的降低导致Cd39-/-小鼠在疾病状态期间发生病理性炎症的易感性增加17-20。在人类，CD39非编码区的多态性可降低胞外核苷酸酶的表达，进而导致IBD和多发性硬化的易感性增加21,22。

　　在腺苷细胞外产生的第二步，细胞外-5’-核苷酸酶（CD73）将细胞外AMP转化为腺苷。Cd73基因缺失小鼠可存活，表明AMP 的CD73依赖性磷酸水解在生理状况下不是至关重要的。然而，最近一项包括人类的研究辨别出，CD73编码基因的丧失功能突变是家族性外周动脉钙化的遗传基础23。在病理生理状况下，Cd73-/-小鼠的腺苷信号转导减弱，而细胞外ATP和ADP水平保持几乎不变。Cd73-/-小鼠缺乏细胞外腺苷信号转导可引起易感缺氧诱导的炎症24以及脉管系统和小肠的屏障功能障碍25,26。甲氨蝶呤以及柳氮磺吡啶的抗炎作用至少部分地通过腺苷的CD73依赖性产生而介导27,28。在实验室或临床环境下使用增加细胞外ATP和ADP转化为腺苷的药物化合物进行的药理学研究显示对有炎性疾病或缺血的患者有治疗作用（表1）17,29-32。

　　细胞外腺苷信号转导

　　腺苷可通过4种不同的G蛋白-偶联受体进行信号转导：腺苷A1受体（ADORA1）、腺苷A2A受体（ADORA2A）、腺苷A2B受体（ADORA2B）和腺苷A3受体（ADORA3）（图2，见下期）40-42。腺苷受体亚型不同地分布于每种腺苷靶细胞上。例如，ADORA2B在血管内皮细胞上高度表达36,43，而ADORA2A在免疫细胞（如中性粒细胞33和淋巴细胞34）上高度表达。目前，与4种已被定义腺苷受体中任何一种的缺陷或突变相关的特殊人类疾病状态尚不清楚。腺苷受体-敲除小鼠可存活，表明该系统在生理状况下冗余。

　　相反，已有人辨别出每种受体在病理状况下的多种特殊生物学功能和细胞特异性功能，下文将讨论一些选择性例子。在治疗室上性心动过速中至关重要的腺苷变时作用取决于ADORA144。药理学研究显示人类中性粒细胞中ADORA2A 信号转导有抗炎功能33；ADORA2A对减轻多个组织部位中的炎症细胞激活起至关重要作用33,45。药理学研究显示ADORA2A拮抗剂对帕金森病有治疗益处46。ADORA2B对组织适应缺氧、炎症或缺血状况起作用32,47-49，而ADORA3A与眼无色素上皮产生房水的氯转运有关50。最近一项随机临床试验显示了ADORA3拮抗剂在治疗干眼综合征中的有益作用39。

　　腺苷信号转导的终止

　　在信号转导终止时，腺苷从细胞外间隙被转运至细胞内区室（图2，见下期）。这种转运与平衡型核苷转运蛋白——扩散限制通道有关，这种通道允许腺苷按照其浓度梯度自由穿越细胞膜43,51。有平衡型核苷转运蛋白基因缺失的小鼠可存活，但它们在疾病状态中腺苷水平升高，这有助于在器官缺血时保护它们43。用双嘧达莫对平衡型核苷转运蛋白进行药物抑制和伴有细胞外腺苷水平的升高可被用于诱导负荷超声冠脉血管扩张（从而显示冠脉病变）52、通过抑制血小板聚集来预防卒中复发53和保持血液透析移植物的通畅性54。

　　（未完待续。后续内容包括腺苷信号转导的终止的其余部分内容、嘌呤能信号转导作为血小板功能的调节因子、缺血和再灌注期间的细胞外ATP和腺苷、急性肺损伤期间的P1和P2受体信号转导、IBD中的嘌呤能信号转导、癌症的免疫治疗以及结论。）