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P2X7受体的表达及其在骨代谢中的作用

更新时间:2020-08-19 08:36点击:

   [摘要]P2X7受体是ATP-I ]控的阳离子通道,具有厂泛的生物学效应,在多种组织细胞中均有表达,包括成骨细.胞和破骨细胞,参与骨代谢,在骨形成和骨吸收过程中发挥重要作用。本文着重对P2X7受体及其相关信号通路对骨代谢影响的相关研究进展作-综述。
 
   [关键词]P2X7受体;骨代谢;成骨细胞;破骨细胞
 
ATP存在于所有细胞,组织损伤、肿瘤、炎症以及神经损伤都可诱导ATP释放,通过胞吐作用或细胞溶解 释 放ATP,具 有 广 泛 的 生 物 学 效 应[1-3].ATP作为重要的细胞外调节分子,主要通过与P2受体结合后发挥信号转导作用。
 
  P2受体可以分为P2Y受体和P2X受体两类,P2Y受体是7次跨膜的G蛋白偶联受体,P2X受体是ATP-门控的阳离子通道,具有非选择性,对Ca2+有很强的通透性,同时对Na+、K+也具有一定的通透性[1-2].P2X7受体是P2X受体众多亚型中的1种,在多种组织中广泛表达,在细胞中有多种生理作用[1].骨细胞表达的P2X7受体与骨细胞信号转导机制有关,参与骨形成与吸收,具有重要意义。
 
  1 P2X7受体及其在骨细胞中的表达
  
  1.1 P2X7受体概述
 
  P2X7受体蛋白是含约595个氨基酸残基的多肽,与P2X受体家族的其他成员结构相似,其有1个大的胞外环连接着2个跨膜区,该环由半胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸残基和许多N-糖基化位点组成,共同构成了ATP结合位点。
 
  P2X7受体的C端比P2X受体家族的其他成员长约120个氨基酸残基,这个长C端(约240个氨基酸残基)用于调节P2X7受体功能,缺失C端的变异体不能促进细胞膜成孔,第551~581位氨基酸缺失则不能在细胞膜上表达[2].与其他P2X受体相比,激活P2X受体 需 要 更 高 浓 度 的ATP,苯 甲 酰 苯 甲 酸ATP(BzATP)是其最强的激动剂。
 
  P2X7受体在不同条件下被激活后的功能也有所不同:通常情况下它在被ATP激活后,可形成非选择性阳离子通道,对Ca2+、Na+、K+等阳离子均可通透;但在ATP持续刺激下或在胞外二价阳离子浓度较低的环境中,P2X7受体可促进质膜形成非选择性膜孔,除对以上各阳离子通透外还对相对分子质量较大的有机阳离子通透[1].
 
  1.2骨细胞中P2X7受体表达
 
  1.2.1成 骨 细 胞P2X7受 体 的 表 达Gartland等[3]发 现 人 的 成 骨 细 胞 亚 群 可 表 达P2X7受 体。Nakamura等[4]证明在人成骨样细胞株(MG-63)中有P2X7转录物表达。2003年,小鼠颅骨细胞被发现可表达P2X7受体转录物[5].此后,免疫印迹法分析证明小鼠颅骨成骨细胞和人骨源性干细胞亚群(MC3T3-E1成样骨细胞)表达P2X7受体蛋白[6].Alqallaf等[7]随后也证明了人类成骨样细胞表达P2X7受体。
 
  1.2.2破骨细胞P2X7受体表达RT-PCR证明来源于人骨髓单核细胞的破骨细胞有P2X7转录物表达[8].免疫细胞化学方法证明兔和大鼠破骨细胞上有P2X7受体表达[9].Gartland等[10]在体外研究和体内研究都证明了人破骨细胞可表达P2X7受体。
 
  2 P2X7受体信号转导通路在骨代谢中的作用
 
  2.1 P2X1受体在骨细胞中介导的信号转导
 
  成骨细胞与破骨细胞间的信号对于骨内环境稳态至关重要。Jrgensen等[8]证明了P2X7受体的激活是钙信号在成骨细胞和破骨细胞间转导的新机制,P2X7受体激活后可通过旁分泌或自分泌核苷类物质来改变骨微环境内的钙信号,这是成骨细胞调节破骨细胞功能的重要途径。
 
  BzATP可使细胞质内钙离子一过性增多,从而引起PKC向破骨细胞基底外侧膜迁移,去 除 细 胞 外 钙 离 子 后PKC迁 移 将 消 失。而P2X7-/-小鼠(基因敲除小鼠)模型中,BzATP不能激活骨髓破骨细胞的PKC迁移,这说明P2X7受体具有特异性,即激活P2X7受体可诱导破骨细胞内Ca2+依赖的PKC迁移至基底外侧膜[11].P2X7受体在破骨细胞内的活化还与NF-κB因子相偶联,因此在炎症或机械刺激情况下释放的核苷类似物可通过NF-κB来调节破骨细胞的成熟与活性以及成骨细胞的功能[12-13].P2X7受体还与T细胞激活的核因子(NFAT)有 关,参 与 了 细 胞 增 殖 和 生 长[14].P2X7受 体 相 关 的 其 他 通 路 还 包 括PI3K-Akt-mTOR途径,以及rho-相关蛋白酶(ROCK)[14],提示P2X7受体对破骨细胞的凋亡和细胞的动力调节均有作用。
 
  2.2 ATP通过P2X7受体对骨代谢的影响
 
  正常生理条件下,ATP在细胞内以较高的浓度存在,但在细胞外浓度非常低。
 
  ATP从细胞内被释放后迅速被核苷酸酶分解,并可激活多种P2受体。低浓度ATP可抑制炎症和免疫偏差(deviation),而高浓度ATP与组织应激和损伤有关[15].ATP在感染、炎症以及肿瘤形成时大量被释放[16].在骨组织,ATP在出现骨裂或骨折时,组织或细胞损伤时胞外也会大量积聚[15].因此,由于骨组织和免疫系统P2X7受体的激活需要高浓度ATP,而在炎症和组织损伤时ATP被大量释放,因此很有可能在这些情况下ATP释放后的作用是由P2X7受体来完成的。此外,Panupinthu等[17]证明机械刺激可导致ATP释放,ATP作用于成骨细胞P2X7受体,产生前列腺素及溶血磷脂酸(LPA),这些脂质调节分子通过自分泌或旁分泌的方式提高骨生成。
 
  2.3 P2X7受体对成骨细胞的影响
 
  Gabel[18]发现,用不同浓度的P2X7受体拮抗剂培养的成骨细胞,骨矿化作用均可增加,说明P2X7受体可抑制成骨细胞的骨矿化作用。而P2X7受体激活后触发ATP的释放,为骨矿化作用提供了磷酸盐[19].成骨细胞上的P2X7受体还可能与细胞因子的合成与释放有关[21.此外,成骨细胞上P2X7受体的激活还可引 起ATP介导 的 细 胞 凋 亡[3].而Panupinthu等[17]发现,BzATP介导的小鼠颅骨细胞膜泡状突起可在去除激动剂后被逆转,说明P2X7受体介导的不是急性细胞凋亡。
 
  2.4 P2X7受 体 对 破 骨 细 胞 的 影 响
 
  Penolazzi等[21]的研究发现特殊的P2X7受体的阻断剂可诱导人破骨 样 细 胞 凋 亡,用 氧 化ATP(oxATP)阻 断P2X7受体或用P2X7受体拮抗剂的单克隆抗体都可显着抑制破骨细胞前体形成多核破骨细胞[10].这表明P2X7受体对调节破骨细胞的形成和凋亡都有重要作用。此外,缺乏功能性P2X7受体的RAW 264.7细胞也未能形成多核破骨细胞[22].对P2X7-/-小鼠模型的研究发现了P2X7受体在破骨细胞成熟上的作用表现不同,P2X7-/-小鼠骨髓中仍然出现了多核破骨细胞,说明在破骨细胞前体融合时P2X7受体并不是必需的[5].P2X7-/-小鼠上还发现了小梁骨体积的减少和骨小梁表面破骨细胞的增加,这个发现提示P2X7受体参与介导了骨吸收[5].在体外实验中,也发现了P2X7受体拮抗剂导致骨吸收减少并增加了破骨细胞凋亡[10].
 
  2.5 P2X7受体对成骨及骨密度的影响
 
  P2X7受体对维持和调节成骨量发挥了至关重要的作用。研究发现,P2X7+/+小鼠(野生型小鼠)成骨量与皮质骨含量均高于P2X7-/-小鼠(基因敲除小鼠),此外P2X7-/-小鼠骨的纵向生长并未改变。
 
  P2X7-/-小鼠骨形成率低于正常小鼠,且胫骨干切面的骨膜表面距离短于正常小鼠。P2X7-/-小鼠还出现了骨膜骨形 成 不 足 和 小 梁 骨 过 度 吸 收 的 独 特 表 现[5].Gartland等[23]报道了P2X7受体基因失去c.946A(Arg307Gln)单核苷酸多态性与失去其他单核苷酸多态性的P2X7受体相比,具有更低的骨矿化密度。Syberg等[24]发现P2X71P451突变的小鼠与C57BL/6(B6)小鼠和DBA/2J小鼠相比有更强壮的股骨以及更高的骨矿物质密度。
 
  2.6 P2X7受体对骨丢失的影响
 
  P2X7受体与骨重建和吸收有很重要的关系,因而P2X7受体的功能可以影响到骨质疏松所致骨折的发病率。Ohlen-dorff等[25]研究发现,绝经10年后的女性骨折风险以 及 激 素 替 代 治 疗 的 效 果 同P2X7受 体 的Glu496Ala和Lle568Asn单核苷酸片段有关。体外研究发现Glu496Ala片段严重影响破骨细胞凋亡,这大大增加了骨折风险。对因骨质疏松症而骨折的患者的研究发现,P2X7受体功能的基因变异与骨矿物质密度(BMD)以及骨质疏松症的风险相关[26].Jrgensen等[27]报道了不同变种P2X7受体间有相关性,即P2X7受体的功能越低,骨丢失率越高,脊椎骨折的发病率也越高。Kvist等[28]认为,P2X7受体是自然免疫应答激活的关键分子,在骨更新过程中起重要调节作用,因而ATP介导的嘌呤信号可能是炎症介导骨丢失的关键。
 
  3 小结及展望
 
  在炎性反应及机械刺激时,释放 到细胞 外的ATP作用于P2X7受体可促进成骨细胞形成并同时诱导破骨细胞凋亡,从而增强骨形成而抑制骨吸收,因此P2X7受体在今后可作为药物治疗的新靶点。
 
  绝经后女性的骨质疏松症发病率明显增高,P2X7受体多变异体可以预判女性患骨质疏松症的风险,并且可评估雌激素替代的疗效。然而,绝经后女性的雌激素水平明显降低,雌激素对P2X7受体的影响也将成为今后研究的方向。
 

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