小膠質細胞P2X4受體：探索視網膜光損傷的新靶點

趙亞飛，唐勇，王詩惠，宋劍濤

小膠質細胞P2X4受體：探索視網膜光損傷的新靶點

趙亞飛1，唐勇2，王詩惠1，宋劍濤1

視網膜小膠質細胞是一種視網膜固有的巨噬細胞，具有維持視網膜自身穩定的功能，在視網膜光損傷等視網膜病變中發揮重要作用，是我們探索視網膜疾病研究的新方向。P2X4受體是一種表達于小膠質細胞的ATP門控離子通道受體，對于小膠質細胞的激活和存活具有重要的調控作用，且已有大量文獻證實其在視網膜中的表達。故本文將從視網膜小膠質細胞在光損傷中的作用及P2X4受體對光損傷中小膠質細胞的調控作用進行綜述。

P2X4；小膠質細胞；光損傷

視網膜光損傷是一種視網膜光感受器細胞損傷引起的氧化應激反應，嚴重者會引起視網膜色素變性、年齡相關性黃斑變性（Age-related Macular Degeneration，AMD）等視網膜變性疾病，嚴重影響人類的視力健康。而隨著電子產品的普及和光污染的泛濫，視網膜光損傷的危害將更為凸顯，尤其是近期新英格蘭雜志報道的兩例長期使用智能手機引起一過盲的病例，更提示我們應重視光損傷對視網膜的危害[1]。正因如此，視網膜光損傷已經成為近幾年眼科研究的新方向、新熱點，其研究方向愈加全面，涵蓋了病因、機制、治療、預防等方面；其中，小膠質細胞具有維護視網膜穩定的作用，為深入研究視網膜光損傷提供了突破點，而小膠質細胞的P2X4受體對其活化和存活的調控更為進一步探索視網膜光損傷的靶點提供了新的切入點。本文將從以上兩點進行論述，以期為視網膜光損傷的發病機制及治療提供新的參考。

1 小膠質細胞在視網膜光損傷中的重要作用

小膠質細胞屬于單核吞噬細胞系[2]，既往研究認為其是中樞神經系統的主要免疫效應器，現被證實亦存在于視網膜中，與Müller細胞和星形膠質細胞同屬于視網膜神經膠質細胞，占全部視網膜膠質細胞的10%~20%，對視網膜細胞起保護、營養和屏障作用[3]。作為視網膜上固有的巨噬細胞，小膠質細胞與其他類型的膠質細胞和神經元相互交聯，調控它們之間的激活和吞噬細胞碎片的能力，以維持視網膜穩定。在靜息狀態下，視網膜小膠質細胞呈分枝狀，分層分布于視網膜的神經纖維層、節細胞層、內叢狀層中，少量存在于外叢狀層，具有良好的結構活力，但不能向視網膜各層遷移，而是利用其高度運動型突起監控視網膜不同的區域[4]。在光損傷、AMD等視網膜損傷和炎癥等因子的刺激下，小膠質細胞被激活并參與神經重建、視網膜損傷保護及自體保護。有研究發現，因損傷、炎癥等刺激活化的小膠質細胞突起縮短、胞體肥大，呈“變形蟲樣”[5]，表現出高度定向性，可在損傷后數分鐘內向視網膜損傷部位遷移（圖1-2），吞噬含有視紫紅質的細胞碎片和β-淀粉樣蛋白（Aβ），形成玻璃膜疣，促進AMD的進展[6]。此外，小膠質細胞的持續性低度炎癥反應亦可促使AMD形成。如果炎癥反應持續存在，小膠質細胞等固有免疫細胞的持續性活化，視網膜中代謝副產物的堆積超過了正常的清除能力，引起補體系統活化，血液中巨噬細胞、T淋巴細胞和肥大細胞的浸潤，形成局部亞炎癥反應，免疫反應的平衡被打破，能引起AMD和其特有標志——玻璃膜疣的形成[2]?？梢?，小膠質細胞在以視網膜光損傷為主要病理過程的視網膜相關疾病的發生發展中發揮重要作用。

2 在視網膜光損傷中，小膠質細胞P2X4受體對視網膜的調控

2.1 小膠質細胞中表達的P2X4受體維護視網膜平衡

圖1 小膠質細胞在視網膜中的分布。A圖為靜息狀態下小膠質細胞的分布情況，主要分布于視網膜的節細胞層、內叢狀層中，少量存在于神經纖維層、外叢狀層中，不存在于外核層及視網膜下腔（圖中黑點為小膠質細胞，箭頭所指為小膠質細胞激活后的遷移方向）。B圖為激活后小膠質細胞遷移的位置。炎癥、損傷等會激活小膠質細胞，激活的小膠質細胞呈高度定向性，由內層向外層逐漸遷移，進入外核層及內外節細胞交界處。

作為P2X受體的亞型，P2X4受體是三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）門控的陽離子通道，對生物體內多種重要生命活動起一定的調節作用。二次跨膜的三聚體通道P2X4受體是由胞外結構域、跨膜域及胞內N-、C-端組成的，每個亞單位都是具有海豚樣的結構，包含頭部、沐部以及鰭部。頭部是一個長的跨膜的胞外環，具有ATP、拮抗劑及調節金屬離子的結合位點；體部是2個跨膜區（TM1和TM2），形成一個非選擇性的陽離子通道，尾部是細胞內的N端和C端[7]。P2X4受體廣泛分布在哺乳動物的神經系統、呼吸系統、循環系統、消化系統以及內分泌系統，尤其在小腦和脊髓中表達量相對較高。隨著研究的深入，已有大量證據證明P2X4受體亦存在于視網膜中。早在1998年就有學者發現了P2X4受體在視網膜和脈絡膜中存在[8]。其后，Ronald Jabs采用RT-PCR技術證實了在大鼠Müller細胞、神經節細胞中有P2X4 mRNA的表達，且在視網膜神經細胞及神經膠質細胞的信號傳遞中起重要作用[9]。另有研究者運用免疫熒光技術發現了P2X4受體在大鼠、小鼠和貓的視網膜的內叢狀層、外叢狀層中均有表達，幫助視網膜維持動態平衡和免疫監視，并與視錐細胞和視桿細胞密切相關[10]。這進一步證實了P2X4在Müller細胞、星形膠質細胞和小膠質細胞中也有表達，并參與維護視網膜平衡。

2.2 ATP激活P2X4受體是誘發炎癥反應重要環節

在視網膜中，ATP作為含量最豐富的物質[11]，可與細胞膜上的P2X4受體結合，促使P2X4受體離子通道開放，鈉離子、鈣離子內流，鉀離子外流，從而促進活性氧、趨化因子、炎癥細胞因子（IL-1β，COX等）的分泌，誘發炎癥[12-13]。有研究亦證實，腎小管上皮細胞（HK-2）外ATP激活細胞膜上P2X4離子通道受體，引起鉀離子外流和鈣離子內流，促使細胞內鉀離子濃度降低、鈣離子濃度升高是糖尿病腎病腎小管上皮細胞分泌IL-1β的重要機制。而通過siRNA技術沉默HK-2細胞的P2X4基因后，其分泌的IL-1β降低，進一步表明P2X4受體介導HK-2細胞分泌IL-1β[14]。尚有研究發現，細胞外ATP的異常增高能夠直接作用于免疫細胞表面的P2X受體，促使其活化[15]，進而啟動免疫反應[16]，引起活性氧、趨化因子、炎癥因子的產生等，導致炎癥反應的發生[17]。深入研究發現，激活和靜止狀態的P2X4受體不僅在中性粒細胞和嗜酸性粒細胞表達，還在T、B淋巴細胞和自然殺傷細胞有表達，與ATP結合后參與組織損傷中的免疫活動。另P2X4受體與調節神經膠質細胞功能的P2X7受體的交互作用異常亦影響免疫細胞的功能。P2X7通過其羧基端與P2X4受體聯系，敲除P2X4R基因后，P2X7誘導細胞調亡、染色率上升，IL-1β釋放，引起免疫細胞功能的紊亂[18]。而P2X7受體降低巨噬細胞吞噬能力這一特征，表明P2X7/P2X4受損能夠阻礙凋亡間隙細胞的清除，導致壞死細胞釋放ATP，反過來激活一個反饋回路，加劇了視網膜炎癥[19]。由此可知，P2X4參與免疫細胞的調節，是誘發炎癥反應的重要環節。

2.3 視網膜小膠質細胞P2X4受體激活是視網膜相關疾病的重要病理過程

嘌呤受體P2X4存在于視網膜小膠質細胞中，對小膠質細胞的激活和存活具有重要的調控作用。有報道指出，在多發性硬化的視神經和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘發的神經炎的脊髓中，小膠質細胞被激活且P2X4在炎癥區及激活的小膠質細胞中表達均上調[20-21]。而在視網膜光損傷中，光損傷刺激導致Müller細胞釋放ATP，釋放到胞外的ATP作為一種神經遞質與小膠質細胞上的P2X4受體相結合，從而激活小膠質細胞，釋放一系列致炎因子（COX-2、IL-1 beta，TNF-alpha，MMPs等）及產生氧化應激反應。此外，P2X4受體可以通過調節其轉錄因子，影響其在損傷后的小膠質細胞表面的表達，進而調節趨化因子CC亞家族（chemokine CC sub-family）表達的水平，抑制小膠質細胞的功能[22]。運用P2X4受體阻斷劑可顯著降低小膠質細胞的膜皺縮、TNF-α的分泌、細胞形態的改變及小膠質細胞凋亡，而P2X4受體激活劑則可顯著增加小膠質細胞的凋亡[21]。由此可見，視網膜小膠質細胞P2X4受體激活是視網膜變性相關疾病的重要病理過程，阻斷小膠質細胞的激活或者抑制P2X4受體的表達是減輕視網膜光損傷新的研究方向和作用機制新環節[23-25]。

3 結語與展望

在胚胎發育早期，尤其是在胚胎期眼球發育的關鍵點上，ATP的釋放為眼球發育提供信號，且ATP信號的影響可以持續一生[26]。嘌呤受體P2X4作為ATP門控離子通道型受體，被ATP激活后可參與免疫細胞分泌相關免疫因子的調節及相關信號傳遞。而在視網膜光損傷所致的氧化應激及炎癥反應中，視網膜小膠質細胞及其上的P2X4受體扮演了重要角色，即視網膜上損傷的感光細胞釋放ATP，激活小膠質細胞P2X4受體，釋放炎癥因子，進而誘發了視網膜炎癥反應，這可能是以視網膜光損傷為基本病理過程的視網膜變性疾病的重要發病機制，而阻斷小膠質細胞的激活或抑制P2X4受體的表達以減輕視網膜光損傷為我們進一步研究光損傷的視網膜保護及治療提供了新方向和新靶點。當然，關于視網膜光損傷中小膠質細胞及其受體P2X4作用的上下游調節路徑及與其他分子或者信號通路之間的相互作用尚需進一步研究。

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P2X4 receptor in microglial cells：A new target of retinal light damage

ZHAO Yafei，WANG Shihui，Tang Yong，et al.
Eye hospital，China Academy of Chinese Medicial sciences，Beijing 100040，China

Retinal microglial cells，as macrophages in retinal，maintain the stability of retina.The activation of microglia plays an important role in retinal light damage of retinal lesions，which is a new research direction of retinal diseases.P2X4 receptor，as a ATP receptor ion channel gating，plays an important role in the activation of microglia and survival.Therefore，regulation of P2X4 receptor in microglia can become a new direction of retinal function and mechanism of light damage.

P2X4；microglia；light damage

R774.1

A

1002-4379（2017）01-0056-03

10.13444/j.cnki.zgzyykzz.2017.01.016

中國中醫科學院眼科醫院院級科研基金（201607）

1中國中醫科學院眼科醫院，北京100000 2成都中醫藥大學針灸推拿學院，成都610075

宋劍濤，E-mail：jangts@163.com