腺苷及其受体在神经系统中的生物学作用.pdf

腺苷是一种在体内广泛存在的神经调质 特别在中枢神经系统中发挥着重要的作用。腺苷通过其不同类型的受体对睡眠、学习记忆、抑郁和焦虑等多种生理和病理过程产生影响。转基因技术的研究 使腺苷受体有可能成为治疗神经精神疾病的新靶点。关键词：腺苷；腺苷受体；基因；生物学作用中图分类号：R 9 6 6；Q 4 2 6 文献标识码：A文章编号：1 0 0 1-0 9 7 1（2 0 0 6）0 4-0 2 7 9-0 4 收稿日期：2 0 0 6-0 1-2 9 作者简介：王任烨 女 在读硕士研究生 研究方向：神经药理学Tel：0 5 7 7-8 6 6 8 9 9 8 2 E-mail：janewonder 1 6 3 com通讯作者：潘建春 男 教授 研究方向：神经药理学 Tel：[phone] E-mail：wenzhoupan2 0 0 3 yahoo com早在1 9 2 9年 Drury 和 Szent-Gyorgy 就已发现腺苷对心脏的作用 但直到1 9 7 2年Burnstock 才提出嘌呤能假说 1 9 7 4年 Berme 等首次报道缺血后脑组织的腺苷水平增高 从此有关腺苷的研究日益受到重视。大量实验数据表明 腺苷通过其受体产生作用参与了多方面生理与病理过程。现已经证实了腺苷受体的存在1。腺苷受体的分类最初是建立在药理学研究基础上的 但近年来对分子克隆和表达的研究使得对腺苷受体的分类进一步明确。本文综述了腺苷及其受体在神经系统中的生物学作用。1 腺苷代谢及受体分布1 1 腺苷的来源和代谢途径腺苷是一种广泛存在的神经调质 全称腺嘌呤核苷 是由腺嘌呤和戊糖结合而成。腺苷既是腺嘌呤核苷酸的前体又是其代谢产物。腺苷来源主要有：（1）在能量供应减少和耗能的情况下 ATP 脱去2个磷酸变成 AMP AMP 有两条代谢途径：一条是在5-核苷酸酶作用下脱去磷酸变成腺苷；另一条是通过脱氨酶变成次黄嘌呤核苷酸。其中第一条途径为主要途径。（2）S 腺苷同型半胱氨酸水解后产生腺苷和同型半胱氨酸。（3）腺嘌呤与1-磷酸核糖作用变成腺苷和磷酸。腺苷可存在于全身各个脏器、组织 其中血管内皮、血小板膜、中性粒细胞是腺苷产生较多的地方。腺苷广泛存在于中枢神经系统中。腺苷通过以下两条途径代谢：（1）大部分腺苷通过磷酸化变成 AMP 完成腺苷的再循环。（2）腺苷在脱氨酶作用下 变成次黄嘌呤核苷酸和次黄嘌呤 最后变成尿酸 尿酸是腺苷的最终代谢产物。1 2 腺苷受体的分类及分布根据对腺苷的亲和力不同 腺苷受体（adenosinereceptor AR）分为 A1 A2 A3受体（A1R A2R A3R）A1R与腺苷亲和力最高 其次是 A2R A3R 最低。其中A2R 又根据其对 CGS 2 1 6 8 0（选择性 A2R 激动剂）的亲和力不同分为高亲和力的 A2 A受体（A2 AR）和低亲和力的 A2 B受体（A2 BR）这些受体通过 G 蛋白与包括 cAMP 和Ca2 在内的第二信使相偶联。A1R 为含有3 2 6个氨基酸的糖蛋白 相对分子质量为3 6 6 0 0。该受体在脑和脊髓中含量最高。A2 AR 相对分子质量为4 5 0 0 0 A2 BR 相对分子质量为3 6 3 5 0。A2 AR 在纹状体高表达 在皮层和海马也有散在分布而A2 BR只存在于星状细胞。A3R 是近年来通过克隆技术发现的新受体 在整个脑内分布广泛 但密度最低。某些细胞上腺苷受体有共存现象。例如 A1R 和A2 AR 可以共同表达于谷氨酸能神经末梢、肾小球膜细胞及平滑肌细胞株DDT 1MF-2 2 A1R A2 AR和A2 BR可共同存在于猪的冠状动脉平滑肌细胞。2 转基因模型研究基因打靶技术和胚胎干细胞（embryonic stemcellES 细胞）培养这两项技术的结合使构建带有基因修饰的动物模型成为可能。基因打靶技术是指通过同源重组定向改变所研究基因的技术。ES 细胞是从小鼠胚泡内细胞团分离得到的具有全能性的干细胞。当带有基因突变的ES 细胞注射到胚泡 被植入代孕小鼠的子宫 则ES 细胞发育成的组织也会带2 7 9国外医学药学分册 2 0 0 6年8月第3 3卷 第4期DOI:1 0 1 3 2 2 0 j cnki jipr 2 0 0 6 0 4 0 1 4有相应的基因突变。如果 ES 细胞可以发育成生殖细胞 就可以通过交配把突变基因传递下去。基因工程的发展带动了转基因动物模型的发展 即可以使特定的腺苷受体基因过度表达或不表达 从而为受体生理、病理 以及治疗方面的研究提供了非常有意义的方法。A1R A2 AR 及 A3R 均有各自的转基因模型。Jo-hansson 和 Sun 等先后培育了两种 A1R 基因敲除的小鼠品系。Scammell 等3于2 0 0 3年利用 Cre-loxP 系统和腺相关病毒载体培育了局部缺失 A1R 的转基因小鼠。Matherne 和 Dong 等先后培育了过度表达A1R 的小鼠品系。A2 AR 基因敲除小鼠有不同的品系 分别为 CD 1 C 5 7 BL 6及 Sv-1 2 9三种 由于遗传背景不同而有不同的表型。Halldner 等4在2 0 0 4年培育出 A1R A2 AR 基因同时敲除的小鼠。在2 0 0 5年 Bastia 等5利用 Cre-LoxP 策略培育出前脑特异A2 AR 基因敲除的小鼠品系。在这个策略中 基因敲除载体带有噬菌体P 1的LoxP 序列 Cre 蛋白可以识别该序列 使两个同向的 LoxP 序列发生重组 使它们之间的序列缺失 将这种基因敲除载体导入ES 细胞内 通过筛选、交配 可以得到组织特异性缺失目的基因的品系。早在1 9 9 0年 Ledent 等报道了能过度表达 A2 AR 的转基因小鼠 这一品系与甲状腺疾病相关。Salvatore 等的实验发现 A3R 的缺失并不影响其他腺苷受体亚型的表达。Zhao 等观察到过度表达 A3R 的小鼠出现胚胎性死亡。3 腺苷及其受体对中枢作用的研究3 1 在睡眠方面的作用内源性的腺苷具有促进睡眠的作用。Feldberg和Sherwood 在1 9 5 4年首次发现腺苷对猫有催眠的作用。1 9 9 9年 Basheer 等将腺苷注入大鼠的基底前脑 产生减少觉醒的效果。目前认为 A1R 和 A2 AR均能介导腺苷引起的睡眠促进作用。人们发现 用A1R 激动剂和拮抗剂能分别产生促进睡眠和减少睡眠的效果。而睡眠剥夺则可以增加基底前脑 A1RmRNA 的表达6。但是 在转基因模型中 对比野生型小鼠 A1R 敲除小鼠在睡眠剥夺实验后 并没有观察到睡眠量的改变或是反跳 而同样给予野生小鼠A1R 拮抗剂也有上述效果7。这提示 A1R 在正常动物的睡眠调节中发挥的作用并不是关键性的 其他的机制在 A1R 敲除或长时间阻滞的时候发挥了作用。有人发现 脑室内注射 CGS 2 1 6 8 0能增加睡眠。而 A2 AR 敲除模型中 CGS 2 1 6 8 0没有表现出以上作用 说明 CGS 2 1 6 8 0是通过 A2 AR 发挥其促进睡眠的作用的8。Mizoguchi 等发现注射 PGD 2能增加局部腺苷的浓度。而 A2 AR 拮抗剂能阻滞 PGD 2的诱导睡眠作用。因此 A2 AR 可能介导了 PGD 2在睡眠中的作用。3 2 在学习记忆方面的作用长时程增强（long-term potentiationLTP）作为中枢神经系统突触可塑性的一个模式 在学习和记忆中起到重要作用。1 9 9 7年de Mendonca 和 Ribeiro通过体内和体外的实验提出了腺苷受体参与突触可塑性形成的观点。有人发现 在 A1R 基因敲除小鼠的海马切片上观察到苔状纤维旁路的 LTP 受到损伤 这与用 A1R 拮抗剂处理的结果相似9。与野生型小鼠相比 A2 AR 基因敲除的小鼠显示皮质-伏核的LTP 减弱 因为这些结构在运动学习和奖赏机制（伏核）及记忆的保存和再现（海马）方面起作用 A1R 和 A2 AR 对突触可塑性的调节很可能产生重要的行为学结果。尽管 Von Lubitz 等用 DPCPX（选择性A1R 拮抗剂）慢性阻滞 A1R 大鼠表现出行为学的损伤 但 A1R 基因敲除的小鼠几乎没有行为学阳性结果 只是似乎对环境的习惯化减弱1 0。推测A1R在不同的物种中由于受体的不同生物学特性而发挥不同的作用。3 3 在焦虑和抑郁方面的作用腺苷受体拮抗剂（如咖啡因）的致焦虑作用主要是通过阻断 A1R1 1。实验表明 致焦虑和抗焦虑作用分别与 A1R 的阻断和激动有关 A1R 基因缺失的小鼠有更多焦虑表现。以往的研究一直认为 A2 AR与焦虑样行为无关。直到1 9 9 7年 Ledent 等发现CD-1遗传背景的 A2 AR 基因敲除的小鼠对所给的致焦虑刺激有反应。随后 Snell 等观察到这些小鼠的嘌呤类物质的利用有改变 进一步观察到核苷转运体密度减少和 A1R 密度增加 而这些改变明显发生在脑内的一些特定核团 并且已知这些核团与 A2 AR基因敲除小鼠出现的特定表型密切相关 如高血压、焦虑、攻击性和痛觉减退等。A2 AR 是咖啡因的作用位点 2 0 0 3年 Alsene 等1 2的研究发现 A2 AR 基因多态性与人体对咖啡因的致焦虑作用的急性反应之间呈正相关。最近 Hamilton 等1 3又发现 A2 AR 的基因位点与惊恐障碍有关。血浆中腺苷脱氨酶的活性在严重抑郁的病人体2 8 0Foreign Medical Sciences Section of Pharmacy 2 0 0 6Aug；3 3（4）内有下降表现 从而间接提示腺苷可能参与严重抑郁的病理变化。1 9 9 9年 Elgun 等的实验表明腺苷脱氨酶的活性可能与抑郁症的严重程度呈负相关。2 0 0 1年 Yacoubi 等通过评价抑郁症或抗抑郁药物的行为学实验 如悬尾实验和强迫游泳实验 发现敲除A2 AR 基因或用药理方法阻断A2 AR 小鼠的不动时间缩短。2 0 0 3年 Fedorova 等用同样的方法发现 A3R基因敲除的小鼠不动时间延长。而在2 0 0 4年Kaster 等 1 4 发现腺苷的抗抑郁样作用似乎是通过 A1R 和A2 AR 的激活实现的。由此推测腺苷在抑郁症的致病中所起的作用不是单一的 很可能通过调节受体密度发挥致病或保护的作用 因此进一步研究腺苷受体亚型的功能对于阐明腺苷的作用十分有必要。3 4 在神经退行性疾病方面的作用很多研究已证实 腺苷在大多数组织中有对抗脑缺血缺氧损伤的保护机制 传统认为这种保护机制与 A1R 的激活有关。近年来的研究发现其他腺苷受体亚型在脑缺血损害中也有各自的作用。以往对A1R 的动物体内外实验研究较多 大多是基于药理学的研究基础 一般认为A1R 在缺血性损害中具有保护作用。有研究发现 低氧和缺血对突触传递的损害伴随着A1R 的激活 应用A1R 拮抗剂会加剧野生型小鼠的脑缺血损害 但是A1R 基因敲除小鼠与野生型小鼠及裸鼠之间没有显著差异 1 5。这种现象和机制还有待于进一步的研究阐明。某些 A2 AR 的相对特异性拮抗剂在整体或持续性缺血及兴奋性毒物的神经损害中表现出减轻损害的作用 但一些腺苷受体的非特异性拮抗剂如咖啡因、茶碱等通过 A2 AR 的血管效应使脑缺血损害加重。Chen 等的实验表明 A2 AR 基因敲除的小鼠相对于野生型小鼠 脑缺血损害明显改善 并且这一效应很大程度上依赖于骨髓源性细胞上 A2 AR 的表达。接受 A2 AR 基因敲除小鼠的骨髓源性细胞移植的野生型小鼠也表现出缺血损伤减轻 反之 接受野生型小鼠的骨髓源性细胞移植的 A2 AR 基因敲除小鼠则没有这种保护作用 该保护作用与抗炎因子 IL-1 0表达的增加和促炎因子 IL-1 6 1 2表达的降低有关。虽然 A2 AR 基因敲除小鼠脑缺血损伤得到改善 但肝脏的损伤加重 可能与骨髓源性细胞上的 A2 AR 失活有关1 6。有研究证实 脊髓的缺血性损伤能通过A2 AR 激动剂的抗炎机制得到减轻。由于缺乏 A2 BR 特异性配体 目前对于 A2 BR 在缺血性损害中的研究甚少。Zhou 等1 7观察到在缺血预适应中星形胶质细胞上的 A2 BR 上调 提出A2 BR可能在中枢神经系统中起神经保护作用。Zhong等1 8发现 A2 BR 可以增加星形胶质细胞释放 IL-6。由此看来 A2 BR 在组织中并不仅发挥保护作用 还可能参与炎症过程。尽管 A3R 在脑内的水平低于其他器官 Fedorova等的实验发现 一氧化碳低氧模型中 A3R 缺失的小鼠海马损伤加重 运用选择性的 A3R 拮抗剂得到相同的结果 说明在中枢神经系统 A3R 有保护作用。帕金森病（Parkinson disease PD）是以纹状体内多巴胺能神经元的功能减退和多巴胺减少引起运动功能障碍为特征的。尽管对 A1R 的研究很少 Lau和 Mouradian 在1 9 9 3年发现甲基苯四氢吡啶（1-methy-l4-pheny-l1 2 3 6-tetrahydropyridineMPTP）小鼠模型中 A1R 激动剂能对抗多巴胺的减少。同样Ismayilova 等1 9发现对利血平化的大鼠 A1R 激动剂能改善其运动能力。流行病学研究和实验数据表明 A2 AR 对 PD 有保护作用。两项大的前瞻性研究均发现 咖啡因的摄取量与PD 的发生呈负相关 这一概念由 Chen 等的神经毒素1-甲基苯基-1 2 3 6-四氢吡啶（MPTP）模型小鼠实验得到证实 进而在 MPTP 诱发的 PD 模型中用选择性的 A2 AR 拮抗剂干预证明能显著减轻多巴胺在纹状体的丢失。Ikeda 等发现 A2 AR 拮抗剂的神经保护作用也出现在6-羟基多巴胺诱发的PD 模型大鼠中。阻断 A2 AR 也可以改善类似木僵的运动功能障碍。因此 A2 AR 拮抗剂将成为治疗 PD的新策略。4 结语转基因动物模型的建立为腺苷受体的多角度研究提供了大量实验数据 有些并不与药理学实验数据完全一致。原因可能是 腺苷受体在不同的组织细胞中发挥着复杂的作用 不同的亚型可能作用相差甚远。所以利用选择性基因敲除策略 培育组织特异性的基因缺失新品系 可以更进一步地确定腺苷受体的定位及腺苷通过其受体发挥的功能 为临床治疗提供依据。参考文献1Ralevic VBurnstock GReceptors for purines and pyrimidinesJPharmacol Rev 1 9 9 8 5 0（3）：4 1 3 4 9 2 2 8 1国外医学药学分册 2 0 0 6年8月第3 3卷 第4期2Rebola NRodrigues RJ Lopes LVet alAdenosine A（1）and A（2 A）receptors are co-expressed in pyramidal neurons and co-local-ized in glutamatergic nerve terminals of the rat hippocampus J Neuroscience 2 0 0 5 1 3 3（1）：7 9 8 3 3Scammell TE Arrigoni E Thompson MA et al Focal deletion of theadenosine A 1receptor in adult mice using an adeno-associated viralvectorJJ Neurosci 2 0 0 3 2 3（1 3）：5 7 6 2 5 7 7 0 4Halldner L Aden U Dahlberg V et alThe adenosine A 1receptorcontributes to the stimulatory but not the inhibitory effect of caffeineon locomotion：a study in mice lacking adenosine A 1and or A 2 A re-ceptorsJNeuropharmacology 2 0 0 4 4 6（7）：1 0 0 8 1 0 1 7 5Bastia EXu YHScibelli ACet alA crucial role for forebrainadenosine A（2 A）receptors in amphetamine sensitizationJNeu-ropsychopharmacology 2 0 0 5 3 0（6）：8 9 1 9 0 0 6Basheer R Halldner L Alanko Let al Opposite changes in adeno-sine A 1and A 2 A receptor mRNA in the rat following sleep deprivationJNeuroreport 2 0 0 1 1 2（8）：1 5 7 7 1 5 8 0 7Stenberg D Litonius E Halldner Let al Sleep and its homeostaticregulation in mice lacking the adenosine A 1receptor JJ SleepRes 2 0 0 3 1 2（4）：2 8 3 2 9 0 8Urade YEguchi NQu WMet alSleep regulation in adenosineA 2 A receptor-deficient mice JNeurology 2 0 0 3 6 1（1 1Suppl6）：S 9 4 S 9 6 9Moore KA Nicoll RA Schmitz D Adenosine gates synaptic plastici-ty at hippocampal mossy fiber synapsesJProc Natl Acad Sci USA2 0 0 3 1 0 0（2 4）：1 4 3 9 7 1 4 4 0 2 1 0Gimenez-Llort LMasino SADiao L et alMice lacking theadenosine A（1）receptor have normal spatial learning and plasticity inthe CA 1region of the hippocampusbut they habituate more slowlyJSynapse 2 0 0 5 5 7（1）：8 1 6 1 1Millan MJ The neurobiology and control of anxious statesJProgNeurobiol 2 0 0 3 7 0（2）：8 3 2 4 4 1 2Alsene KDeckert JSand Pet alAssociation between A 2 a re-ceptor gene polymorphisms and caffeine-induced anxiety JNeu-ropsychopharmacology 2 0 0 3 2 8（9）：1 6 9 4 1 7 0 2 1 3Hamilton SPSlager SLDe Leon ABet alEvidence for geneticlinkage between a polymorphism in the adenosine 2 A receptor andpanic disorderJNeuropsychopharmacology 2 0 0 4 2 9（3）：5 5 8 5 6 5 1 4Kaster MPRosa AORosso MMet alAdenosine administrationproduces an antidepressant-like effect in mice：evidence for the in-volvement of A 1and A 2 A receptorsJNeurosci Lett 2 0 0 4 3 5 5（1）：2 1 2 4 1 5Olsson T CronbergT Rytter Aet al Deletion of the adenosine A 1receptor gene does not alter neuronal damage following ischaemia invivo or in vitroJEur J Neurosci 2 0 0 4 2 0（5）：1 1 9 7 1 2 0 4 1 6Yu LHuang ZMariani Jet al Selective inactivation or reconsti-tution of adenosine A 2 A receptors in bone marrow cells reveals theirsignificant contribution to the development of ischemic brain injuryJNat Med 2 0 0 4 1 0（1 0）：1 0 8 1 1 0 8 7 1 7Zhou AM Li WB Li QJet al A short cerebral ischemic precondi-tioning up-regulates adenosine receptors in the hippocampal CA 1re-gion of ratsJNeurosci Res 2 0 0 4 4 8（4）：3 9 7 4 0 4 1 8Zhong H Belardinelli L Maa Tet al Synergy between A 2 B adeno-sine receptors and hypoxia in activating human lungfibroblastsJAmJ Respir Cell Mol Biol 2 0 0 5 3 2（1）：2 8 1 9Ismayilova NCrossman A Verkhratsky Aet alEffects of adeno-sine A 1 dopamine D 1and metabotropic glutamate5receptors-modu-lating agents on locomotion of the reserpinised ratsJEur J Phar-macol 2 0 0 4 4 9 7（2）：1 8 7 1 9 5 关注药物安全性地塞米松在中度致吐性化疗法引起的呕吐治疗中的副作用地塞米松作为抑制和延缓高致吐性化疗后呕吐的药物已被广泛地应用 且常常作为首选药物。但很少有证据表明在轻中度致吐性化疗的止吐中也起作用。研究者通过地塞米松症状调查表来评定患者在进行中度致吐性化疗后一周中地塞米松的副作用。6 0名接受口服地塞米松预防呕吐并完成致吐性化疗的患者接受了调查。人口统计学的数据从病人中收集 止吐药和化学疗法的详细资料对照从病历卡中获得。受试者为医院1 8岁以上、进行中度致吐性化学疗法并口服地塞米松的门诊病人。调查表由两部分组成 每个项目按照程度轻重分成若干项。主要部分包括失眠、精神亢奋、痤疮、停药后抑郁等九个地塞米松副作用的评估项。第二部分包括两项 用来评估反胃和呕吐的严重程度 按照程度轻重分成若干项。得分越高 症状越严重。体重减轻和食欲不包含在任一次得分中 但是当作支持数据使用。问卷调查结果显示 4 5 的人有中重度失眠 2 7 腹胀、消化不良 2 7 引起精神亢奋 1 9 食欲增加1 6 体重增加 1 5 在其后的化疗中出现痤疮。这说明地塞米松在治疗轻中度致吐性化疗导致的呕吐中所引起的副作用可能要比它所带来的好处更大。（刘频健陈剑）2 8 2Foreign Medical Sciences Section of Pharmacy 2 0 0 6Aug；3 3（4）