嘌呤2受体介导的初级感觉神经节神经元胞体与卫星胶质细胞间信息交流的研究进展

Puriner 2 Receptor Mediating the Communication between Neurons Cell Body and Satellite Glial Cells in Primary Sensory Ganglion

摘要: 初级感觉神经节神经元胞体和围绕其周围的卫星胶质细胞的结构和功能研究表明，卫星胶质细胞参与了感觉信号从神经末梢传入脊髓的过程。卫星胶质细胞与其围绕的神经元胞体之间通过多种方式相互交流，这种信息交流在损伤情况下可发生改变并引发异常疼痛。本文就初级感觉神经节中嘌呤2(P2)受体介导的神经元胞体与卫星胶质细胞之间交流的可能机制及组织或神经损伤时将如何影响这种交流的研究进展进行综述。

Abstract: The reaserch of structure and function on neuron cell body and satellite glial cells in primary sensory ganglion shows that satellite glial cells involved in the process of sensory signals conducted from nerve endings to the spinal cord. Satellite glial cells communicate with neurons in different ways, this kind of information communication under the condition of damage can change and cause abnormal pain. In this paper, we summarized the research progress of the communication mediated by purines 2(P2) receptor in the primary sensory ganglion, including the possible mechanisms of communication and change of communication when tissue or nerve is injured.

1. 引言

中枢神经系统的研究显示神经细胞之间传递信号的不仅是神经元，还有非神经元细胞，其中包括星形胶质细胞、少突细胞和小胶质细胞。神经元与神经胶质细胞之间的信息交流在神经元的活动中起重要作用[1] 。研究表明在外周初级感觉神经节中神经元胞体与另一个神经元胞体不形成突触联系，而是每个神经元胞体周围紧密围绕一层卫星胶质细胞(Satellite glial cells, SGCs)，紧密包绕在神经元胞体周围卫星胶质细胞与附着的结缔组织鞘一起形成一个结构单位[2] 。感觉神经节中卫星胶质细胞类似于中枢神经系统星形胶质细胞，也表达中间丝蛋白和胶质纤维酸性蛋白(Glial fibrillary acidic protein, GFAP)，损伤后胶质纤维酸性蛋白的表达会上调。SGCs互相沟通的一种方式是通过缝隙连接。电镜下观察到背根神经节中缝隙连接只存在于包绕着同一神经元的相邻SGCs之间，并不存在于SGC鞘和其包围的胞体之间或胞体与胞体之间[3] [4] 。炎症或神经损伤大鼠分离出的感觉神经节神经元中，围绕同一神经元的耦连SGCs数量增加2~3倍。小鼠实验发现，脂多糖(Lipopolysaccharides, LPS)注射可激活SGCs，SGCs间染料耦连数增加3~4.5倍，并且在SGCs间形成新的缝隙连接，SGCs对ATP的敏感性增加2倍，神经元的兴奋性增加，应用缝隙连接阻断剂可以减少LPS处理小鼠的痛行为[5] 。神经切断后发现SGCs通过形成SGC桥和新的缝隙连接与相邻的围绕另一个神经元的SGC鞘联系。神经元与其它神经元或细胞之间通常的交流方式是通过神经递质激活受体产生。由于神经元胞体被SGC紧紧包裹并且彼此缺乏突触联系，因此背根神经节神经元胞体可能通过释放递质与其它细胞进行交流。因此，胞体–卫星胶质细胞的交流是胞体活动的关键性因素，研究分析损伤后这种交流的异常变化有助于理解影响传入信息的神经元胞体异位放电。初级感觉神经节可表达多种嘌呤受体，这些嘌呤受体通过参与神经元与卫星胶质细胞之间的信息交流影响感觉信息的传递。因此，了解嘌呤受体在其中的作用可以为疼痛防治研究提供帮助。本文侧重介绍初级感觉神经节嘌呤受体介导的神经元与卫星胶质细胞之间的信息交流。

2. 初级感觉神经节P2受体

2.1. P2X与P2Y受体的表达

嘌呤受体(purinergic receptors)分为P1和P2受体两大类，其中P2受体包括P2X受体(配体门控性离子通道型受体)和P2Y受体(G蛋白偶联型受体) [6] -[9] 。目前哺乳动物中克隆出7种P2X受体亚型(P2X1、P2X 2、P2X 3、P2X 4、P2X 5、P2X 6、P2X 7)和9种P2Y受体亚型(P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13、P2Y14、P2Y15)。初级感觉神经节释放的ATP可激活P2X嘌呤受体(P2XR)和P2Y受体(P2YR)，P2X3受体在小直径的感觉神经元上表达最丰富并且介导伤害性反应。同聚体P2X3受体及异聚体P2X2/3受体是神经元胞体上的主要受体。SGCs表达P2X2、4、5、7受体[10] ，P2X7受体是SGCs中表达最丰富的亚型[11] 。ATP是感觉神经节中SGC至胞体交流的主要的递质。研究神经元表达的P2X3受体与SGCs表达P2X7受体间的信息交流有助于我们了解神经元胞体和SGC之间的交流过程。

根据G蛋白耦连特性，P2Y受体分为两类，第一类是P2Y1、2、4、6、11受体，耦连Gq/G11激活磷脂酶C(PLC)/IP3/Ca²⁺信号通路；第二类是P2Y12、13、14受体，耦连Gi/Go抑制腺苷酸环化酶和cAMP的合成。P2Y11受体双重耦连Gq/G11和Gs激活腺苷酸环化酶[12] 。啮齿类动物的背根神经节神经元可表达七种P2Y受体(即P2Y1、2、4、6、12、13、14)亚型[9] [12] ，三叉神经节神经元表达P2Y1、2、4、6受体[9] 。P2Y1受体和P2Y2受体是初级感觉神经节神经元中表达最丰富的两种亚型。DRG的SGC表达P2Y1、12、14受体，TG中SGCs上表达P2Y1、2、4、6、13、14受体[9] 。激活Gi/Go耦连的P2Y受体可减轻痛觉过敏，而激活Gq/G11耦连的P2Y受体可促进痛觉过敏[12] 。激活Gq/G11耦连的P2Y受体的效应不一定是兴奋。

2.2. P2X受体与P2Y受体的作用

激活P2Y1R减少背根神经节神经元P2X3R的表达及活性[11] ，并且抑制N型电压依赖的Ca²⁺通道。激活P2Y2R抑制DRG神经元P2X3R电流[13] 。与P2XRs不同，P2YRs的激活是通过第二信使调节其它通道或受体的活性。例如，P2Y1R激活抑制Kv7通道，P2Y2R激活可增加TRPV1电流[14] 。通过细胞内Ca²⁺浓度变化研究可观察P2YR介导的反应不同于P2XRs。激活离子型P2XRs后通过开放的受体通道引起Ca²⁺内流，而激活P2YRs引起G-蛋白介导的细胞内储存Ca²⁺释放。因此，P2X3R介导的[Ca²⁺]i反应对细胞外Ca²⁺浓度敏感。相反，P2YR激活导致的[Ca²⁺]i增加的反应可以存在于无钙的细胞外液中，但Ca-ATP酶抑制剂环匹阿尼酸(可以消耗内质网中的Ca²⁺)可抑制以上[Ca²⁺]i增加的反应[15] 。P2YRs参与SGC至胞体的交流引发慢性疼痛。例如，SGCs上表达的P2YRs在舌神经损伤后表达增强，导致慢性疼痛[16] 。TG神经元存在降钙素相关肽(CGRP)，激活神经元胞体缓激肽受体引起CGRP从胞体释放，从而激活SGCs中P2YRs使细胞因子释放增加[17] 。

3. P2受体介导神经元胞体与SGC间的相互交流

3.1. 神经元胞体至SGC间的交流

通过胞体-SGCs交流、神经元胞体和SGCs之间的Ca²⁺信号对传入纤维刺激反应的研究，可观察DRG神经元胞体如何利用释放的ATP与周围SGCs进行交流[18] [19] 。刺激神经后同时监测胞体和周边SGCs的[Ca²⁺]i时发现，首先是神经元胞体通过激活电压依赖性L-型钙通道使钙内流增加，继而出现SCGS上[Ca²⁺]i延迟增加[19] 。随着神经刺激频率的增加，胞体和SGCs细胞[Ca²⁺]i的增加也越多，两个Ca²⁺信号之间的延迟时间则更短。在使用三磷酸腺苷双磷酸酶降解细胞外ATP和ADP后，神经刺激仍然引起胞体内[Ca²⁺]i增加，但不增加SGCs内[Ca²⁺]i。这些实验结果表明，ATP是介导神经元胞体至SGC间交流的递质[19] 。根据P2X3R仅在DRG神经元胞体表达，P2X7R仅在SGC中表达的实验结果[11] ，应用P2X7R拮抗剂对神经刺激后DRGs钙信号的作用研究发现阻断P2X7R活性可以阻止SGCs中的Ca²⁺增加，但不影响神经元胞体中的Ca²⁺增加。这些研究表明，胞体至SGC的信息交流是通过从神经元胞体释放ATP激活SGCs上P2X7Rs产生效应。

3.2. SGC至神经元胞体间的交流

SGC与神经元胞体间交流的机制尚不清楚。电压依赖性Na⁺通道缺失时，SGC不发生电兴奋[20] 。除了内向整流及其他电压依赖性K⁺通道，SGC还表达包括P2XRs和P2YRs等多种受体。P2Rs激活后，Ca²⁺通过开放的钙通透性离子型P2XRs进入细胞[18] [19] [21] ，或通过激活代谢型P2YRs来动员细胞内储存Ca²⁺导致SGCs内Ca²⁺增加。研究发现，SGCs上P2X7Rs介导DRG中大部分ATP的基础释放。此外，胞体上P2Y1Rs激活抑制P2X3Rs在神经元中的表达和活性[11] [22] 。为了确定这种调制功能的结果，在有无P2YR拮抗剂(反应蓝2，RB2)的情况下，比较完整神经节的SGCs和胞体中P2X7R介导的细胞内钙离子的变化[11] 。发现缺乏RB2的情况下，P2X7R受体拮抗剂BzATP明显增加SGCs的[Ca²⁺]i，而神经元胞体的[Ca²⁺]i变化相当小。加入RB2后，BzATP导致神经元的[Ca²⁺]i明显增加，而SGCs的P2X7R介导的[Ca²⁺]i保持不变。特异性P2X3R拮抗剂A-317491可抑制神经元的RB敏感性[Ca²⁺]i增加。因此，SGC至胞体方向的交流是通过SGCs上P2X7R介导释放的ATP激活神经元胞体上的P2Y1Rs，兴奋的P2Y1Rs又反过来抑制神经元胞体P2X3Rs的活动，即P2X7R-P2Y1R-P2X3R的抑制控制模式。检测细胞间钙波的大小和传播速度，可以监测SGC-胞体间交流的变化[21] 。在三叉神经节神经元与SGCs共培养的条件下，机械刺激SGCs可以引起钙波扩散到邻近的神经元和附近SGCs，P2R拮抗剂苏拉明可明显抑制这种钙波传递[21] 。这些实验结果表明，SGCs通过受体激活后改变胞内[Ca²⁺]i引起ATP释放，进而影响SGC至神经元胞体的信息交流。P2X7Rs除了介导ATP释放，还可影响中枢神经系统中星形胶质细胞和小胶质细胞的谷氨酸与GABA释放[23] 。P2X7R介导的其它这些递质释放是否参与感觉神经节神经元与SGC之间信息交流作用尚不清楚。

4. 损伤后胞体及SGC间的相互作用

由于初级感觉神经节嘌呤受体介导的胞体→SGC→胞体之间的交流可明显影响从传入纤维到脊髓和延髓的神经信号传递[1] ，因此清楚了解损伤后这种信息交流的变化可为减少慢性痛信号的传递提供帮助。初级感觉神经元嘌呤受体介导伤害性信号传递的重要特征是其可放大对损伤的反应。从ATP激活炎症或神经损伤大鼠分离的DRG神经元P2XR产生电流的研究表明，P2X3R表达明显增加和P2X3R的膜转运大量增加是背根神经节神经元致敏的两个主要机制。通过增强P2X3R介导的对损伤反应，ATP诱导的去极化将大到足以导致伤害性感受神经元激活产生动作电位[8] 。

除了观察损伤引起神经元上P2Rs的变化，同样重要的是确定SGCs上P2Rs是否参与神经元活性改变。Chessell等人发现P2X7Rs敲除后，炎症和神经损伤剌激小鼠后肢不会产生痛觉过敏，这个结果表明P2X7R在慢性疼痛的发展和维持中具有重要作用。在完全弗氏佐剂(CFA)作用的大鼠上研究P2X7R–P2Y1R–P2X3R抑制控制调节，发现即使炎症条件下P2X7R介导的抑制性控制持续存在，CFA处理仍产生异常痛[11] 。因此，通过影响SGCs上P2X7R来调节神经元活性的过程非常复杂。背根神经节神经元的过度兴奋可能会导致CFA诱导的P2X3R表达上调和/或P2X7R介导的细胞因子释放增加。研究表明，CFA诱导下颌下炎症或眶下神经切断后，在完整和培养TGs的SGCs中ATP引起[Ca²⁺]i升高的阈浓度可降低100倍[10] 。对照细胞的[Ca²⁺]i变化由P2YRs介导，而在炎症时却变为由P2X2、P2X5、甚至可能是P2X4受体介导。由P2YR转换为P2XR作用的变化机制尚不清楚。此外，在TGs上P2X7R介导的Ca²⁺反应不受CFA的影响[10] 。这个观察结果与免疫组化染色检测发现神经损伤后人的DRGs中SGCs上P2X7R表达明显上调的结果相反。蛋白印迹实验发现，P2X7R表达在CFA处理大鼠的DRGs中显著升高[11] 。

损伤条件下，P2X7Rs激活与免疫细胞和神经胶质细胞释放的细胞因子的成熟和释放密切相关[24] [25] 。细胞因子释放到神经元周围提高了神经元的兴奋性，从而引发疼痛和防护伤害反应的行为[26] 。感觉神经节的胞体和SGCs上存在炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)和IL-6，以及它们各自的受体TNFR1、IL-1R和IL-6R [27] 。生理状态时，初级感觉神经节的这些细胞因子的表达较低，在炎症和神经受损后细胞因子的表达可增加几倍[28] -[30] 。不同疼痛模型损伤引起的细胞因子及其受体的变化是不同的。Ohtori等研究表明坐骨神经挤压伤后TNF-α的表达仅在SGCs增加，而TNFR1水平在DRGs神经元和SGCs均升高。腹部背根切断后，TNFα的表达水平在神经元和SGCs上均很快增加，而TNFR1表达仅在DRG神经元上增加。由于只有在神经切断之前而不是在痛觉过敏出现以后抑制TNF-α合成可阻断慢性疼痛，所以TNF-α和TNFR1的上调参与慢性疼痛发生，但在慢性疼痛的维持中并不重要。

研究发现细胞因子在初级感觉神经元的活化中发挥各种作用。IL-1β既可减少TG神经元上持续性外向钾电流(Ik)，又能减少瞬时外向钾电流(IA)，这种抑制作用在炎症后增强。研究IL-1β及其受体IL-1RI表达的实验发现，炎症诱导TGs的SGCs中IL-1β上调，而IL-1RI只在小直径的伤害感受神经元上表达增加。应用IL-1β至炎症小鼠急性分离的三叉神经元，可明显增加去极化诱导的神经元放电；在体及离体应用IL-1RI抑制剂可减少三叉神经元的放电[30] [31] 。Pollock等用TNF-α急性处理背根神经节神经元，可在背根神经节神经元诱发对兰尼碱和毒胡萝卜素敏感的钙离子瞬时内流。TNF-α长期暴露可以通过产生PGE2和激活ERK使TRPV1表达上调，进而提高背根神经节神经元上TRPV1R介导的电流[32] 。强直刺激坐骨神经以模仿细胞对损伤的反应，可使DGRs中SGCs的P2X7R介导的TNF-α释放大量增加[19] 。TNF-α可提高ATP诱导的去极化，增加DRG神经元放电。这些实验结果表明，SGCs通过释放细胞因子，以及小分子递质(如ATP)，来改变损伤时神经元胞体的活性。

5. P2X7受体介导ATP和细胞因子释放的机制

由于P2X7R介导ATP和细胞因子的释放在SGCs至胞体通信中具有重要作用，所以深入了解P2X7R依赖的细胞因子和ATP释放的可能机制有助于帮助确定控制通信交流的过程。与其它P2XRs相比，P2X7R需要10倍高的ATP浓度才能被激活，并且P2X7受体通道的离子通透性会随ATP的作用而发生变化。ATP延长或反复刺激，P2X7R通道的选择性降低，即孔道扩张，允许900道尔顿的大分子通过。目前尚未明确P2X7R大孔道是否可以为ATP释放提供通道[33] 。N-甲基-D-葡糖胺(NMDG+)的通透实验和P2X7R通道对阳离子型碘化丙啶荧光染料YO-PRO-1的摄取实验发现，NMDG+而不是YO-PRO-1的通透性依赖于细胞外的Na⁺的浓度和P2X7R的结构[33] 。此结果表明NMDG+通过扩张的P2X7R通道本身通透，而YO-PRO-1通过不同的通透途径进入细胞。免疫共沉淀实验发现一种半通道蛋白(pannexin,Panx)可以与P2X7R共表达，因此Panx与P2X7R之间存在联系。刺激P2X7Rs可激活Panx1形成大电导通道(475 PS)，并允许ATP通过。应用抑制肽10Panx阻断panx1活性，或Panx1小干扰RNA下调Panx1，可以抑制P2X7R介导的YO-PRO-1摄取或ATP释放，但不改变HEK细胞和星形胶质细胞中P2X7R介导的ATP激活的电流[34] 。这些结果与panx1负责P2X7R介导ATP释放的推测一致。在panx1-/-突变小鼠中分离的星形胶质细胞上ATP释放和YO-PRO-1摄取明显减少的实验结果进一步支持这个结论[35] 。另一方面，最近发现的YO-PRO-1摄取的电压依赖性结果与用正常浓度Na⁺的盐溶液测定的ATP电流类似，表明P2X7R通道允许YO-PRO-1直接通过，ATP也可能通过[36] 。然而，这一结果不能排除panx1参与P2X7R介导ATP释放的可能性。确定SGCs上的P2X7R通道是否有相似的释放特性非常重要。Panx参与感觉神经节的SGC和胞体间的相互作用的研究发现，DRG胞体和SGCs中表达panx1和panx2，YO-PRO-1摄取是由P2X7Rs和panx1介导[37] 。Panx可部分阻断坐骨神经损伤引起的异常性疼痛。这些结果表明Panx参与SGC至胞体通信。研究表明炎症后TGs中panx1表达增加，从Panx1敲除小鼠、P2X7R敲除小鼠和神经胶质细胞特异性敲除Panx1的小鼠分离的TGs细胞的高敏性可以被阻断，这些结果支持Panx1参与TG的疼痛过程[38] 。目前对SGCs上P2X7R介导的细胞因子释放的可能机制知道甚少。在巨噬细胞，panx1-P2X7R复合物似乎参与炎性体/半胱天冬酶的激活，导致细胞因子IL-1β释放[39] [40] 。有P2X7R基因编码序列的不同品系小鼠脊髓神经损伤后表现触觉过敏，以及分别在乳腺癌根治术术后和骨关节炎发展中表现为慢性疼痛的病人存在P2X7R的基因型。研究发现减少P2X7R通道扩张与炎症或神经损伤时疼痛反应减轻有关系。这些结果进一步强调在慢性疼痛的产生中P2X7Rs孔道扩张的重要作用，并且强调P2X7Rs介导SGCs释放的ATP和细胞因子可对初级感觉神经元的活性和疼痛信号转导产生影响。

6. 结论

在初级感觉神经节中，卫星胶质细胞通过ATP释放和嘌呤信号转导与其围绕的神经元胞体和其它的卫星胶质细胞进行交流。神经损伤后，可增加ATP释放和P2XR和P2YR表达，进而P2X3R活性增强，P2X7R介导的ATP和细胞因子的释放增加，引起慢性疼痛。深入了解SGCs与胞体在正常和损伤情况相互作用的机制，及嘌呤受体在其中的作用，将有助于确定治疗慢性疼痛新的靶点和有效的方法。

基金项目

国家自然科学基金课题(81460200)；江西省自然科学基金课题(20142BAB215027)；江西省卫生厅项目(20155632)。