陳磊，李正遷，郭向陽

(北京大學(xué)第三醫(yī)院麻醉科，北京 100191)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)退行性疾病的發(fā)病率在老年人中呈上升趨勢，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，給患者及社會帶來極大負(fù)擔(dān)。CNS退行性疾病具有相同或相似的發(fā)病機制，包括能量代謝紊亂、炎癥反應(yīng)以及異常蛋白質(zhì)聚集等[1]。腺苷是一種分子式為C10H13N5O4的內(nèi)源性嘌呤核苷，存在于每一個細(xì)胞中，其核苷中包含一個與核糖結(jié)合的腺苷分子[2]。腺苷作為能量代謝中重要的中間產(chǎn)物，在人體各系統(tǒng)中均發(fā)揮重要的調(diào)控作用，包括調(diào)節(jié)睡眠、學(xué)習(xí)、免疫功能以及神經(jīng)保護(hù)等生理活動[3]。此外，腺苷還被應(yīng)用于多種關(guān)鍵治療措施中，包括治療心律不齊、調(diào)節(jié)CNS活性及抑制癲癇發(fā)作等[4]。腺苷依賴細(xì)胞表面分布的腺苷受體調(diào)節(jié)生理活動，腺苷2A(adenosine 2A，A2A)受體是數(shù)量較多的一種腺苷受體亞型，在CNS中分布廣泛且與腺苷的結(jié)合能力較強。有研究表明，藥理學(xué)阻斷A2A受體可促使帕金森病(Parkinson′s disease，PD)小鼠活化狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞向靜息態(tài)轉(zhuǎn)變，起到抑制炎癥反應(yīng)、改善PD癥狀的作用[5]。此外，A2A受體在其他CNS疾病中的作用同樣受到廣泛關(guān)注。現(xiàn)就A2A受體在CNS疾病中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 CNS中的腺苷及A2A受體

1.1CNS中的腺苷 1929年，Drury和Szent-Gy?rgyi[6]進(jìn)行了關(guān)于腺苷的早期研究，確定了腺苷與心臟功能和能量代謝之間的聯(lián)系。隨后，腺苷的作用逐漸受到關(guān)注[7]。腺苷存在于所有哺乳動物體內(nèi)[8]，主要由神經(jīng)末梢[9]和膠質(zhì)細(xì)胞[10]釋放，同時也可經(jīng)ATP、ADP、AMP在5-核苷酸酶作用下生成，分布在細(xì)胞內(nèi)外[11]。此外，細(xì)胞外腺苷也可由胞內(nèi)腺苷通過細(xì)胞膜上核苷轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運而來。腺苷主要通過兩種途徑代謝：①在腺苷脫氨酶的作用下轉(zhuǎn)變成肌苷，然后再通過核苷酶產(chǎn)生次黃嘌呤和次黃嘌呤核苷酸，最后轉(zhuǎn)變成尿酸，尿酸是嘌呤衍生物在人類新陳代謝過程中的最終產(chǎn)物[12]；②大多數(shù)腺苷通過雙向平衡轉(zhuǎn)運體進(jìn)入細(xì)胞，而腺苷激酶僅存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞中，腺苷通過中心細(xì)胞的磷酸化產(chǎn)生AMP，然后經(jīng)腺苷激酶轉(zhuǎn)換成ATP，完成腺苷的循環(huán)，這也是腺苷代謝的主要途徑，由于腺苷主要在細(xì)胞內(nèi)代謝，因此細(xì)胞外腺苷需要通過上述途徑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)完成代謝過程[11]。

在CNS中，腺苷不僅能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性、突觸可塑性及神經(jīng)元變性，還能夠影響星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞的活性[8]。生理狀態(tài)下，腺苷的濃度維持在較低水平(1～2 μmol/L)，由于其具有快速生成和代謝的特點，因此在CNS發(fā)生損害(痙攣、缺氧、缺血等)時，細(xì)胞外腺苷的濃度迅速升高至100～1 000 μmol/L[13]。腺苷濃度迅速升高是多種因素作用的結(jié)果，包括由細(xì)胞內(nèi)釋放的ATP生成以及由腺苷在細(xì)胞內(nèi)通過轉(zhuǎn)運體直接釋放[14]。然而，由于腺苷的半衰期<10 s，因此其防止病理狀態(tài)進(jìn)一步發(fā)展的作用有限。

1.2CNS中的A2A受體 腺苷的許多生物學(xué)功能是通過結(jié)合其相關(guān)受體完成，主要包括A1受體、A2A受體、A2B受體和A3受體四種G蛋白偶聯(lián)受體[15]，其中A1受體和A3受體屬于Gi家族，A2A受體和A2B受體屬于Gs家族。在生理狀態(tài)下，腺苷主要與高親和力的A1受體和A2A受體結(jié)合，但當(dāng)一些病理狀態(tài)(缺氧、癲癇等)發(fā)生時，腺苷也可通過刺激低親和力的A2B受體和A3受體而發(fā)揮作用[16]。A2A受體作為一個藥物靶點在眾多領(lǐng)域發(fā)揮作用，包括腫瘤、炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)退行性變及心血管系統(tǒng)疾病等[17-19]。研究表明，A2A受體基因結(jié)構(gòu)在小鼠、大鼠及人類中均高度保守，其蛋白結(jié)構(gòu)由410個氨基酸構(gòu)成，且這些氨基酸序列在哺乳動物中高度同源[20-21]。因此，通過動物實驗研究A2A受體的生物學(xué)功能具有重要意義。在CNS中，A2A受體主要分布于多巴胺富集的區(qū)域，包括紋狀體、伏隔核、蒼白球及嗅球，同時在海馬、皮質(zhì)、下丘腦及杏仁核中也有分布[11,22]。此外有研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體在脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞(choroid plexus epithelial cells，CPECs)中也有表達(dá)[23-24]。有研究表明，當(dāng)A2A受體被激活時，其可與外周組織中的Gs蛋白或大腦中的高爾夫蛋白結(jié)合，從而激活蛋白激酶A，然后再通過環(huán)腺苷酸-蛋白激酶A通路影響核因子κB，從而調(diào)控基因表達(dá)[25]。

2 A2A受體在CNS退行性疾病中的作用及機制

CNS退行性疾病是由慢性進(jìn)行性中樞神經(jīng)組織退變所致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要包括阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、PD、肌萎縮側(cè)索硬化癥、多發(fā)性硬化癥和亨廷頓病(Huntington′s disease,HD)等[26]。CNS退行性疾病主要表現(xiàn)為神經(jīng)元興奮性增強、廣泛的認(rèn)知及精神方面癥狀等，且AD、PD、HD等CNS退行性疾病具有相似的發(fā)病機制，包括神經(jīng)元突觸功能紊亂、腦內(nèi)屏障功能障礙、膠質(zhì)細(xì)胞激活誘發(fā)炎癥反應(yīng)等[27]。雖然關(guān)于神經(jīng)退行性疾病機制的假說很多，但腺苷和A2A受體的作用不容忽視。

2.1A2A受體與AD AD是一種常見的老年慢性進(jìn)行性CNS退行性疾病，以β淀粉樣蛋白沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)和神經(jīng)元死亡為病理特征[11]。已有研究顯示，隨著AD病理進(jìn)程的發(fā)展，腺苷受體表達(dá)紊亂，包括A1受體表達(dá)減少和A2A受體表達(dá)增加[28]，因此推測腺苷受體在AD發(fā)病機制中起重要作用?？Х纫?因存在于咖啡中而得名)具有復(fù)雜的藥理作用，但其在腦內(nèi)的功能主要為拮抗腺苷受體，尤其是A2A受體[29]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常適量飲用咖啡可降低衰老相關(guān)記憶障礙的發(fā)生率和患AD的風(fēng)險[30-31]。此外，在AD動物模型[32]和AD患者[33]中均發(fā)現(xiàn)，咖啡因可改善認(rèn)知功能障礙，但咖啡因通過A2A受體發(fā)揮作用的具體機制仍需進(jìn)一步研究。

AD患者的記憶缺失與腦內(nèi)突觸功能的缺失密切相關(guān)，尤其是海馬區(qū)[34]；同時，A2A受體大量表達(dá)于海馬神經(jīng)元突觸上[35]，并選擇性地調(diào)控突觸的可塑性[36]，因此推測A2A受體可能通過影響突觸可塑性在AD中發(fā)揮作用。Pagnussat等[37]研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體異常激活可導(dǎo)致小鼠的記憶損傷，而A2A受體選擇性拮抗劑SCH58261可阻止此現(xiàn)象的發(fā)生。Silva等[38]研究顯示，在AD早期使用A2A受體拮抗劑可修復(fù)小鼠突觸和記憶損傷。通過對其他不同AD模型(如雙轉(zhuǎn)基因AD模型)小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體拮抗劑可恢復(fù)突觸長時程增強并改善小鼠的記憶力[39]。此外，一項基于輕度認(rèn)知功能障礙和AD患者的基因關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，A2A受體表達(dá)量與海馬體積呈負(fù)相關(guān)[40]。以上研究表明，A2A受體拮抗劑在AD發(fā)病中的重要作用可能通過抑制炎癥反應(yīng)及恢復(fù)突觸功能實現(xiàn)，A2A受體有可能成為AD治療的潛在靶點。

2.2A2A受體與PD PD是一種常見的CNS退行性疾病，也是最常見于中老年人的錐體外系疾病，臨床主要表現(xiàn)為運動障礙并可伴隨情緒紊亂和認(rèn)知障礙[41]。PD的主要病理改變?yōu)橹心X黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元的退化與死亡，導(dǎo)致紋狀體中多巴胺含量降低以及路易小體在黑質(zhì)殘存神經(jīng)元胞質(zhì)中的沉積[42]，即黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能通路變性。多巴胺分布的基底節(jié)包含直接和間接兩條通路，交匯于蒼白球和黑質(zhì)，控制運動的平穩(wěn)運行。其中，直接通路的興奮性-氨基丁酸強啡肽能輸出神經(jīng)元主要表達(dá)D1受體，間接通路的抑制性-氨基丁酸腦啡肽能輸出神經(jīng)元主要表達(dá)D2受體[11]。A2A受體與D2受體以異質(zhì)二聚體的形式共表達(dá)[43]，腺苷則通過調(diào)控紋狀體和蒼白球中的A2A受體影響間接通路[11]。

許多研究已經(jīng)闡述了A2A受體在PD中的關(guān)鍵作用[44-46]，而直接與間接通路中黑質(zhì)致密部多巴胺能輸入的平衡是維持肌體運動的關(guān)鍵，但在PD中，黑質(zhì)中多巴胺神經(jīng)元的缺失導(dǎo)致平衡失調(diào)，間接通路的過度激活導(dǎo)致相關(guān)癥狀的出現(xiàn)。在不同的嚙齒類和靈長類PD動物模型中，阻斷A2A受體均可顯著提高PD實驗動物的運動功能[47]。一項涉及9個獨立研究共152只動物的薈萃分析顯示，A2A受體拮抗劑能夠減輕左旋多巴治療引起的運動障礙[48]，同時減少α-突觸核蛋白的聚集和毒性[49-50]。臨床試驗顯示，A2A受體拮抗劑伊曲茶堿與低劑量左旋多巴共同使用可減少PD患者的關(guān)閉期，提高運動能力，同時不會加重運動障礙[51-52]。其他A2A受體拮抗劑(Tozadenant和Preladenant)也可改善左旋多巴治療患者的關(guān)閉期和運動障礙[53]。此外，A2A受體拮抗劑還可減輕PD患者的其他非運動癥狀。有研究顯示，A2A受體拮抗劑可通過增加PD獼猴模型前額葉皮質(zhì)中的多巴胺含量減輕其認(rèn)知功能損害[54-55]。A2A受體拮抗劑伊曲茶堿不僅能改善PD大鼠運動障礙，還能夠減輕其抑郁樣癥狀[56]。因此，A2A受體拮抗劑在治療PD患者運動障礙以及其他非運動癥狀中均發(fā)揮重要作用，是PD治療的關(guān)鍵靶點。

2.3A2A受體與HD HD是一種遺傳性CNS退行性疾病，由編碼亨廷頓蛋白的IT15基因突變引起，以運動障礙、精神癥狀、認(rèn)知障礙和早逝為主要特征，目前尚無有效的手段控制HD患者癥狀，更無法治愈[57]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，豐富的A2A受體表達(dá)于HD中幾乎退化的神經(jīng)元上(如構(gòu)成紋狀體蒼白球通路的紋狀體中等多棘神經(jīng)元)[58]，提示A2A受體可能在HD的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。

在關(guān)于HD發(fā)病機制的研究中，A2A受體逐漸受到關(guān)注，但A2A受體激活與失活在其中發(fā)揮的作用仍存在爭議。有研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)毒素3-硝基丙酸誘導(dǎo)的HD大鼠和體外模型中，A2A受體過表達(dá)具有明顯的保護(hù)作用[59]。此外，Chou等[60]研究發(fā)現(xiàn)，A2A受體激動劑CGS21680可減少HD轉(zhuǎn)基因(R6/2)小鼠模型AMP活化蛋白激酶的激活，提高血糖水平，治療HD。而Fink等[61]發(fā)現(xiàn)，無論基因敲除A2A受體或藥理學(xué)失活A(yù)2A受體均可減輕神經(jīng)毒素3-硝基丙酸誘發(fā)的紋狀體損傷，在HD中發(fā)揮保護(hù)作用。在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，基因敲除A2A受體或藥理學(xué)失活A(yù)2A受體均能夠緩解工作記憶減退[62]，減輕毒性損傷，但對運動障礙無影響[63]。在轉(zhuǎn)基因小鼠(R6/2)模型中，敲除或失活A(yù)2A受體均能夠減輕HD患者的認(rèn)知功能障礙[64]。綜上可知，雖然A2A受體激活與失活在HD中的保護(hù)作用存在爭議，但A2A受體在HD中發(fā)揮作用已基本達(dá)成共識，其具體作用機制有待進(jìn)一步探討。

3 A2A受體調(diào)控屏障功能在CNS中的作用

大腦是人體的指揮控制中心，控制著人體內(nèi)各種系統(tǒng)功能，包括循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、代謝功能、腎臟和胃腸道排泄、自主神經(jīng)系統(tǒng)等，因此大腦內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定是各系統(tǒng)功能正常運轉(zhuǎn)的前提[65]。血與CNS之間的物理屏障主要包括血腦屏障(blood brain barrier，BBB)、血-腦脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier，BCB)和血腦膜屏障，三者共同維持CNS的穩(wěn)態(tài)[66-67]。其中BBB和BCB不僅是天然屏障，還可表達(dá)多種轉(zhuǎn)運體、酶以及受體的組織，在CNS中具有重要作用。

3.1A2A受體與BBB BBB是一種動態(tài)、高度選擇性的屏障，主要由內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，還包括周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，通過細(xì)胞間的緊密連接在中樞與外周間形成天然屏障[67]，屏障結(jié)構(gòu)與功能的完整性是發(fā)揮保護(hù)CNS作用的前提。A2A受體作為一種在腦內(nèi)各區(qū)域均有分布的受體，其調(diào)控BBB的功能已被廣泛報道[68]。雖然A2A受體調(diào)控BBB的作用已被證實，但其作用機制仍存在爭議。在顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤小鼠模型中，A2A受體激動劑可通過基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1/CXC趨化因子受體4信號通路，維護(hù)BBB的結(jié)構(gòu)與功能，從而抑制小鼠顱內(nèi)腫瘤的轉(zhuǎn)移[69]。A2A受體激動劑保護(hù)BBB的作用在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠模型中也得到驗證[70]。以上研究表明，A2A受體激動劑可維持BBB的完整性。在原代人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)建的BBB體外模型中，A2A受體激動劑可降低緊密連接蛋白5和血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏蛋白的表達(dá)量，從而增加BBB的通透性[71]。在睡眠剝奪小鼠模型中BBB結(jié)構(gòu)與功能損傷，而A2A受體拮抗劑SCH58261能夠上調(diào)BBB中緊密連接蛋白和黏附連接蛋白的表達(dá)，改善BBB功能，發(fā)揮保護(hù)作用[72]。提示拮抗A2A受體可逆轉(zhuǎn)CNS疾病小鼠的BBB功能紊亂，發(fā)揮保護(hù)作用。在其他模型中，A2A受體拮抗劑的保護(hù)作用也被廣泛報道。如Zhou等[73]研究發(fā)現(xiàn)，在實驗性腦卒中模型中，A2A受體的表達(dá)增加，A2A受體拮抗劑KW6002可降低BBB通透性，減輕腦損傷。在胰島素抵抗小鼠模型中，A2A受體激活在損傷小鼠BBB完整性的同時，還可誘發(fā)小鼠認(rèn)知功能障礙，而應(yīng)用A2A受體拮抗劑或敲除A2A受體可保護(hù)BBB，改善小鼠認(rèn)知功能[74]。A2A受體拮抗劑保護(hù)BBB的作用可能與模型及藥物使用劑量相關(guān)，但需進(jìn)一步研究。

另外，通過調(diào)節(jié)A2A受體活性增加BBB通透性，提高藥物從外周向中樞的傳遞效率也逐漸受到關(guān)注。腦的光學(xué)成像依賴于能夠透過BBB的熒光染料和試劑，使用A2A受體拮抗劑瑞加德松可顯著提高BBB通透性，加強腦內(nèi)的熒光信號，更有利于成像[75]。在藥物治療方面，作為A2A受體激動劑，瑞加德松注射劑Lexiscan可顯著增加BBB通透性，提高相關(guān)藥物進(jìn)入CNS的效率及劑量[76]。

3.2A2A受體與BCB BCB與BBB具有相似性，但也有其特殊結(jié)構(gòu)[66]。BCB主要由靠近腦室的CPECs、中間有窗孔的內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞以及周圍包繞的疏松結(jié)締組織等構(gòu)成。與BBB相似，BCB的物理屏障功能主要依靠CPECs緊密連接維持，且CPECs表面的微絨毛還具有分泌腦脊液的重要作用[77-78]。BCB在CNS中的作用逐漸受到關(guān)注，但目前關(guān)于A2A受體調(diào)控BCB的研究相對較少。在EAE小鼠模型中，CPECs上表達(dá)豐富的A2A受體，而應(yīng)用A2A受體拮抗劑SCH58261可減少淋巴細(xì)胞向CNS遷移，阻止野生型小鼠發(fā)展為EAE[79]；藥理學(xué)激活A(yù)2A受體可增加脈絡(luò)從中CX3C趨化因子配體1的表達(dá)，促進(jìn)淋巴細(xì)胞進(jìn)入CNS，而A2A受體拮抗劑可阻止EAE的發(fā)展，起到保護(hù)作用[80]。因此，在關(guān)注A2A受體拮抗劑改善BBB功能的同時，還應(yīng)注意A2A受體拮抗劑調(diào)控BCB在其中發(fā)揮的重要作用。

4 小 結(jié)

腺苷是腦內(nèi)能量代謝的重要中間產(chǎn)物，而A2A受體作為腺苷受體的一個亞型，在CNS疾病中的研究也越來越多，所涉及的內(nèi)容不僅僅局限于調(diào)控炎癥以及屏障功能等方面。雖然A2A受體在CNS中具有重要作用，但關(guān)于其作用機制的研究仍存在一定爭議。A2A受體在腦內(nèi)廣泛分布，且存在于多種細(xì)胞膜表面。同一CNS疾病可能由多個腦區(qū)共同參與，故未來的研究應(yīng)更多地關(guān)注A2A受體在腦內(nèi)核團(tuán)及特定細(xì)胞類型中的作用。此外，A2A受體是CNS疾病治療的重要靶點，通過對A2A受體在CNS疾病中作用的深入研究，可以為臨床治療提供新思路。