虞詩誠，鄭超然，顧霄鵬，李桂林，梁尚棟

（南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，江西南昌 330006）

三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）配體門控P2X受體家族是由7個克隆亞型分別組裝的同源或異源三聚體離子通道。研究顯示，ATP不僅是細胞中主要的能量來源和核酸組分，在細胞間信息交流中也發(fā)揮重要作用。已證實［1-2］，P2X受體為非選擇性陽離子通道，存在于哺乳動物組織中并調(diào)節(jié)多種生理功能，可影響神經(jīng)系統(tǒng)突觸信號的快速傳遞，平滑肌細胞收縮、血小板聚集、巨噬細胞活化、細胞增殖和死亡等。P2X受體斑馬魚P2X4受體晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)極大地推進了對其P2X受體分子和生理功能的理解，以及其藥物靶點的預(yù)測和實驗驗證。本文探討P2X受體結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，并簡單介紹P2X受體選擇性配體最新研究成果。

1 P2X受體的分子結(jié)構(gòu)

1．1 主要結(jié)構(gòu)和亞基拓撲結(jié)構(gòu) P2X受體含有兩個跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TM），一個大的胞外配體結(jié)合環(huán)，胞內(nèi)的 N（氨基）和 C（羧基）末端［1］。

1.2 四級結(jié)構(gòu) 異源性表達于非洲爪蟾卵母細胞中P2X1和P2X3受體的實驗首次揭示P2X受體通道的三聚體結(jié)構(gòu)，并最后被斑馬魚P2X4亞型的晶體結(jié)構(gòu)所證實［1，3］。

2 P2X受體的晶體結(jié)構(gòu)

斑馬魚P2X4受體（zfP2X4受體）同源三聚體受體結(jié)構(gòu)與一只酒杯相似，TM區(qū)由6個螺旋體形成沙漏形狀，大的胞外結(jié)構(gòu)域則突出于膜表面大約70?之上，并且從細胞質(zhì)側(cè)面觀察呈右旋狀［1，4-5］。zfP2X4單個亞基結(jié)構(gòu)形狀類似海豚，其中TM螺旋和胞外區(qū)分別類似“尾鰭”和“上身”。附著于“身體區(qū)域”的分別定義出“頭域”，“背鰭”和“左右腳蹼”（Fig 1）。

Fig 1 Crystal structure of an independent subunit from the zfP2X4 crystal form

3 配體結(jié)合位點與結(jié)構(gòu)解析

3．1 ATP結(jié)合位點 研究表明，P2X受體家族有保守的ATP結(jié)合口袋（Fig2），帶正電荷的氨基酸殘基（Lys68、

Fig 2 Crystal structure of the ATP-binding zfP2X4

Lys70、Arg292和 Lys309）和芳香殘基 （Phe185、Thr186、Asn290和Phe291）（P2X1受體編號）對ATP結(jié)合起著重要作用［6-7］。

3.2 拮抗劑結(jié)合位點 研究顯示，（136KAKRK140）（P2X1受體編號）在NF449的P2X1選擇性拮抗中發(fā)揮作用，Arg290和Gly72（P2X2受體編號）對蘇拉明衍生物強力的拮抗作用非常重要［8］。

3.3 與激動劑和拮抗劑作用的結(jié)構(gòu)變化 有研究報道，結(jié)合區(qū)域的構(gòu)象變化發(fā)生在ATP結(jié)合之前，P2X受體拮抗劑TNP-ATP的結(jié)合后頭域幾乎無移動［9-11］。

3．4 ATP結(jié)合與通道門控 研究表明，激動劑結(jié)合后引起整個受體發(fā)生巨大的構(gòu)象變化，這些變化導(dǎo)致TM2螺旋的加寬，把孔道展開成虹膜狀，進而允許離子穿過孔道［10-13］。

3.5 離子進入孔道 斑馬魚P2X4受體晶體結(jié)構(gòu)揭示在相鄰亞基的邊界形成3個側(cè)向的“窗孔”，并通過短的通道連接跨膜孔。側(cè)向“窗孔”可能是P2X受體的重要變構(gòu)調(diào)節(jié)區(qū)域，一旦離子穿過“窗孔”，它們即可迅速通過開放的孔道［14-15］。

4 結(jié)語與展望

P2X受體的晶體結(jié)構(gòu)證實了許多基于突變研究的推測，并有助于進行有計劃的點突變研究，通過不同亞型同源模型結(jié)構(gòu)推測和解釋實驗結(jié)果。但是，特定亞型的分子機制尚不清楚，受體孔道的開放、胞膜形態(tài)的變化尚需探明。競爭性抑制的原子機制、變構(gòu)調(diào)節(jié)、失敏及其它功能變化的問題都亟待深析。然而，斑馬魚P2X4受體晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有助于利用P2X受體結(jié)構(gòu)信息，通過分子模擬軟件預(yù)測可能的配體結(jié)合方式和作用類型，進而從許多未知作用的藥物中篩選出P2X家族潛在的特異性激動劑和拮抗劑。

參考文獻：

［1］ Kawate T，Michel JC，Birdsong W T，et al.Crystal structure of the ATP-gated P2X4ion channel in the closed state［J］.Nature，2009，30：592-8.

［2］ 徐昌水，高 云，梁尚棟，等.骨骼肌P2受體的功能與疾病［J］.中國藥理學(xué)通報，2010，26（2）：144-7.

［2］ Xu C S，Gao Y，Liang SD，et al.Function of P2 receptors in skeletalmuscle and their roles in the diseases［J］.Chin Pharmacol Bull，2010，26（2）：144-7.

［3］ Nicke A，B?umert H G，Rettinger J，etal.P2X1and P2X3receptors form stable trimers：a novel structuralmotif of ligand-gated ion channels［J］.EMBO J，1998，17（11）：3016-28.

［4］ Hausmann R，Günther J，Kless A，et al.Salt bridge switching from Arg290／Glu167 to Arg290／ATP promotes the closed-to-open transition of the P2X2receptor［J］.Mol Pharmacol J，2013，83：73-84.

［5］ Miklavc P，Thompson K E，F(xiàn)rick M.A new role for P2X4receptors asmodulators of lung surfactant secretion［J］.Front Cell Neurosci，2013，7：171.

［6］ Du J，Dong H，Zhou H X.Gatingmechanism of a P2X4receptor developed from normalmode analysis and molecular dynamics simulations［J］.PNAS，2012，109（11）：4140-5.

［7］ Mahaut-Smith M P，Jones S，Evans R J.The P2X1receptor and platelet function［J］.Purinergic Signal，2011，7：341-56.

［8］ El-Ajouz S，Ray D，Allsopp R C，Evans R J.Molecular basis of selective antagonism of the P2X1receptor for ATP by NF449 and suramin：contribution ofbasic amino acids in the cysteine-rich loop［J］.Br Pharmacoll Sci，2012，165：390-400.

［9］ Jiang R，Taly A，Lemoine D，et al.Tightening of the ATP-binding sites induces the opening of P2X receptor channels［J］.EMBO J，2012，31：2134-43.

［10］Jiang R，Taly A，Grutter T.Moving through the gate in ATP-activated P2X receptors［J］.Trends Biochem Sci，2013，38：20-9.

［11］L?rinczié，Bhargava Y，Marino S F，et al.Involvement of the cysteine-rich head domain in activation and desensitization of the P2X1receptor［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2012，109（28），11396-401.

［12］Hibbs R，Gouaux E.Principles of activation and permeation in an anion-selective Cys-loop receptor［J］.Nature，2011，474：54-60.

［13］Du J，Dong H，Zhou H X.Gatingmechanism of a P2X4receptor developed from normalmode analysis andmolecular dynamics simulations［J］.PNAS，2012，109：4140-5.

［14］Roberts JA，Allsopp R C，Ajouz SM，et al.Agonist binding evokes extensive conformational changes in the extracellular domain of the ATP gated human P2X1receptor ion channel［J］.PNAS，2012，109，4663-7.

［15］Asatryan L，Popova M，Woodward JJ，etal.Roles of ectodomain and transmembrane regions in ethanol and agonist action in purinergic P2X2and P2X3receptors［J］.Neuropharmacology，2008，55，835-43.