腺苷2A受体在肝脏损伤中的作用研究进展

Abstract

Adenosine, as an endogenous purine nucleoside, is widely distributed in various tissues and organs of the body. It binds to adenosine receptors to regulate a variety of important biological processes. Adenosine 2A receptors have a close relationship with the occurrence and development of various clinical diseases. This article reviews the research progress of adenosine 2A receptors in non-alcoholic fatty liver disease, acute immune hepatitis, liver ischemia-reperfusion injury, liver fibrosis, etc., in order to provide new research strategies for the prevention and treatment of these diseases.

1929年，Drury和Szent-Györgyi首次发现，腺苷是一种关键的胞外信号分子^[1]，其作为一种内源性嘌呤核苷，广泛分布于全身各组织器官，与腺苷受体结合调节多种重要的生物过程，如炎症，缺血再灌注损伤，伤口愈合等^[2]。生理情况下，腺苷水平在大多数组织并没有异常，但在代谢应激及细胞损伤，如炎症、缺血、缺氧及外伤情况下，均可刺激胞外腺苷水平升高，激活腺苷受体通路^[3，4]。腺苷受体通路的激活是通过抑制或刺激腺苷酸环化酶改变细胞内环磷腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，c AMP）浓度。早期，根据腺苷受体通路降低或升高c AMP水平，将腺苷受体分为A1和A2受体，后来研究者发现A2受体可再分为两类：高亲和力的A2A受体（adenosine 2a receptors，A2AR）和低亲和力的A2B受体。随后发现新受体A3与A1一样，可降低细胞内c AMP的水平。腺苷通过G蛋白偶联与受体结合发挥作用，G蛋白又分为Gs、Gi、Go、Golf等类型。激活A1受体和A3受体通过与Gi和Go蛋白偶联降低细胞内c AMP的水平，而刺激A2A受体和A2B受体通过Gs或Golf增加c AMP水平^[5]。现主要对A2AR在肝脏损伤中的作用进行综述。

一、A2AR的分布和活化

Maenhaut等^[6]于1989年首次从狗甲状腺克隆发现A2AR，随后，许多物种包括人类、大鼠、小鼠、豚鼠体内都克隆出A2AR。研究者发现，A2AR在肝脏、脾、胸腺、白细胞、血小板、脑多巴胺区域，γ-氨基丁酸能神经元、嗅球等部位高表达，其次在心、肺、血管、脑的其他区域都有表达^[7]。A2AR是G蛋白α-s偶联受体，其诱导经典的第二信使通路调控细胞内c AMP的产生。激活A2AR可增加腺苷酸环化酶的水平，从而升高细胞内c AMP。A2AR根据细胞和组织的类型不同发挥不同的作用。在外周组织，A2AR主要与Gs蛋白有关；而在A2AR浓度最高的纹状体，A2AR主要通过激活Golf与腺苷酸环化酶偶联。A2AR与G蛋白作用后，GTP与G蛋白α亚基结合，与β/γ异二聚体解离。激活的Gα-s蛋白刺激腺苷酸环化酶，增加细胞内c AMP的水平，激活蛋白激酶A，从而刺激c AMP应答元件结合蛋白1，导致特定的细胞反应^[8]。

二、A2AR与感染

激活A2AR具有抑制炎症和免疫调节的作用^[9]，与此同时，对感染亦有抑制作用。既往研究结果表明，在幽门螺旋杆菌感染模型中，A2AR激活剂可减少辅助T（T helper，Th）细胞中白细胞介素-2，肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和干扰素γ的产生，抑制Th细胞的促炎反应，减轻幽门螺旋杆菌感染所致的胃黏膜的炎症和损伤^[10]；在艰难梭菌感染模型中，激活A2AR能阻止艰难梭菌毒素A诱导的肠炎的进展，有利于治疗和预防艰难梭菌感染^[11]；而且，当A2AR与抗生素联用时，可增加患败血症小鼠的存活率^[12]。因此，A2AR的抗炎作用可减轻感染的促炎反应。

三、A2AR与非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）

NAFLD是一种与胰岛素抵抗密切相关的代谢性肝损伤，随着生活水平提高，现已成为全球慢性肝病的首要病因^[13]。最新研究结果显示，A2AR在NAFLD中发挥积极的保护作用。给予A2AR敲除小鼠和对照小鼠高脂饮食饲养诱导NAFLD，在高脂饮食喂养以后，全身敲除小鼠和组织特异性敲除A2AR小鼠都表现出更加严重的肝脏脂肪浸润和炎症变化。同时，我们对骨髓来源的巨噬细胞和小鼠原代肝细胞的炎症和代谢反应进行了检测，体外实验结果表明，缺失了A2AR的巨噬细胞表现出更强烈的炎症反应，将其与野生型原代肝细胞共同培养还会促进肝细胞的脂肪沉积。在原代肝细胞中，A2AR的缺失会增强炎症反应以及棕榈酸对脂肪沉积的促进作用。A2AR的缺失还会显著增加饥饿小鼠肝脏以及剥夺营养成分的肝细胞中转录因子固醇调节元件结合蛋白的表达，缺失了A2AR以后，固醇调节元件结合蛋白的转录活性在小鼠肝细胞中显著增加。这些结果表明，在肝细胞和巨噬细胞中，A2AR通过抑制炎症及脂肪合成改善NAFLD^[14]。

肝脂肪变性向非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）的演变与脂质毒性和免疫炎症有关。Imarisio等^[15]研究了A2AR在NASH中的作用。他们采用蛋氨酸胆碱缺乏饲料诱导的NASH大鼠模型，结果提示，大鼠NASH的形成与c-jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK），和其上游激活剂丝裂原活化蛋白激酶激酶4（mitogen-activated protein kinase kinase 4，MKK4）/（应激激活蛋白激酶/细胞外信号调节激酶激酶-1）（stress-activated protein kinase/extracellular-signalregulated kinase kinase-1，SEK1）的激活有关。A2AR激动剂CGS21680通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B途径阻止MKK4/SEK1，抑制JNK的激活，并有效减少肝细胞谷丙转移酶释放，肝细胞凋亡，减轻肝脏炎症和纤维化；在肝细胞脂毒性模型中，硬脂酸经诱导MKK4/SEK1和JNK的激活促进肝细胞凋亡，加入CGS21680可阻止JNK的激活并减少肝细胞的凋亡^[15]。所以，A2AR可通过抑制JNK减少脂毒性从而改善NASH。

5年后Alchera等^[16]进一步探究了A2AR抑制JNK改善NASH的具体机制。该研究采用蛋氨酸胆碱缺乏饮食诱导的NASH小鼠模型和棕榈酸诱导的小鼠肝细胞脂毒性模型，检测了A2AR激动剂CGS21680对免疫炎症信号，CD4^＋Th细胞浸润和免疫脂毒性的影响。结果表明，CGS21680主要从3个方面保护NASH：（1）减少Th细胞募集和极化，（2）增加T调节细胞的免疫抑制活性；（3）减少白细胞介素-17诱导的依赖JNK的脂毒性^[16]。该研究结果证明，A2AR通过调节CD4＋Th细胞反应，以减轻免疫介导的依赖JNK的脂毒性，阻止NASH的进展。

四、A2AR与急性免疫性肝炎

A2AR对急性免疫性肝炎的保护作用已在多项报道中证实^{[17，18，19，20，21]}。Ohta等^[17]首次发现了A2AR可调控肝脏炎症反应，改善肝功能。他们采用具有肝毒性的T淋巴细胞激活剂伴刀豆球蛋白A（concanavalin A，Con A）诱导小鼠急性免疫性肝炎模型，在该小鼠模型中，静脉注射Con A后，激活小鼠巨噬细胞和CD4^＋Th细胞释放促炎因子，如TNF-α，白细胞介素-4，和干扰素γ，导致肝脏免疫损伤。A2AR选择性激动剂CGS21680或ATL146e可抑制促炎因子的产生，因而减少Con A诱导的小鼠肝脏免疫性炎症损伤。体外研究结果显示，激活A2AR可抑制巨噬细胞和T细胞活化分泌TNF-α，白细胞介素-12和干扰素γ；相反，用A2AR拮抗剂ZM241385可促进巨噬细胞和T细胞释放细胞因子，加重Con A诱导的肝脏免疫损伤。而且，与野生型小鼠相比，Con A导致A2AR基因敲除小鼠释放更多的细胞炎症因子，产生更严重的肝脏损伤^[17]。Odashima等也有相似的发现，A2AR选择性激动剂ATL-146e显著抑制Con A诱导的小鼠促炎因子如TNF-α，干扰素γ和白细胞介素-6的产生，改善急性免疫性肝炎^[18]。以上结果确证了A2AR通过抑制炎症因子分泌减轻急性免疫性肝炎。

自然杀伤T细胞（natural killer T-cells，NKT）细胞在Con A或α-半乳糖神经酰胺诱导的急性免疫性肝炎中起着不可或缺的作用^[19，20]。Subramanian等^[21]将A2AR缺陷小鼠的NKT细胞转移到表达A2AR的小鼠中，导致Con A诱导更为严重的肝损伤，提示内源性腺苷经A2AR调控NKT细胞的活化，并抑制NKT细胞触发的炎症反应。以上研究结果提示，在急性免疫性肝炎中，A2AR介导NKT细胞的活化，下调炎症反应，减轻肝损伤。

五、A2AR与肝脏缺血-再灌注损伤

肝脏缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury，IRI）是肝脏进行多种手术期间的共同病理生理表现，包括肝移植，肝脏创伤修复和肝局部切除术等。再灌注期间发生的炎症事件导致血管内皮破坏，免疫细胞活化以及细胞因子和趋化因子分泌等^[22]。Harada等^[23]发现，在大鼠肝脏IRI后，肝脏TNF-α，中性粒细胞趋化因子，以及髓过氧化物酶的水平明显增加，给予A2AR激动剂后，大鼠上述因子的水平显著降低，并改善了IRI导致的血清转氨酶升高和肝脏血流减少。另一项研究证明，使用转基因和药物方法使A2AR失活后，A2AR激动剂对肝脏IRI未表现出保护作用，而且，A2AR基因敲除小鼠表现出更为严重的肝脏损伤^[24]。上述结果提示，腺苷可通过A2AR抑制炎症介质的合成减少IRI导致的肝损伤。

激活A2AR对接受肝脏移植大鼠的IRI也有保护作用。移植的肝脏缺血再灌注3h后给予CGS21680可迅速改善肝功能，增加生存率。这与中性粒细胞浸润减少和肝脏组织TNF-α，白细胞介素-1β，白细胞介素-6表达抑制有关^[25]。进一步研究发现，A2AR激动剂CGS21680可抑制肝脏IKB激酶介导的磷酸化作用和核因子-k B激活，降低巨噬细胞炎性蛋白1，细胞间黏附分子-1和TNF-α等促炎因子的表达，而A2AR选择性拮抗剂ZM241385则有相反的作用^[25]。

Lappas等证实，A2AR激动剂对肝脏IRI的保护作用与恒定自然杀伤T细胞中A2AR激活有关。敲除小鼠重组激活基因1导致缺少成熟的淋巴细胞及恒定自然杀伤T细胞细胞失活，A2AR选择性激动剂ATL146e对重组激活基因1缺陷小鼠肝脏IRI有保护作用，同时，野生型小鼠过继转移NK1.1⁺T细胞至重组激活基因1基因缺陷的小鼠可使肝脏损伤恢复。过继转移A2AR缺陷小鼠NK细胞至重组激活基因1缺陷的细胞也可以修复肝脏损伤，但是ATL146e不能改善肝脏IRI，表明ATL146e是通过激活NKT细胞上的A2AR受体发挥作用^[26]。综合上述报道，结果表明A2AR对肝脏IRI保护作用与其对炎症和免疫的调节有关。

六、A2AR与肝纤维化

乙醇摄入、病毒、药物（例如甲氨蝶呤）或代谢紊乱引起的慢性肝脏损伤，可刺激肝纤维化形成，最终导致肝硬化。内源性腺苷在肝纤维化发病机理中扮演重要角色。学者观察到乙醇和甲氨蝶呤，可刺激腺苷释放，与A2AR结合增加，刺激肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSC）产生胶原。Chan等用肝毒素四氯化碳或硫代乙酰胺处理野生型小鼠，制备肝纤维化模型，观察到小鼠肝脏腺苷释放增加，且A2AR表达上调^[27]。然而，与野生型小鼠不同，用同等剂量的肝毒素处理A2AR敲除小鼠，并未发展为肝纤维化。而且A2AR拮抗剂ZM241385和非选择性腺苷受体拮抗剂咖啡因，可预防小鼠出现肝纤维化^[27]。Chiang等^[28]在乙醇和四氯化碳诱导的肝纤维化小鼠模型中有相似的发现，他们证明，A2AR拮抗剂具有预防和逆转肝纤维化的能力。这些结果表明A2AR在肝纤维化的发病机制中发挥积极作用。

Ahsan等进一步探究了A2AR在调节HSC增殖，凋亡，衰老和相关分子机制中的作用。他们发现，在HSC细胞系LX-2细胞和原代大鼠HSC中，激活腺苷受体可下调抑癌因子p53和Rb蛋白水平，增加细胞增殖和存活率。并且，腺苷受体激动剂NECA可显著抑制培养21d的原代大鼠HSC进入衰老期，诱导LX-2细胞和原代大鼠HSC中p53和Rb的下调，降低丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化水平。同时，该研究证实，NECA与A2AR激动剂CGS21680在LX-2细胞和原代大鼠HSC中对细胞的上述作用一致，并被A2AR特异性拮抗剂ZM241385阻断。该研究结果表明，A2AR通过c AMP-蛋白激酶A/Rac1/p38丝裂原活化蛋白激酶途径降低p53和Rb，诱导HSC增殖，减少HSC凋亡和衰老，促进肝纤维化^[29]。

以上研究结果提示，A2AR促进肝纤维化的发展，这可能是由于A2AR不仅有抑制炎症，还有诱导HSC增殖，减少HSC凋亡和衰老，促进组织修复，伤口愈合和细胞外基质产生的作用^{[2，29，30，31，32]}。在肝纤维化过程中，A2AR表现出持续的组织愈合功能，刺激胶原产生，以应对肝损伤，从而促进了肝纤维化的进展。

七、总结

腺苷与细胞表面的A2AR结合在肝脏损伤中发挥复杂的作用。在NAFLD、急性免疫性肝炎、肝脏IRI中，A2AR通过调节炎症和免疫，起到积极的保护作用。然而，在肝纤维化时，A2AR通过c AMP-蛋白激酶A/Rac1/p38丝裂原活化蛋白激酶途径降低p53和Rb，诱导HSC增殖，减少HSC凋亡和衰老，促进肝纤维化进展。目前尚未发现A2AR在酒精性肝炎、病毒性肝炎等其他常见肝病中的作用，值得进一步研究。因此，全面深入研究A2AR在肝脏中的作用，有利于进一步阐明肝脏损伤的发病机制并为研究新的防治药物提供思路。

作者贡献声明

蔡玉立、陈小琳、易波、李俊峰：撰稿；文重远、江应安：指导与审校

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

Funding Statement

基金项目：湖北省自然科学基金（2018CFB140）

Fund program: Natural Science Foundation of Hubei Province (2018CFB140)