腺苷A2A 受體參與脂類代謝的研究進展

李佳紋，王琰

（武漢大學 生命科學學院 細胞穩態湖北省重點實驗室，湖北武漢 430072）

腺苷（adenosine）是一種內源性嘌呤核苷，已被證明參與調節免疫反應、脂解、血管舒張等生理功能[1-3]，這些功能由細胞膜上的特定腺苷受體介導。目前已成功克隆出4 種腺苷受體（Adenosine Receptor，AR），分別為A1、A2A、A2B、A3腺苷的受體（A1R、A2AR、A2BR、A3R）。其中A2AR 在巨噬細胞、肝臟、棕色脂肪等脂質代謝相關組織中高表達，并參與巨噬細胞膽固醇外排、炎癥反應以及脂肪組織能量代謝[4-7]，有望成為預防和治療脂代謝相關疾病的有效靶點。本文主要綜述了A2AR 對機體脂類代謝的調節功能及其作用機制的研究進展。

1 A2AR 及其下游信號轉導通路簡述

1.1 腺苷的產生及其代謝途徑

細胞外腺苷的來源主要有2 個途徑：在細胞內合成，經核苷轉運蛋白運輸到胞外；由細胞釋放出的腺嘌呤核苷酸在胞外空間發生水解生成。（1）胞內腺苷的合成也有2 條途徑：通過胞質5’-核苷酸水解酶的活性由三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）、二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate，ADP）和單磷酸腺苷（Adenosine Monophosphate，AMP）水解生成；通過s-腺苷同型半胱氨酸水解酶將s-腺苷同型半胱氨酸（S-Adenosyl-Homocysteine，SAH）水解生成腺苷[8]。（2）胞外生成途徑主要為，生理或者病理條件刺激下組織釋放出ADP 或ATP，ATP 被CD39 水解為ADP 和AMP[9]，AMP 再通過CD73 進一步水解生成腺苷[10]。CD39 和CD73 為定位于細胞膜外表面的水解酶[11]，在不同的組織中對調節胞外腺苷水平發揮重要作用。

腺苷的分解途徑主要是被細胞膜上的腺苷轉運蛋白ENT（Equilibrative Nucleoside Transporters，ENT）或CNT（Concentrative Nucleoside Transporters，CNT）攝取入胞內后，經腺苷脫氨酶（Adenosine Deaminase，ADA）迅速代謝為肌苷，或被腺苷激酶轉化為AMP[12-14]。細胞外腺苷也可被胞外的ADA 代謝為肌苷，從而調節胞外腺苷的水平[15]（圖1）。

圖1 腺苷的代謝途徑及四種腺苷受體示意圖

1.2 腺苷受體家族及其下游信號轉導通路

細胞外空間中的腺苷通過與腺苷受體結合，改變受體的構象進而激活受體下游耦聯的G 蛋白及其下游信號轉導通路從而發揮生理功能。腺苷受體家族目前主要有4 種受體（A1R、A2AR、A2BR、A3R）[16-17]，定位于細胞膜表面響應胞外的腺苷分子的刺激。其中A1R、A2AR 和A3R 是高親和性受體，與腺苷的親和力較高；A2BR 為低親和性受體，需要較高的腺苷濃度才能激活[18]。A1R 和A3R 與G 蛋白亞型Gi和Go耦聯，抑制腺苷酸環化酶的活性，降低胞內環磷酸腺苷（cyclic Adenosine Monophosphate，cAMP）濃度；A2AR 和A2BR 則通過與激活型G 蛋白Gs耦聯，激活腺苷酸環化酶，從而增加cAMP 的濃度并激活下游蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）[19]。

2 A2AR 參與脂類代謝的研究進展

A2AR 主要在肝臟、心臟、肺、棕色脂肪組織（Brown Adipose Tissue，BAT）、免疫系統（脾、胸腺、免疫細胞和血小板）及中樞神經系統中表達[20]。在巨噬細胞與棕色脂肪組織中，A2AR 響應外環境中的腺苷及腺苷衍生物的刺激，調控巨噬細胞胞內膽固醇外排與棕色脂肪組織的脂解與能量代謝。在NPC1 病理狀態下A2AR 可能參與細胞內膽固醇的轉運，從而改善膽固醇在溶酶體的異常積累。

2.1 A2AR 參與巨噬細胞中膽固醇外排與泡沫細胞形成

巨噬細胞胞內脂類堆積促使其轉變為泡沫細胞（foam cell），泡沫細胞在內膜空間的積聚導致動脈粥樣硬化早期病變的發展[21-23]。因此，降低巨噬細胞中的脂質含量可以減緩動脈粥樣硬化的進展。研究表明A2AR 的激活可以促進體外培養的巨噬細胞膽固醇轉運相關蛋白ABCA1、ABCG1、CYP27A1 的表達，進而促進胞內膽固醇的外排、抑制泡沫細胞的形成。研究者采用免疫復合物（Immune Complex, IC）/干擾素-γ（Interferon-γ，IFN-γ）與乙?；兔芏戎鞍渍T導人巨噬細胞系THP-1 轉化為泡沫細胞，進一步用A2AR 特異性激動劑CGS21680 處理使泡沫細胞的產生率顯著下降[24]。CGS21680 的處理顯著抑制野生型小鼠中分離的腹膜巨噬細胞轉變為泡沫細胞，并且該作用可被A2AR 特異性拮抗劑ZM-241385 抑制；CGS21680 處理A2AR 敲除小鼠中分離的巨噬細胞無法降低泡沫細胞的形成。這些結果表明A2AR 的特異性激活可減少泡沫細胞的產生。

參與巨噬細胞膽固醇穩態調控的重要基因有3個。（1）ABCA1 為ABC 轉運蛋白家族成員，介導巨噬細胞胞內膽固醇與磷脂外排到不含脂的載脂蛋白A Ⅰ（Apolipoprotein A I，ApoA-I）[25-26]。（2）ABCG1也屬于ABC 轉運蛋白，其參與調節細胞內膽固醇及其他氧化甾醇與磷脂外排至成熟高密度脂蛋白（High Density Lipoprotein，HDL）、低密度脂蛋白（Low Density Lipoprotein，LDL）、磷脂囊泡等受體[27-29]。（3）CYP27A1編碼膽固醇27 羥化酶，催化膽固醇代謝為極性更強的27-羥基膽固醇或3-羥基-5-膽甾烯酸，因此使其更容易被排出細胞[30]。其催化產物27-羥膽固醇可作為肝X 受體的配體，調節脂質代謝相關基因的轉錄[31]。A2AR 選擇性激動劑CGS21680、ATL313與MRE-0094 顯著增加THP-1 細胞與鼠原代巨噬細胞ABCA1、ABCG1 與CYP27A1 的mRNA 與蛋白水平，并且拮抗劑ZM-241385 的處理阻斷了CGS21680對膽固醇反向轉運蛋白表達的升高作用[24,32-33]。在THP-1 細胞中用siRNA 敲低ABCA1 或CYP27A1 后，CGS21680 處理不能抑制泡沫細胞形成且不能增加H3標記的膽固醇外排[32,34]。PKA 抑制劑KT5720 處理幾乎完全抑制了CGS21680 誘導的ABCA1 與CYP27A1表達量的增加[24]，而cAMP 激活的交換蛋白分子（Exchange protein activated by cAMP，Epac）或PKA的激活減少了泡沫細胞的形成，并且該作用依賴于ABCA1[32]。這些結果表明在巨噬細胞中A2AR 的激活通過cAMP-PKA 通路上調了下游的膽固醇外排相關靶基因ABCA1 與CYP27A1 的表達，增強巨噬細胞中的膽固醇外排，從而抑制巨噬細胞轉化為泡沫細胞（圖2）。

圖2 A2AR 在巨噬細胞膽固醇外排中發揮的功能

此外，A2AR 的激活也可以通過減少氧化低密度脂蛋白（oxidized Low Density Lipoprotein，ox-LDL）的攝取來抑制泡沫細胞的形成。在THP-1 細胞中的結果表明，巨噬細胞A2AR 的激活可能通過減少清道夫受體CD36 mRNA 與蛋白水平進而抑制ox-LDL 攝取[33]，但A2AR 的激活具體如何調控CD36 表達還需要進一步探究。

然而，以上研究都是在體外培養的巨噬細胞中進行的，動物體內實驗表明，與載脂蛋白E（Apolipoprotein E，ApoE）單敲除鼠相比，ApoE 與A2AR 雙敲除鼠雖然表現出顯著升高的血漿膽固醇水平，但是其動脈粥樣硬化病變更小，表明在小鼠體內，A2AR 的缺失對動脈粥樣硬化具有保護作用[35]。這與體外實驗中A2AR 激活降低巨噬細胞轉變為泡沫細胞的表型相反，表明巨噬細胞中A2AR 在動脈粥樣硬化進展中發揮的功能可能較為復雜。因此想要闡明巨噬細胞中的A2AR 在體內動脈粥樣硬化進展中發揮的功能，還需要構建A2AR 在巨噬細胞中特異性敲除的動物模型進行進一步探究。

2.2 A2AR 參與細胞內膽固醇轉運

如前文所述，在巨噬細胞表面表達的A2AR 通過調節膽固醇的外排參與這些細胞中的膽固醇穩態，A2AR 可能也參與調控細胞內的膽固醇轉運。尼曼匹克氏病C 型（Niemann-Pick Disease Type C，NPC）綜合征是由NPC1 或NPC2 基因的缺失功能突變導致的。這兩種基因的突變都能導致膽固醇轉運的缺陷，最終導致未酯化的膽固醇、鞘氨醇、鞘磷脂在多種組織細胞的晚期胞內體/溶酶體區室中積累[36]。脂質在溶酶體中的積累會導致自噬功能缺陷，抑制Ca2+攝取入酸性腔室，最終導致膽固醇、鞘磷脂和鞘糖脂的流出障礙[37-38]。NPC 綜合征另一個典型特征是膽固醇在線粒體中的積累，最終導致線粒體失能與氧化應激[39]。研究表明，A2AR 激動劑CGS21680 處理NPC1綜合征患者分離的成纖維細胞、以及敲低NPC1 模擬NPC 疾病表型的少突膠質細胞系，能夠顯著減少胞內膽固醇積累，增加溶酶體中Ca2+含量以及恢復線粒體膜電位，并且這種改善作用特異性依賴于A2AR 的激活[40-41]。這些發現表明A2AR 的激活能夠部分緩解由于NPC1 的缺失導致的膽固醇異常積累的表型，該作用可能依賴于A2AR 激活導致的胞內Ca2+濃度的升高，與下游PKA 信號通路的激活[41]，但A2AR 調控不同類型細胞胞內膽固醇的轉運的具體機制仍需進一步探究。

2.3 A2AR 參與肝臟中脂質代謝調控

肝臟是人體重要的脂質代謝器官，已有研究表明肝臟駐留免疫細胞中A2AR 的激活抑制肝臟中炎癥反應并在缺血-再灌注損傷、非酒精性脂肪肝炎（Nonalcoholic Steatohepatitis，NASH）中起保護作用[2,42-43]。研究表明與野生型小鼠相比，A2AR 全身敲除小鼠表現出更加顯著的蛋氨酸和膽堿缺乏飲食誘導的肝臟脂肪變性與炎癥；并且在高脂喂食（High Fat Diet，HFD）條件下，A2AR 髓細胞特異性敲除小鼠同樣表現出更嚴重的肝臟脂肪變性與促炎信號通路激活增強[43]。從A2AR-/-鼠分離的骨髓來源巨噬細胞表現出激活的促炎信號通路與增強的炎癥相關細胞因子的分泌[43-44]。共培養實驗表明，與A2AR-/-鼠分離的骨髓來源巨噬細胞共培養的野生型原代肝細胞中積累了更多脂肪，并且脂肪酸合成相關基因Acc1、Fas 與Srebp1c 的mRNA 水平顯著升高[44]。這些結果表明肝駐留巨噬細胞中的A2AR 可以防止巨噬細胞的促炎激活，進而減少肝細胞中的脂肪沉積和炎癥反應。研究發現A2AR 的激活能夠降低肝細胞中參與輔助T細胞（helper T cell，Th）募集或極化的細胞因子和趨化因子（CXCL10、CCL2 與IL-12 等）的產生，并減少Th17、Th22 和Th1 細胞的增殖，從而抑制小鼠NASH的進展[45]。這些研究表明A2AR 的激活可能是通過抑制巨噬細胞、T 細胞等免疫細胞介導的炎癥反應從而改善肝臟脂肪變性。

除了調控免疫細胞中的炎癥反應從而間接影響肝細胞脂質代謝，肝細胞中的A2AR 也可以直接發揮作用。蛋白質組學研究發現肝細胞A2AR 的激活通過上調糖酵解、脂肪酸β-氧化等通路相關酶保護肝臟免受缺血再灌注的損傷，表明A2AR 的激活可以調控肝臟中脂肪酸代謝相關酶的表達[46]；咖啡因（caffeine）是腺苷受體的非選擇性拮抗劑[18]，研究表明咖啡因通過抑制A2AR-cAMP-PKA 通路上調了小鼠肝臟中膽固醇合成相關基因的表達與肝臟中膽固醇水平[47]，但無法證明該作用只是通過抑制A2AR 產生的。因此肝細胞中A2AR 在調控肝臟脂質代謝中的作用需要深入探究。

2.4 A2AR 參與脂肪組織產熱調控與能量代謝

棕色脂肪組織是介導非顫抖型產熱的關鍵組織，它能夠通過解耦聯蛋白（Uncoupling Protein 1，UCP1）介導的解耦聯呼吸增加脂肪酸氧化與產熱[48]。在冷刺激的作用下，BAT 被交感神經系統激活，通過促進脂解以及激活產熱相關基因轉錄促進產熱[49]。白色脂肪組織（White Adipose Tissue，WAT）在冷刺激或β-腎上腺素受體激動劑處理的條件下可觸發UCP1 陽性、具有與棕色脂肪細胞相似特征的細胞亞群形成，該過程稱為白色脂肪的米色化[50]。動物研究表明，增強棕色脂肪的活性或促進白色脂肪組織的米色化能夠保護動物免于肥胖和相關的代謝綜合征，并且在人群中，BAT 的激活與人的體重指數、脂肪重量、血糖水平呈負相關[51-53]。因此BAT 的激活可作為肥胖等代謝性疾病的重要治療手段。

研究表明腺苷的注射促使人鎖骨上BAT 組織氧化代謝活性增強，表明腺苷與人BAT 組織的激活相關[54]。腺苷在人棕色脂肪細胞系hMADS、人白色脂肪細胞、小鼠棕色脂肪細胞中促進脂解與增加產熱標志基因的表達[7]。在人的BAT 組織中，A2AR 是4 種腺苷受體當中表達量最高的，并且A2AR 下游激活Gs信號通路，因此研究者進一步探究腺苷是否通過A2AR發揮促進脂解的作用。A2AR 激動劑CGS21680 處理顯著增加了棕色脂肪細胞脂解與產熱基因（UCP1、PGC1α、PPARγ、PRDM16、CIDEA、DIO2）表達[7,55]。A2AR 激動劑PDRN 或CGS21680 處理分化的小鼠成熟脂肪細胞3T3L1 顯著減少了脂質堆積并增加了棕色化的標志基因Ucp1、Prdm16 與Dio2 的表達，減少了白色化的標志基因Fasn、Fabp4 表達[56]。CGS21680 處理HFD 誘導肥胖模型的小鼠后其體重顯著下降并且其BAT中產熱基因表達增加、WAT米色化程度增加[7]。這些結果表明A2AR 特異性地激活促進棕色脂肪細胞的脂解與產熱基因的表達、促使白色脂肪組織的米色化，并且其激活能夠改善飲食誘導的肥胖。

研究者探究A2AR 調控棕色脂肪細胞產熱的機制發現，腺苷或CGS21680 處理通過激活AMP 依賴的蛋白激酶（AMP-Activated Protein Kinase，AMPK）磷酸化，上調轉錄輔激活因子PGC-1α 水平，進而上調產熱相關基因的表達[55]（圖3）。該研究還發現A2AR 的激活通過AMPK-PGC1α 通路促進棕色脂肪細胞中成纖維細胞生長因子-21（Fibroblast Growth Factor-21，FGF21）的表達，進而增加FGF21 在循環中的水平[55]。FGF21 是能量穩態的重要調節因子，可促進葡萄糖利用，改善血糖和血脂，在棕色脂肪中促進產熱和脂肪的分解代謝[57-59]。由于肝臟被認為是產生FGF21 的主要器官[60]，BAT 中A2AR 的激活如何影響FGF21 在BAT 中的產生與分泌到循環當中還需要進一步探究。研究發現腺苷經腺苷脫氨酶代謝的產物肌苷（inosine）也可以激活棕色脂肪細胞中的A2AR 與A2BR[61]，通過激活下游的cAMP-PKA 通路，促進p38 MAPK 的磷酸化，進而導致下游靶蛋白ATF2、Sik2、Crtc3 與Creb1 的激活，促進米色化相關基因的表達與產熱[61]。

圖3 A2AR 在脂肪細胞產熱與能量代謝中的功能

3 展望

A2AR 是一種腺苷受體，在不同組織細胞中的A2AR 響應細胞外環境中腺苷或腺苷衍生物的刺激，從而參與巨噬細胞中膽固醇的外排、肝臟脂肪酸合成、棕色脂肪組織的產熱等脂類代謝過程。對A2AR 在脂類代謝中作用的探究還有以下問題需要解決。

（1）體內不同腺苷衍生物激活A2AR 的藥理學性質的準確測定。體內存在著多種腺苷的衍生物或修飾物，如肌苷、鳥苷、N6-甲基腺嘌呤等[62]。這些衍生物當中有一部分對于A2AR 激活的藥理學機制尚未明確，并且其在各種組織中的生理學濃度也尚不清楚?；谫|譜的代謝組學的應用能夠鑒定出各類腺苷的衍生物，并有望準確測定其在不同組織中的生理水平。過去研究認為肌苷只能夠結合并激活A3R[63]，然而最新的研究表明肌苷能夠直接激活A2AR，并且通過A2AR 與A2BR 促進棕色脂肪細胞的產熱[61,64]。因此這些體內存在的腺苷衍生物對A2AR 的藥理學激活效應需要仔細探究。

（2）A2AR 與其他腺苷受體在脂質代謝上的協同/拮抗作用。A1R 在白色脂肪組織中高表達，并且能通過Gi/o通路降低cAMP 含量從而抑制脂解[1]；而A2AR 的激活能夠通過cAMP-PKA 通路促進白色脂肪細胞的脂解[7]。腺苷刺激下A1R 與A2AR 的下游通路是如何協調作用的還需進一步探究。A2AR 在脂肪組織能量代謝中發揮作用可能依賴于A2BR，研究發現A2AR 激動劑CGS21680 增加能量消耗的作用在A2BR敲除鼠中完全被抑制[65]。鄰近連接技術發現A2AR 與A2BR 能夠在BAT 組織中形成復合體，并且抑制A2AR與A2BR 的互作可以完全抑制腺苷對棕色脂肪細胞脂解的促進作用[65]。因此闡明不同組織中各類腺苷受體的相對表達量與相互作用，以及相互作用對配體藥理學性質、受體激活下游信號轉導通路的影響對腺苷類似物藥物的開發具有重要意義。

綜上所述，未來進一步闡明A2AR 激動劑改善脂代謝疾病的作用機制，并開發A2AR 選擇性激動劑/拮抗劑作為可能的治療藥物，有望應用于心腦血管疾病、動脈粥樣硬化、NPC 綜合征以及肥胖等多種脂代謝相關疾病的治療，為這些疾病提供新的療法。