在分子层面简述ATP门控P2X受体通道功能
关键词：ATP，配体门控离子通道，分子学基础
摘要：在神经系统中，和传统神经递质一样，ATP储存在囊泡当中并且以特定方式释放，细胞内的ATP也可以在剪应力的作用下或通过损坏细胞膜的方法经半通道出细胞。在过去的三十年，从用怀疑眼光看待的新奇事物到成为人们已经广泛知晓并接受的嘌呤传导体的重要角色，作为胞外传导物的ATP与细胞表面受体间存在着相互作用，这种相互作用是由ATP门控离子型P2X受体介导完成的。
介绍
作为细胞外传导体的ATP的概念最早是由Geoffrey Burnstock在1972年提出的（1），阐明ATP可能在各种情况释放和外源ATP的应用同样可以引起生理反应。后来，又发现ATP可以作用于P2X受体和少部分代谢亚型P2Y受体的激动剂（2）。
P2X受体结构和配位作用
25年前，通过ATP敏感的P2X1受体和P2X2受体的克隆表达鉴定出了截然不同的配体门控离子通道家族，它们是由内源性氨基和羧基末端组成的亚单位，2个跨膜alpha;-螺旋和一个大的细胞外配体结合环共同构成的三聚体。总的来说，哺乳动物的7个亚单位（P2X1-7）已经被测定出来了，最初的晶体结构早在十年前已经被公开发表。X射线晶体学的应用极大程度地加深了人们对于P2X受体结构和功能的理解。由于用于结晶的受体通常较短，因此在一定程度上，P2XRs最具代表性的结构区域—细胞外结构域和跨膜螺旋只获得了有限的结构数据。在P2X受体中第一个被测定是斑马鱼的闭合态P2X4受体，由此确定了整个受体是由三聚体组装而成，每个亚单位形如海豚（3）。为了表示受体的特定区域，“海豚”已经变成了通用模型，本文也会一直使用这种描述。目前已经有来自不同物种和不同状态的P2X3受体, P2X4受体和P2X7受体及其横向同源物在内的20多种结构是可利用性的，它们揭示了跨膜螺旋区形如锚爪。这不意外，因为跨膜螺旋区作为主要的重排区域，通道需要不断地开启和关闭（4，5）。P2X受体中最保守的最刚性的部分是由包括整体上下部分的核心的beta;-片层组成。在胞外区域中，头部，背鳍和右鳍是变化最多的，这反映出受体在ATP结合后在ATP结合位点周围发生结构重排（5）。
激动剂作用的分子基础
ATP结合位点位于两个相邻亚单位之间的界面，涉及与磷酸配位的高度保守残基K68, K70, N290, R292, 和K309（4）。ATP腺嘌呤的相互作用以腺嘌呤胺基与T186和K68的主链羰基（人P2X1受体编号）之间的氢键以及腺嘌呤基的芳香环氮N1与T186侧链的羟基之间的氢键为特征。最近发现，弱激动剂胞嘧啶三磷酸存在一个和ATP相似的结合模型（6）。P2X受体(Amblyomma maculatum)的结构表明，除脊椎动物P2X受体之外，三磷酸腺苷的结合和关键的结构特征是高度保守的（7）。一经ATP结合，胞外区域构象改变会导致通道开启，这个详细模型来源于关闭状态与ATP结合后的开启状态之间的结构对比（4），这其中包括缩小头部和背鳍之间的缝隙，左鳍运动以及通过下半身到跨膜螺旋来影响通道的开启最终使得这种运动的传递。目前认为，这种在胞外区域构型改变对通道的激活具有重要的作用，支撑数据如下：半胱氨酸交联（8），锌桥（9），电压钳荧光测定法（10），定点诱变（11）和分子建模（12）。
拮抗剂作用的分子基础
