收稿日期: 2023-11-29
网络出版日期: 2024-03-26
基金资助
中国科技创新重大项目(2021ZD0201703);国家自然科学基金(31970913);广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515012156);广东省重点领域研发计划(2019B030335001)
The role and mechanism of purinergic signaling in oligodendrocytes development and myelin repair： A literature review
Received date: 2023-11-29
Online published: 2024-03-26
少突胶质细胞（OL）是发育中的中枢神经系统（central nervous system，CNS）髓鞘形成和髓鞘损伤再生的关键；ATP不仅是一种能量载体，也作为一个重要的信号分子参与细胞之间的交流，其嘌呤能受体亚型广泛存在于神经元和神经胶质细胞中，主要包括接受腺苷信号的P1受体和接受ATP/ADP/UTP信号的P2受体。不同亚型的嘌呤能受体在CNS中不同部位的表达及其在生理病理状态下发挥的具体作用和机制也各有不同，本文对近年来关于嘌呤能受体在OL发育及髓鞘形成与修复中作用和机制研究的新进展进行综述，该方面的研究对于了解嘌呤能信号在诸多脱髓鞘性疾病以及髓鞘发育障碍性疾病中的作用、发掘相应的潜在治疗靶点具有重要的意义。
何月华 , 谢华 , 肖林 . 嘌呤能信号在少突胶质细胞发育和髓鞘修复中的作用及机制研究进展[J]. 实用医学杂志, 2024 , 40(5) : 714 -720 . DOI: 10.3969/j.issn.1006-5725.2024.05.021
Oligodendrocytes （OLs） play a crucial role in myelination during the development and repair of the central nervous system. ATP serves not only as an important signaling molecule involving in the intercellular communications， but also as an energetic molecule， with its purinergic receptor subtypes widely present in neurons and glial cells. These subtypes are composed of two purinergic receptors： P1 and P2： The former are primarily activated by adenosine， and the latter mainly by ATP， ADP， and UTP. The two receptors paly their respective role in various regions of the CNS under physiological or pathological conditions through distinct mechanisms. In this paper， we review recent literature on the roles and mechanisms of the purinergic receptors in OL development， myelination， and myelin repair. It may be of great significance for further understanding the role of purinergic signaling in demyelinating diseases and myelin dysplasia and exploring potential therapeutic targets.
Key words： ATP; purinergic receptor; oligodendrocyte; myelination; myelin repair
| 1 | NAVE K A， WERNER H B. Ensheathment and Myelination of Axons： Evolution of Glial Functions［J］. Annu Rev Neurosci， 2021， 44： 197-219. doi:10.1146/annurev-neuro-100120-122621 |
| 2 | KUHN S， GRITTI L， CROOKS D， et al. Oligodendrocytes in Development， Myelin Generation and Beyond［J］. Cells， 2019， 8（11）： 1424. doi:10.3390/cells8111424 |
| 3 | LUBETZKI C， ZALC B， WILLIAMS A， et al. Remyelination in multiple sclerosis： from basic science to clinical translation［J］. Lancet Neurol， 2020， 19（8）： 678-688. doi:10.1016/s1474-4422(20)30140-x |
| 4 | WALTON C， KING R， RECHTMAN L， et al. Rising prevalence of multiple sclerosis worldwide： Insights from the Atlas of MS， third edition［J］. Mult Scler J， 2020， 26（14）： 1816-1821. doi:10.1177/1352458520970841 |
| 5 | BURNSTOCK G. Purinergic signalling： Its unpopular beginning， its acceptance and its exciting future［J］. Bioessays， 2012， 34（3）： 218-225. doi:10.1002/bies.201100130 |
| 6 | RIVERA A， VANZULLI I， BUTT A M， et al. A Central Role for ATP Signalling in Glial Interactions in the CNS［J］. Curr Drug Targets， 2016， 17（16）： 1829-1833. doi:10.2174/1389450117666160711154529 |
| 7 | AGOSTINHO P， MADEIRA D， DIAS L， et al. Purinergic signaling orchestrating neuron-glia communication［J］. Pharmacol Res， 2020， 162： 105253. doi:10.1016/j.phrs.2020.105253 |
| 8 | GIULIANI A L， SARTI A C， DI V F， et al. Extracellular nucleotides and nucleosides as signalling molecules［J］. Immunol Lett， 2019， 205： 16-24. doi:10.1016/j.imlet.2018.11.006 |
| 9 | MILLER R H. Oligodendrocyte origins［J］. Trends Neurosci， 1996， 19（3）： 92-96. doi:10.1016/s0166-2236(96)80036-1 |
| 10 | CHU T C， SHIELDS L E， ZENG W X， et al. Dynamic glial response and crosstalk in demyelination-remyelination and neurodegeneration processes［J］. Neural Regen Res， 2021， 16（7）： 1359-1368. doi:10.4103/1673-5374.300975 |
| 11 | NAVE K A， WERNER H B. Myelination of the Nervous System： Mechanisms and Functions［J］. Annu Rev Cell Dev Biol， 2014， 30： 503-533. doi:10.1146/annurev-cellbio-100913-013101 |
| 12 | GACEM N， NAIT-OUMESMAR B. Oligodendrocyte Development and Regenerative Therapeutics in Multiple Sclerosis［J］. Life Basel， 2021， 11（4）： 327. doi:10.3390/life11040327 |
| 13 | KUHLBRODT K， HERBARTH B， SOCK E， et al. Sox10， a novel transcriptional modulator in glial cells［J］. J Neurosci， 1998， 18（1）： 237-250. doi:10.1523/jneurosci.18-01-00237.1998 |
| 14 | ZHOU Q， WANG S L， ANDERSON D J， et al. Identification of a novel family of oligodendrocyte lineage-specific basic helix-loop-helix transcription factors［J］. Neuron， 2000， 25（2）： 331-343. doi:10.1016/s0896-6273(00)80898-3 |
| 15 | RIVERS L E， YOUNG K M， RIZZI M， et al. PDGFRA/NG2 glia generate myelinating oligodendrocytes and piriform projection neurons in adult mice［J］. Nat Neurosci， 2008， 11（12）： 1392-1401. doi:10.1038/nn.2220 |
| 16 | PRINGLE N M H， COLLARINI E J， RICHARDSON W D， et al. PDGF receptors in the rat CNS： during late neurogenesis， PDGF alpha-receptor expression appears to be restricted to glial cells of the oligodendrocyte lineage［J］. Development， 1992， 11（5）： 535-551. |
| 17 | BANSAL R W A， GARD A L， RANSCHT B， et al. PFEIFFER SE. Multiple and novel specificities of monoclonal antibodies O1， O4， and R-mAb used in the analysis of oligodendrocyte development［J］. J Neurosci Res， 1989， 24（4）： 548-557. doi:10.1002/jnr.490240413 |
| 18 | CAI J， ZHU Q， ZHENG K， et al. Co-Localization of Nkx6.2 and Nkx2.2 Homeodomain Proteins in Differentiated Myelinating Oligodendrocytes［J］. Glia， 2010， 58（4）： 458-468. doi:10.1002/glia.20937 |
| 19 | XIAO L， OHAYON D， MCKENZIE I A， et al. Rapid production of new oligodendrocytes is required in the earliest stages of motor-skill learning［J］. Nat Neurosci， 2016， 19（9）： 1210-1217. doi:10.1038/nn.4351 |
| 20 | ZHANG S， WANG Y， ZHU X Q， et al. The Wnt Effector TCF7l2 Promotes Oligodendroglial Differentiation by Repressing Autocrine BMP4-Mediated Signaling［J］. J Neurosci， 2021， 41（8）： 1650-1664. doi:10.1523/jneurosci.2386-20.2021 |
| 21 | HUANG H， HE W J， TANG T， et al. Immunological Markers for Central Nervous System Glia［J］. Neurosci Bull， 2023， 39（3）： 379-392. doi:10.1007/s12264-022-00938-2 |
| 22 | JIANG W X， YANG W C， YANG W W， et al. Identification of Tmem10 as a Novel Late-stage Oligodendrocytes Marker for Detecting Hypomyelination［J］. Int J Biol Sci， 2014， 10（1）： 33-42. doi:10.7150/ijbs.7526 |
| 23 | MADHAVARAO C N， MOFFETT J R， MOORE R A， et al. Immunohistochemical localization of asparoacylase in the rat central nervous system［J］. J Comp Neurol， 2004， 472（3）： 318-329. doi:10.1002/cne.20080 |
| 24 | RAJENDRAN M， DANE E， CONLEY J， et al. Imaging Adenosine Triphosphate （ATP）［J］. Biol Bull， 2016， 231（1）： 73-84. doi:10.1086/689592 |
| 25 | BURNSTOCK G. Purinergic Nerves.［J］. Pharmacol Rev， 1972， 24（3）： 509-581. |
| 26 | LAZAROWSKI E R. Vesicular and conductive mechanisms of nucleotide release［J］. Purinerg Signal， 2012， 8（3）： 359-373. doi:10.1007/s11302-012-9304-9 |
| 27 | LAZAROWSKI E R， BOUCHER R C. HARDEN T K，et al. Constitutive release of ATP and evidence for major contribution of ecto-nucleotide pyrophosphatase and nucleoside diphosphokinase to extracellular nucleotide concentrations［J］. J Biol Chem， 2000， 275（40）： 31061-31068. doi:10.1074/jbc.m003255200 |
| 28 | BURNSTOCK G. Introduction to Purinergic Signalling in the Brain［J］. Adv Exp Med Biol， 2020， 1202： 1-12. doi:10.1007/978-3-030-30651-9_1 |
| 29 | YEGUTKIN G G. Nucleotide- and nucleoside-converting ectoenzymes： Important modulators of purinergic signalling cascade［J］. Biochim Biophys Acta， 2008， 1783（5）： 673-694. doi:10.1016/j.bbamcr.2008.01.024 |
| 30 | BURNSTOCK G. Short- and long-term （trophic） purinergic signalling［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci， 2016， 371（1700）： 20150422. doi:10.1098/rstb.2015.0422 |
| 31 | FIELDS R D， STEVENS B. ATP： an extracellular signaling molecule between neurons and glia［J］. Trends Neurosci， 2000， 23（12）： 625-633. doi:10.1016/s0166-2236(00)01674-x |
| 32 | ILLES P， XU G Y， TANG Y， et al. Purinergic Signaling in the Central Nervous System in Health and Disease［J］. Neurosci Bull， 2020， 36（11）： 1239-1241. doi:10.1007/s12264-020-00602-7 |
| 33 | PIETROWSKI M J， GABR A A， KOZLOV S， et al. Glial Purinergic Signaling in Neurodegeneration［J］. Front Neurol， 2021， 12： 654850. doi:10.3389/fneur.2021.654850 |
| 34 | BURNSTOCK G. Purine nucleotides［J］. Adv Biochem Psychopharmacol， 1976， 15： 225-235. |
| 35 | RODRIGUES R J， MARQUES J M， CUNHA R A， et al. Purinergic signalling and brain development［J］. Semin Cell Dev Biol， 2019， 95： 34-41. doi:10.1016/j.semcdb.2018.12.001 |
| 36 | RALEVIC V， BURNSTOCK G. Receptors for purines and pyrimidines［J］. Pharmacol Rev， 1998， 50（3）： 413-492. |
| 37 | BURNSTOCK G. Purine and pyrimidine receptors［J］. Cell Mol Life Sci， 2007， 64（12）： 1471-1483. doi:10.1007/s00018-007-6497-0 |
| 38 | BURNSTOCK G. Physiology and pathophysiology of purinergic neurotransmission［J］. Physiol Rev， 2007， 87（2）： 659-797. doi:10.1152/physrev.00043.2006 |
| 39 | FIELDS R D， BURNSTOCK G. Purinergic signalling in neuron-glia interactions［J］. Nat Rev Neurosci， 2006， 7（6）： 423-436. doi:10.1038/nrn1928 |
| 40 | AGRESTI C， MEOMARTINI M E， AMADIO S， et al. Metabotropic P2 receptor activation regulates oligodendrocyte progenitor migration and development［J］. Glia， 2005， 50（2）： 132-144. doi:10.1002/glia.20160 |
| 41 | AGRESTI C， MEOMARTINI M E， AMADIO S， et al. ATP regulates oligodendrocyte progenitor migration， proliferation， and differentiation： involvement of metabotropic P2 receptors［J］. Brain Res Brain Res Rev， 2005， 48（2）： 157-165. doi:10.1016/j.brainresrev.2004.12.005 |
| 42 | VERKHRATSKY A， KRISHTAL O A， BURNSTOCK G， et al. Purinoceptors on Neuroglia［J］. Mol Neurobiol， 2009， 39（3）： 190-208. doi:10.1007/s12035-009-8063-2 |
| 43 | ZHANG Y， CHEN K N， SLOAN S A， et al. An RNA-Sequencing Transcriptome and Splicing Database of Glia， Neurons， and Vascular Cells of the Cerebral Cortex［J］. J Neurosci， 2014， 34（36）： 11929-11947. doi:10.1523/jneurosci.1860-14.2014 |
| 44 | MATUTE C， TORRE I， PEREZ-CERDA F， et al. P2X（7） receptor blockade prevents ATP excitotoxicity in oligodendrocytes and ameliorates experimental autoimmune encephalomyelitis［J］. J Neurosci， 2007， 27（35）： 9525-9533. doi:10.1523/jneurosci.0579-07.2007 |
| 45 | AMADIO S， TRAMINI G， MARTORANA A， et al. Oligodendrocytes express P2Y12 metabotropic receptor in adult rat brain［J］. Neuroscience， 2006， 141（3）： 1171-1180. doi:10.1016/j.neuroscience.2006.05.058 |
| 46 | MORAN J M J， MATUTE C. Immunohistochemical localization of the P2Y（1） purinergic receptor in neurons and glial cells of the central nervous system［J］. Brain Res Mol Brain Res， 2000， 78（1-2）： 50-58. doi:10.1016/s0169-328x(00)00067-x |
| 47 | FLORENZANO F V M， CAVALIERE F， VOLONTé C， et al. Cerebellar lesion up-regulates P2X1 and P2X2 purinergic receptors in precerebellar nuclei.［J］. Neuroscience， 2002， 115（2）： 425-434. doi:10.1016/s0306-4522(02)00397-4 |
| 48 | DANE C， STOKES L， JORGENSEN W T， et al. P2X receptor antagonists and their potential as therapeutics： a patent review （2010-2021）［J］. Expert Opin Ther Pat， 2022， 32（7）： 769-790. doi:10.1080/13543776.2022.2069010 |
| 49 | BUTT A M. Neurotransmitter-mediated calcium signalling in oligodendrocyte physiology and pathology［J］. Glia， 2006， 54（7）： 666-675. doi:10.1002/glia.20424 |
| 50 | XU M L， BI C W， CHENG L K， et al. Reduced Expression of P2Y2 Receptor and Acetylcholinesterase at Neuromuscular Junction of P2Y1 Receptor Knock-out Mice［J］. J Mol Neurosci， 2015， 57（3）： 446-451. doi:10.1007/s12031-015-0591-9 |
| 51 | OTHMAN T， YAN H L， RRVKEES SA， et al. Oligodendrocytes express functional A1 adenosine receptors that stimulate cellular migration［J］. Glia， 2003， 44（2）： 166-172. doi:10.1002/glia.10281 |
| 52 | ABBRACCHIO M P， BRAMBILLA R， CERUTI S， et al. Signalling mechanisms involved in P2Y receptor-mediated reactive astrogliosis［J］. Prog Brain Res， 1999， 120： 333-342. doi:10.1016/s0079-6123(08)63567-0 |
| 53 | STEVENS B， PORTA S， HAAK L L， et al. Adenosine： A neuron-glial transmitter promoting myelination in the CNS in response to action potentials［J］. Neuron， 2002， 36（5）： 855-868. doi:10.1016/s0896-6273(02)01067-x |
| 54 | FIELDS R D. Nerve impulses regulate myelination through purinergic signalling［J］. Novartis Found Symp， 2006， 276： 148-281. doi:10.1002/9780470032244.ch12 |
| 55 | ISHIBASHI T， DAKIN K A， STEVENS B， et al. Astrocytes promote myelination in response to electrical impulses［J］. Neuron， 2006， 49（6）： 823-832. doi:10.1016/j.neuron.2006.02.006 |
| 56 | SHEN H Y， HUANG N X， REEMMER J， et al. Adenosine Actions on Oligodendroglia and Myelination in Autism Spectrum Disorder［J］. Front Cell Neurosci， 2018， 12： 482. doi:10.3389/fncel.2018.00482 |
| 57 | SELI M， TURNER C P， MENT L， et al. A1 adenosine receptors mediate hypoxia-induced ventriculomegaly［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2003， 100（20）： 11718-11722. |
| 58 | TSUTSUI S， SCHNERMANN J， NOORBAKHSH F， et al. A1 adenosine receptor upregulation and activation attenuates neuroinflammation and demyelination in a model of multiple sclerosis［J］. J Neurosci， 2004， 24（6）： 1521-1529. doi:10.1523/jneurosci.4271-03.2004 |
| 59 | YAO S Q， LI Z Z， HUANG Q Y， et al. Genetic inactivation of the adenosine A2A receptor exacerbates brain damage in mice with experimental autoimmune encephalomyelitis［J］. J Neurochem， 2012， 123（1）： 100-112. doi:10.1111/j.1471-4159.2012.07807.x |
| 60 | INGWERSEN J， WINGERATH B， GRAF J， et al. Dual roles of the adenosine A2a receptor in autoimmune neuroinflammation［J］. J Neuroinflammation， 2016， 13： 48. doi:10.1186/s12974-016-0512-z |
| 61 | GONZáLEZ F E， SáNCHEZ G M V， PéREZ S A， et al. A3Adenosine receptors mediate oligodendrocyte death and ischemic damage to optic nerve［J］. Glia， 2014， 62（2）： 199-216. doi:10.1002/glia.22599 |
| 62 | VAZQUEZ V N， DOMERCQ M， MARTIN A， et al. P2X4 Receptors Control the Fate and Survival of Activated Microglia［J］. Glia， 2014， 62（2）： 171-184. doi:10.1002/glia.22596 |
| 63 | DOMERCQ M， ZABALA A， MATUTE C， et al. Purinergic receptors in multiple sclerosis pathogenesis［J］. Brain Res Bull， 2019， 151： 38-45. doi:10.1016/j.brainresbull.2018.11.018 |
| 64 | JAMES G， BUTT A M. P2X and P2Y purinoreceptors mediate ATP-evoked calcium signalling in optic nerve glia in situ［J］. Cell Calcium， 2001， 30（4）： 251-259. doi:10.1054/ceca.2001.0232 |
| 65 | SKAPER S D， DEBETTO P， GIUSTI P， et al. The P2X7purinergic receptor： from physiology to neurological disorders［J］. FASEB J， 2009， 24（2）： 337-345. doi:10.1096/fj.09-138883 |
| 66 | OYANGUREN D O， RODRIGUEZ A A， VILLOSLADA P， et al. Gain-of-function of P2X7 receptor gene variants in multiple sclerosis［J］. Cell Calcium， 2011， 50（5）： 468-472. doi:10.1016/j.ceca.2011.08.002 |
| 67 | CALZAFERRI F， RUIZ R C， DE D A M G， et al. The purinergic P2X7 receptor as a potential drug target to combat neuroinflammation in neurodegenerative diseases［J］. Med Res Rev， 2020， 40（6）： 2427-2465. doi:10.1002/med.21710 |
| 68 | FENG J F， GAO X F， PU Y Y， et al. P2X7 receptors and Fyn kinase mediate ATP-induced oligodendrocyte progenitor cell migration［J］. Purinerg Signal， 2015， 11（3）： 361-369. doi:10.1007/s11302-015-9458-3 |
| 69 | AMADIO S， MONTILLI C， MAGLIOZZI R， et al. P2Y12 Receptor Protein in Cortical Gray Matter Lesions in Multiple Sclerosis［J］. Cereb Cortex， 2009， 20（6）： 1263-1273. doi:10.1093/cercor/bhp193 |
| 70 | MOYON S， DUBESSY A L， AIGROT M S， et al. Demyelination Causes Adult CNS Progenitors to Revert to an Immature State and Express Immune Cues That Support Their Migration［J］. J Neurosci， 2015， 35（1）： 4-20. doi:10.1523/jneurosci.0849-14.2015 |
| 71 | CHEN Y， WU H， WANG S Z， et al. The oligodendrocyte-specific G protein-coupled receptor GPR17 is a cell-intrinsic timer of myelination［J］. Nat Neurosci， 2009， 12（11）： 1398-1406. doi:10.1038/nn.2410 |
| 72 | COPPOLINO G T， MARANGON D， NEGRI C， et al. Differential local tissue permissiveness influences the final fate of GPR17-expressing oligodendrocyte precursors in two distinct models of demyelination［J］. Glia， 2018， 66（5）： 1118-1130. doi:10.1002/glia.23305 |
| 73 | BODA E， VIGANO F， ROSA P， et al. The GPR17 Receptor in NG2 Expressing Cells： Focus on In Vivo Cell Maturation and Participation in Acute Trauma and Chronic Damage［J］. Glia， 2011， 59（12）： 1958-1973. doi:10.1002/glia.21237 |
| 74 | BONFANTI E， BONIFACINO T， RAFFAELE S， et al. Abnormal Upregulation of GPR17 Receptor Contributes to Oligodendrocyte Dysfunction in SOD1 G93A Mice［J］. Int J Mol Sci， 2020， 21（7）： 2395. doi:10.3390/ijms21072395 |
| 75 | CERUTI S， VIGANO F， BODA E， et al. Expression of the New P2Y-Like Receptor GPR17 During Oligodendrocyte Precursor Cell Maturation Regulates Sensitivity to ATP-Induced Death［J］. Glia， 2011， 59（3）： 363-378. doi:10.1002/glia.21107 |
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