全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 17卷 第 3期
2005年 6月
Vol. 17, No. 3
Jun., 2005
腺苷在脑缺血过程中的双重作用
刘大志，朱兴族*
（中国科学院上海生命科学研究院上海药物研究所，中国科学院研究生院，上海 201203）
摘　要：随着内源性腺苷系统具有神经保护作用的提出，派生出新的课题——腺苷及其类似物能否治
疗脑卒中等一系列神经系统疾病？随着研究的深入，这一问题已逐渐成为神经药理学研究的热点。大
量的工作集中在腺苷及其类似物对脑卒中的治疗作用，但实验结果具有很大的不确定性。传统上认为
系统性给予腺苷引起心率减慢、血压降低、脑供血减少，从而限制了腺苷的应用。因此，提出了合
用外周腺苷受体拮抗剂、腺苷转运蛋白抑制剂及代谢阻断剂，这既能对抗其心血管副作用，又使得脑
缺血区的内源性腺苷维持在较高水平，发挥神经保护作用。然而，在脑缺血的病理条件下，腺苷浓
度已显著提升，逾越了其自调节的范围。在此情况下，继续强化腺苷的作用，是否有悖于机体自稳
态的恢复？诚然，腺苷具有明显的神经保护作用，但近年的研究又显示腺苷及其某些代谢产物具有神
经损伤作用，如何解释这些相互矛盾的现象？又如何评价腺苷在脑缺血过程中的作用？本文主要从作用
机制上，综合评述腺苷在脑缺血过程中可能发挥的神经保护及损伤作用，以期为脑卒中的临床治疗和
新药开发提供一定的参考。
关键词：腺苷；腺苷受体；脑缺血；神经保护；神经损伤
中图分类号：R338.2; R971; R743.31　　文献标识码：A
The dual role of adenosine in the cerebral ischemia
LIU Da-Zhi, ZHU Xing-Zu*
(Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences,
Graduate School of CAS, Shanghai 201203, China)
Abstract: The inhibitory neuromodulator adenosine is neuroprotective against damage induced by cerebral
ischemia. However, the possible therapeutic value of treating acute cerebral ischemia with systemically admin-
istered adenosine is dubious, which is due to several cardiovascular side effects such as bradycardia and
hypotension. Except for the cardiovascular side effects, adenosine induces cell death by apoptosis. Here, we
reviewed the current understanding about adenosine in cerebral ischemia and raise a number of questions as to
the possible mechanisms involved.
Key words: adenosine; adenosine receptor; cerebral ischemia; neuroprotection; neurodestruction
腺苷在中枢神经系统(central nervous system，
CNS)是一种重要的抑制性神经调质，作用于细胞膜
表面腺苷(adenosine)受体，介导广泛的生物学效
应。已知的腺苷受体至少有四种亚型(A1、A2a、A2b
文章编号 ：1004-0374(2005)03-0227-04
收稿日期：2004-09-13
基金项目：上海市生命科学重大基础项目(No. 04DZ14005)
作者简介：刘大志(1976 —)，男，博士研究生；朱兴族(1946 —)，男，博士，研究员，博士生导师，* 通讯作者。
及A3受体)，均属于与G蛋白偶联的受体家族，可
与相应的G蛋白偶联，进而调节腺苷酸环化酶、鸟
苷酸环化酶、离子通道及磷脂酶的活性[1~ 2]。内源
性腺苷对A1、A2a、A2b 及A3受体亲和力截然不同，
228 生命科学 第17卷
其激动此四种受体亚型的半数有效浓度(EC50)分别为
73nM[3]、150nM[3]、5 100nM[4]和 6 500nM[5]。在生
理情况下，仅A1和A2a处于活化状态，且A2a受体
的作用较弱，常常被 A1受体的作用所掩盖。
细胞外的腺苷可经由核苷转运蛋白介导的协助
扩散或Na＋依赖的主动转运再摄取到细胞内，从而
终止其作用。生理状况下，细胞外腺苷不仅可由神
经末梢或胶质细胞释放，也可来自三磷酸腺苷
(adenosine triphosphate，ATP)的代谢。细胞处于缺
血、缺氧等应激状态下，细胞内大量外流的ATP迅
速代谢成腺苷，致使细胞外腺苷浓度升高近 1 000倍
(从 100nM到 100µM)[6]。指数级增长的内源性腺苷
发挥着神经保护作用；另一方面，又介导了细胞的
毒性过程。
1　腺苷的神经保护作用
脑缺血一旦发生，缺血、缺氧等应激状态促使
细胞内ATP大量外流。细胞外的ATP可在一系列酶
的作用下经过二磷酸腺苷(adenosine diphosphate，
ADP)、一磷酸腺苷(adenosine monophosphate，
AMP)迅速代谢成腺苷。腺苷及其代谢产物可通过
广泛的内源性保护途径，发挥神经保护作用，其可
能的机制包括以下 5 个方面。
1.1　缓解细胞兴奋性毒性和Ca2+超负荷　腺苷通过
激活突触前A1受体抑制谷氨酸等兴奋性氨基酸的释
放，缓解细胞的兴奋毒性及Ca2+超负荷，其可能通
过调节神经末梢的 Ca 2+浓度来影响递质释放，此
外，腺苷还可能通过 N-型、P-型或 Q-型 Ca2＋通
道发挥作用。另一方面，作用于突触后 A1受体，
使K通道的电导增加，通过限制细胞膜去极化抑制
神经元的兴奋[1]。
γ-氨基丁酸(GABA)是一种抑制性氨基酸，其
释放增加能对抗细胞的兴奋性毒性。Cunha和Ribeiro[7]
采用海马趾神经元突触制备体作为研究对象，发现
A2a受体激动剂 CGS21680能增加K+诱发的氚标记
γ-氨基丁酸(3H-GABA)释放，此作用可被A2a受体拮
抗剂 ZM 241385抵消[7]。
Yao等[8]分别采用人白血病早幼粒细胞(HL-60)
及淋巴瘤细胞(U-937)，证明低浓度的A3受体的特异
性激动剂Cl-IB-MECA(nM)能触发内源性腺苷释放，
发挥神经保护作用，此作用可被A3受体拮抗剂所取
消 [ 8 ]。
研究发现腺苷的代谢产物——肌苷亦可直接作
用于A1、A2a及A3受体[9]，发挥神经保护作用，或
通过免疫调节间接发挥神经保护作用。Litsky等[10]
直接验证了肌苷对缺糖、缺氧培养的神经细胞的保
护作用。
1.2　减轻炎症反应程度　虽然损伤引起的免疫反应
有助于损伤组织维持自稳定，但过度的炎症反应
(尤见于缺血再灌注损伤)，如嗜中性粒细胞、巨噬
细胞及其他免疫细胞的活化将加重组织损伤程度。
Ohta和Sitkovsky[11]通过研究多种炎症试验模型
得出，A2a受体缺失小鼠对炎症刺激因子的耐受程
度远低于正常小鼠，提示A2a受体介导了一种重要
的生理性负反馈机制，该机制很大程度上制约着组
织性及系统性炎症反应。
有研究表明，肌苷能抑制巨噬细胞，从而减
弱缺血再灌注引起的肿瘤坏死因子(TNF)、巨噬细
胞炎性蛋白(macrophage inflammatory protein)和白介
素 -6(IL-6)等的生成[12]，提示肌苷可通过减轻组织
炎症反应，进而发挥保护作用。另外，基因敲除
技术也证明，肌苷的抗炎作用需要有A2a受体和A3
受体的共同参与[6]。
1.3　神经营养作用　Benowitz等[13]发现，腺苷的代
谢产物——肌苷可能是CNS中的一种能促进神经细
胞轴突再生长的小分子物质，参与神经细胞的自修
复过程，发挥保护作用。随后的离体和整体试验表
明，肌苷能发挥神经生长因子样作用，活化细胞内
丝 /苏氨酸激酶，明显上调GAP-43蛋白(轴突再生
长所需的关键因子)，佐证了肌苷的促轴突再生长
的作用 [ 14 ]。
1.4　改善血液流变性　有实验证实，A2a受体激动
剂能有效缓解缺血诱发的白细胞黏附。此外，
Ledent等[15]采用基因敲除技术， 证明A2a受体缺失小
鼠的血小板凝聚性增强，提示激动A2a受体能改善
血液流变性，促进血栓溶解。
1.5　清除 ROS　有研究表明，激动大鼠嗜碱性白
血病细胞(RBL-2H3)的A3受体，将明显增强过氧化
物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶及谷
胱甘肽还原酶等的活力，且此作用能被茶碱(A3受
体拮抗剂)和百日咳病毒(Gi蛋白抑制剂)削弱。另
外，在牛和人的内皮细胞及大鼠的心肌和平滑肌细
胞上，也观察到类似现象。
2　腺苷的神经损伤作用
脑缺血发生时，细胞的自稳态遭到破坏，腺苷
浓度急剧升高，发挥神经保护作用的同时，又介导
了细胞的毒性过程，可能的机制包括以下 3 方面。
229第3期 刘大志，等：腺苷在脑缺血过程中的双重作用
2.1　增强细胞兴奋性毒性和Ca2+超负荷　动物试验
证实，脑缺血后，海马细胞的 A1受体明显下调，
同时存在A2受体上调的趋势，很大程度上限制了腺
苷神经保护作用的发挥。脑缺血 24小时后，腺苷
不能对抗NMDA介导的Ca2+内流，从而加剧细胞的
兴奋性毒性。
有证据表明，激动A2a受体，导致谷氨酸等兴
奋性氨基酸的释放，同时增强细胞膜兴奋性，促进
脑缺血诱发的谷氨酸兴奋毒性及 Ca2+超载。在组织
分布上，A2a受体高度表达于纹状体，病理学检测
发现，此区域在急性脑缺血后易发生难以逆转的神
经损伤，给临床治疗带来极大困难。鉴于此，国
际脑卒中学术研讨会于1999年提出，对于治疗脑卒
中药物应充分评价其是否具有保护皮层下核团的功
能 [ 1 6 ]。
2.2　促进细胞凋亡　腺苷的降解主要在细胞内进
行，由核苷转运蛋白将细胞外的腺苷再摄取到细胞
内，在腺苷激酶的作用下生成 AMP，或通过腺苷
脱氨酶转化为肌苷(inosine)。Schrier等[17]发现细胞
外的腺苷(100µM)明显增强小鼠神经瘤细胞(NIE-
115)内半胱氨酸激酶活性，引起细胞凋亡；而核
苷转运蛋白的抑制剂(uridine)可完全抑制半胱氨酸
激酶活化，提示细胞内腺苷可能是细胞凋亡的关键
因素。该研究又追踪了腺苷在细胞内的代谢过
程，证明腺苷激酶抑制剂(AMDA)可对抗腺苷诱发
的半胱氨酸激酶活性的增加；而腺苷脱氨酶抑制
剂(2-deoxycoformycin)则加剧腺苷的凋亡作用，进
一步揭示腺苷的细胞内代谢产物AMP可能直接触发
了细胞的凋亡过程。
Kohno等[18]采用大鼠星形胶质细胞及人白血病
早幼粒细胞(HL-60)，提出A3受体的特异性激动剂
2-Cl-IB-MECA(10µM)能触发细胞凋亡，提示腺苷
诱导的细胞凋亡与A3受体相关。Wen和Knowles[19]
进一步证实腺苷激活A3受体，进而活化半胱氨酸激
酶 - 3 通路，触发细胞凋亡。
2.3　加重氧化损伤　脑缺血作为诱发因素，促使腺
苷大量生成的同时，也强化了其代谢过程。在一系
列酶的作用下，腺苷依次转化为肌苷、次黄嘌呤、
黄嘌呤和尿酸，此过程伴随大量的 ROS生成；同
时，病理浓度的细胞内 Ca2+也将活化黄嘌呤氧化酶
(生成ROS的关键酶)，进一步增加ROS的生成，强
化细胞的氧化损伤[20]。
3　结语
腺苷作为一种生物体内无处不在的内源性调
质，微调着各种生命过程，是细胞维持自稳态的重
要物质，被誉为“生命的信号”。脑缺血等应激
状态下，腺苷迅速呈指数级倍增，这种现象的出现
是基于细胞维持自稳态的需要，还是自稳态被破坏
的后果？
仅就现象而言，病理浓度的腺苷将高度激活A1
受体，发挥强大的抑制作用，使细胞处于暂时的
“休眠”，缓解应激压力，发挥神经保护作用。然
而，A1受体的持续激活将导致其自身脱敏，制约了
腺苷的保护作用。此外，高浓度的腺苷还将激活A2
和A3受体，发挥神经保护作用，但在某些情况下，
(如A2a受体激活导致谷氨酸释放增加及A3受体高度
激活诱发细胞凋亡等)却导致神经损伤。
腺苷生成的增加，在一定程度上意味着代谢的
加强，其代谢主要在细胞内进行，通过两条途径：
肌苷、尿酸途径和AMP途径。在腺苷发挥广泛而复
杂作用的同时，其代谢产物(肌苷、尿酸、AMP等)
也参与到这一过程中。一般认为，AMP是细胞凋
亡的诱发因素；肌苷、尿酸则具有神经保护作用，
但此代谢途径却促生 ROS，增强氧化应激，产生
负面影响。
鉴于腺苷在脑缺血过程中的双重作用，提示在
脑卒中病例的临床治疗中应充分评估腺苷可能的神
经损伤作用，阻断其 AMP代谢途径，进一步强化
对肌苷的认识。另外，从 A1受体变构调节剂和肌
苷及其类似物的角度出发，可能会寻找到新型治疗
脑卒中的药物。
[参　考　文　献]
[1] 朱兴族. 腺苷和三磷酸腺苷[A]. 见: 邹冈主编，基础神
经药理学[C]. 北京: 科学出版社(二版), 1999. 333~344
[2] Collis M G, Hourani S M O. Adenosine receptor subtypes.
Trends Pharmac Sci, 1993, 14:360~366
[3] Daly J W, Padgett W L. Agonist activity of 2- and 5-
substituted adenosine analogs and their N6-cycloalkyl de-
rivatives at A1- and A2-adenosine receptors coupled to ade-
nylate cyclase. Biochem Pharmacol, 1992, 43(5):1089~1093
[4] Peakman M C, Hill S J. Adenosine A2b-receptor-mediated
cyclic AMP accumulation in primary rat astrocytes. Br J
Pharmacol, 1994, 111(1):191~198
[5] Zhou Q Y, Li C, Olah M E, et al.Molecular cloning and
characterization of an adenosine receptor. Proc Natl Acad Sci
USA, 1992,89(16):7432~7436
[6] Ralevic V, Burnstock G. Receptors for purines and
pyrimidines. Pharmacol Rev, 1998, 50:413~492
[7] Cunha R A, Ribeiro J A. Purinergic modulation of [3H]GABA
release from rat hippocampal nerve terminals.Neuropharma-
cology, 2000,39(7):1156~1167
230 生命科学 第17卷
[8] Yao Y, Sei Y, Abbracchio M P, et al. Adenosine A3 receptor
agonists protect HL-60 and U-937 cells from apoptosis
induced by A3 antagonists. Biochem Biophys Res Commun,
1997,232(2):317~322
[9] Hasko G, Sitkovsky M V, Szabo C. Immunomodulatory
and neuroprotective effects of inosine. Trends Pharmacol
Sci, 2004, 25(3):152~157
[10] Litsky M L, Hohl C M, Lucas J H, et al. Inosine and gua-
nosine preserve neuronal and glial cell viability in mouse
spinal cord cultures during chemical hypoxia. Brain Res,
1999,821(2): 426~432
[11] Ohta A, Sitkovsky M V. Role of G-protein-coupled adenosine
receptors in downregulation of inflammation and protection
from tissue damage. Nature, 2001, 414(6866):916~920
[12] Dowdall J F, Winter F D C, Bouchier-Hayes D J. Inosine
modulates gut barrier dysfunction and end organ damage in a
model of ischemia-reperfusion injury. J Surg Res, 2002,108
(1): 61~68
[13] Benowitz L I, Jing Y, Tabibiazar R, et al. Axon outgrowth is
regulated by an intracellular purine-sensitive mechanism in
retinal ganglion cells. J Biol Chem, 1998,273(45): 29626~29634
[14] Chen P, Goldberg D E, Kolb B, et al. Inosine induces axonal
rewiring and improves behavioral outcome after stroke. Proc
Natl Acad Sci USA, 2002,99 (13):9031~9036
[15] Ledent C, Vaugeois J M, Schiffmann S N, et al. Aggressiveness,
hypoalgesia and high blood pressure in mice lacking the
adenosine A2a receptor. Nature, 1997,388(6643): 674~678
[16] Richard G A, Odergren T, Ashwood T. Animal models of
stroke: do they have value for discovering neuroprotective
agents? Trends Pharmacol Sci, 2003,24 (8):402~408
[17] Schrier S M, van Tilburg E W, van der Meulen H, et al.
Extracellular adenosine-induced apoptosis in mouse neuro-
blastoma cells studies on involvement of adenosine recep-
tors and adenosine uptake? Biochem Pharmacol, 2001,61
(4):417~425
[18] Kohno Y, Sei Y, Koshiba M, et al. Induction of apoptosis in
HL-60 human promyelocytic leukemia cells by adenosine A
(3) receptor agonists. Biochem Biophys Res Commun, 1996,
219(3):904~910
[19] Wen L T, Knowles A F. Extracellular ATP and adenosine
induce cell apoptosis of human hepatoma Li-7A cells via the
A3 adenosine receptor.Br J Pharmacol, 2003,140(6):
1009~1018
[20] Sweeney M I. Neuroprotective effects of adenosine in cere-
bral ischemia: window of opportunity. Neurosci Biobehav
Rev, 1997,21(2):207~217
高性能新药研发网格技术研究取得重大突破
网格技术是计算机研究领域中新兴的高端技术，中国科学院上海生命科学研究院药物所药物发现与设
计中心沈建华研究员率领的课题组，在高性能药物研发网格技术研究方面取得突破性进展。
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以不断发展的中间件(Middleware)为网格操作系统，从计算机硬件、数据、应用程序三个层面上实现高性
能计算、大规模存储、网络、信息、应用软件和相关科学实验仪器等资源的合理组织、分配和共享，
从根本上解决了困扰单独实验室、研究院所和企业的大规模科学计算能力、存储能力不足以及科学资源共
享等问题，是一个崭新的技术革命。网格是未来信息技术的国家级基础设施，已经成为各国争夺信息技
术制高点的关键，是近年高性能计算技术的重要研究方向。
药物所建立的“新药研发应用网格”技术平台，安装了含 120万个化合物信息的数据库和各类药物
靶标蛋白结构数据库，同时将自己开发的高通量虚拟筛选软件进行了异机(不同型号的计算机之间)并行化，
安装在该技术平台上。新药研发应用网格采用网格格点内和格点间的双重负载平衡技术，最大限度地利用
国家网格的空闲计算资源，为用户提供高吞吐量和安全的虚拟筛选服务。这一应用网格是开放式的，可
以随时扩充和加入新的计算资源。目前，新药研发网格已经进入试运行阶段，自主研发的药物分子筛选
方法和程序、药物筛选应用软件已经推出。药物所等单位已经开始应用该网格平台进行创新药物研究，已
获得多个活性化合物。
新药研发网格的扩建工作正在进行，上海超级计算中心、中科院网络中心、大连理工大学、华东理
工大学、华中理工大学和英国部分大学的计算资源将加盟到该网格系统。韩国、中国和日本三国间的“亚
洲计算机药物发现(Asian e-Drug Discovery, AeDD)”合作计划正在洽谈之中，这一计划将以“新药研发网
格”为基础，整合韩、中、日三国的计算资源，并联合三国的制药公司，进行创新药物研究。新药研
发网格的建立，为真正实现公共计算和数据资源的共享奠定了基础，对创新药物研究具有重要的意义。
摘自 http: //www.sibs.ac.cn