代謝型谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑在顱腦損傷后的應(yīng)用

朱星全，許民輝，王 昊

創(chuàng)傷性顱腦損傷(traumatic brain injury,TBI)是現(xiàn)代社會(huì)中的一個(gè)突出問(wèn)題，其高致殘率和致死率嚴(yán)重威脅著人類生命及生活質(zhì)量。顱腦創(chuàng)傷分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷，前者在傷后立即出現(xiàn)無(wú)法逆轉(zhuǎn)，而后者卻具有可逆性并對(duì)預(yù)后具有決定性作用。因此，提高TBI救治水平，始終是人們關(guān)注的問(wèn)題。目前，對(duì)于繼發(fā)性損傷機(jī)制的認(rèn)識(shí)主要有興奮性氨基酸毒性、過(guò)度炎癥以及鈣超載三方面： 興奮性氨基酸(主要是谷氨酸Glu)的大量釋放可以通過(guò)N-甲基-D-天門冬氨酸鹽(NMDA)受體引起鈣離子超載及非NMDA途徑擴(kuò)大炎癥損傷；反之，胞漿內(nèi)異常增高的鈣離子濃度以及大量釋放的炎性介質(zhì)又觸發(fā)突觸末梢出胞式的谷氨酸釋放，導(dǎo)致胞外谷氨酸的蓄積和興奮性毒性的加重[1]。谷氨酸作為神經(jīng)系統(tǒng)主要的快速興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在顱腦損傷后的大量釋放是造成興奮性氨基酸毒性損害的最主要原因。近年來(lái)學(xué)者對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)谷氨酸失調(diào)的后果進(jìn)行大量的研究，但我們必須了解創(chuàng)傷后谷氨酸信號(hào)的傳導(dǎo)才能有針對(duì)性地進(jìn)行治療，以起到治療和減輕損傷的目的。

1 谷氨酸受體(GluR)與興奮性毒性

谷氨酸的興奮毒性作用主要是通過(guò)其受體(GluR)介導(dǎo)的，腦組織損傷后Glu 濃度明顯升高可使其受體激活, 引起神經(jīng)細(xì)胞下述變化： (1) GluR活化可引起短期內(nèi)Glu攝取的抑制和刺激Glu進(jìn)一步釋放,使神經(jīng)細(xì)胞外液中Glu濃度過(guò)度升高。Dai[2]在觀察小鼠TBI后24h內(nèi)其腦脊液內(nèi)谷氨酸濃度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律為： TBI后15min，谷氨酸濃度達(dá)到第一個(gè)相對(duì)的高峰，然后逐漸回落，3h時(shí)相對(duì)水平較低；隨后又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，到12h時(shí)達(dá)到最高峰，然后逐漸降低，但仍高于基礎(chǔ)水平。雖然文獻(xiàn)報(bào)道的傷后谷氨酸變化會(huì)因致傷方式、傷情輕重以及傷者不同而有所不同，但總體規(guī)律是相似的。(2) GluR的活化可引起神經(jīng)細(xì)胞去極化,使神經(jīng)細(xì)胞興奮性增高,導(dǎo)致Na+、K+、Cl-、Ca2+等離子通道的通透性增加,使細(xì)胞內(nèi)外離子分布異常,引起神經(jīng)細(xì)胞的多種生理生化特性改變。神經(jīng)細(xì)胞去極化后首先破壞細(xì)胞內(nèi)外的Cl-平衡,使Cl-通道開放, 細(xì)胞內(nèi)Cl-增加，滲透壓增高，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹。此后Ca2+通道開放，大量的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并使細(xì)胞內(nèi)原貯存的Ca2+釋放，造成細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。而細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載一方面可引起神經(jīng)細(xì)胞的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝紊亂,另一方面Ca2+進(jìn)入腦血管壁，可通過(guò)鈣調(diào)素或直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞,刺激胞飲轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng),細(xì)胞收縮，使血腦屏障緊密連接擴(kuò)大，通透性增高，最終導(dǎo)致腦組織水分增多、神經(jīng)細(xì)胞腫脹、細(xì)胞膜損傷、蛋白質(zhì)水解，引起不可逆性蛋白質(zhì)變性而致神經(jīng)細(xì)胞死亡。(3) GluR的活化還可引起神經(jīng)細(xì)胞葡萄糖利用的增加,抑制某些蛋白質(zhì)的合成,膠質(zhì)細(xì)胞腫脹,巨噬細(xì)胞的活化。

2 代謝型谷氨酸受體(mGluR)的分類

GluR可分為離子型和代謝型受體兩大類。代謝型谷氨酸受體(mGluR)是一類和G蛋白偶聯(lián)的調(diào)節(jié)離子通道和第二信使生成酶的特異受體。代謝型受體與結(jié)合谷氨酸后,可導(dǎo)致膜兩側(cè)Na+和K+通透性升高,膜電位去極化,產(chǎn)生興奮性突觸后電位(EPSP)。多數(shù)情況下,這種EPSP產(chǎn)生得迅速，消失也快,故稱快突觸效應(yīng)。NMDA型和α-氨基-3羥基-5甲基-4異惡唑受體(AMPA)結(jié)合谷氨酸后,可導(dǎo)致膜兩側(cè)Na+和K+通透性升高,膜兩側(cè)產(chǎn)生EPSP，同時(shí)也使Ca2+通透性增加,Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),作為第二信使激活Ca2+依賴酶,如Ca2+鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶等,引發(fā)細(xì)胞內(nèi)生理效應(yīng)的變化。一般情況下,NMDA型受體引起的是相對(duì)緩慢而持久的EPSP，稱為慢突觸效應(yīng)[3]。

mGluR存在多種亞型，反映著mGluR功能的復(fù)雜性和多樣性。根據(jù)各亞型間的同源性不同，將mGluR分成3組： 第一組(mGluRI) mGluR1和mGluR5。mGluRI組受體主要與突觸后興奮效應(yīng)有關(guān)，其生理學(xué)特性為神經(jīng)興奮性毒性增強(qiáng)效應(yīng)，它可增加Ca2+內(nèi)流和激活蛋白激酶C(proteinkinase C,PKC)，增加花生四烯酸(ArAc)的釋放以及一氧化氮(NO)的合成，拮抗mGluRI組受體能夠減少谷氨酸的釋放并促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)谷氨酸的攝?。?第二組(mGluRII)mGluR2和mGluR3。mGluR Ⅱ組受體通過(guò)抑制環(huán)磷腺苷(cAMP)的產(chǎn)生和谷氨酸的釋放，因此激活mGluR Ⅱ組受體可發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[4]； 第三組(mGluRIII)mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8。Ⅲ組受體能抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少cAMP的生成,從而抑制谷氨酸的釋放。據(jù)報(bào)道Ⅲ組mGluR在彌漫性腦損傷(DBI)后的表達(dá)增加提示其在DBI中反應(yīng)性增高，具有一定的神經(jīng)元保護(hù)作用。因此提示在TBI后選擇性抑制和/或激動(dòng)mGluR可減輕繼發(fā)性顱腦損傷。

3 mGluR調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用

隨著mGluR亞型的選擇性激動(dòng)劑和拮抗劑的發(fā)展，近年來(lái)，人們對(duì)mGluR的復(fù)雜作用以及它們?cè)谀X內(nèi)的生理功能已有了較多了解。如mGluR與多種腦疾病，如認(rèn)知、學(xué)習(xí)障礙，癲癇、帕金森病等都有密切關(guān)系[5-8]。mGluR作為潛在的治療目標(biāo)，針對(duì)其生理、病理的研究已受到很大重視。目前認(rèn)為可能是由于不同亞單位的組合及突觸前后分布差異對(duì)功能產(chǎn)生影響，不同的mGluR的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制不同，因此mGluR對(duì)Glu介導(dǎo)的突觸傳遞可以是增強(qiáng)作用也可以表現(xiàn)為抑制效應(yīng)，這些已成為目前研究的熱點(diǎn)[9-10]。最近的研究發(fā)現(xiàn)許多苯甘氨酸衍生物都有雙向作用，既對(duì)mGluR起拮抗作用，同時(shí)又對(duì)mGluR起相對(duì)的激動(dòng)作用。如新合成的4羧基-苯甘氨酸(4CPG)和4-羧基-3-羥苯基甘氨酸(4C3HPG)則是最強(qiáng)的mGluR I拮抗劑，但它們對(duì)mGluR II有激動(dòng)作用。3，4-dihydroxyphenyphenylglycol(DHPG)在轉(zhuǎn)染細(xì)胞中只激活mGluR5而對(duì)mGluR1無(wú)作用，而選擇性激活mGluR5可減輕TBI后腦水腫、神經(jīng)元變性、膠質(zhì)細(xì)胞的激活和促炎性細(xì)胞因子的釋放[11]，是一種能區(qū)別mGluR I亞型的激動(dòng)劑[12]。而MGS0039則是一種高選擇性和較強(qiáng)的mGluR II拮抗劑[13]。苯甘氨酸衍生物很多，但目前研究苯甘氨酸衍生物，如上述提到的DHPG、MGS0039、4C3HPG等，對(duì)mGluR都存在雙向調(diào)節(jié)作用，雖然發(fā)現(xiàn)這些衍生物對(duì)GLu的釋放起調(diào)節(jié)作用，但它們對(duì)mGluR亞型的確切作用有待進(jìn)一步研究。谷氨酸及其受體的變化所致的興奮毒性在創(chuàng)傷性顱腦損傷后的作用機(jī)制極為復(fù)雜，涉及許多因素，并且各因素之聯(lián)系密切。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)顱腦損傷后谷氨酸及其受體的變化、興奮毒性作用機(jī)制、預(yù)防性阻斷興奮毒性和繼發(fā)性損傷，可以改善創(chuàng)傷性顱腦損傷的預(yù)后。開發(fā)高選擇性的mGluR 調(diào)節(jié)劑，在創(chuàng)傷性顱腦損傷后的有限治療時(shí)間窗內(nèi)，降低病死率，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)等都具有重要的意義。

根據(jù)對(duì)大鼠彌漫性腦損傷后大腦皮質(zhì)中I、II組代謝型谷氨酸受體表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，I組代謝型谷氨酸受體傷后表達(dá)增加并參與神經(jīng)元損傷的病理過(guò)程；Ⅱ組代謝型谷氨酸受體表達(dá)減少，使神經(jīng)元保護(hù)作用減弱[14]。但通過(guò)近期研究發(fā)現(xiàn)在彌漫性腦損傷后應(yīng)用谷氨酸受體激動(dòng)劑2R，4R-APDC誘導(dǎo)齒狀回顆粒細(xì)胞前體細(xì)胞的增殖，具有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用[15]。目前已發(fā)現(xiàn)多種新型谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑如： (S)-4-羧基-3-羥苯基甘氨酸(S)-4C3HPG、DHPG、羧基-羥苯基甘氨酸(CHPG)、吡咯烷基二硫代甲酸銨(APDC)等對(duì)代謝型谷氨酸受體的調(diào)節(jié)作用已在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的缺血、出血及損傷方面的有所闡述，(S)-4C3HPG對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥、精神分裂癥、癲癇癥及椎體外系疾病的治療，減輕腦缺血后的腦梗塞灶等慢性疾病及神經(jīng)保護(hù)方面都有較好的效果[16-17]。但對(duì)這些谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑于創(chuàng)傷后的急性期顱腦內(nèi)環(huán)境變化的調(diào)控鮮有深入的研究和報(bào)道。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)證明代謝型谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑(S)-4C3HPG在顱腦創(chuàng)傷急性期的作用中證實(shí)傷前30min予以(S)-4C3HPG可通過(guò)抑制谷氨酸釋放及炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，從而減輕顱腦創(chuàng)傷急性期的腦損傷[18]，證明此調(diào)節(jié)劑安全有效并且有腦保護(hù)作用。但是我們知道顱腦原發(fā)性損傷無(wú)法預(yù)防和逆轉(zhuǎn)，而繼發(fā)性損傷卻具有可逆性并對(duì)預(yù)后具有決定性作用。在繼發(fā)性損傷出現(xiàn)后應(yīng)用谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑神經(jīng)功能損害并沒(méi)有隨谷氨酸濃度的降低而減輕。因此推測(cè)Glu在TBI后產(chǎn)生的興奮性毒性損傷是炎性損傷的啟動(dòng)因素。后期致傷的因素重點(diǎn)是炎癥反應(yīng)而非谷氨酸，因此顱腦創(chuàng)傷后期即使抑制了谷氨酸的釋放，也不會(huì)有效減輕損傷。但近期有報(bào)道證實(shí)對(duì)mGluR亞型的激活在TBI后期又可抑制炎癥反應(yīng)，減輕水腫及神經(jīng)元變性。因此TBI后急性期及后期選擇性應(yīng)用代謝型谷氨酸受體調(diào)節(jié)劑來(lái)抑制腦脊液中谷氨酸濃度降低炎癥因子在傷后早期的表達(dá)水平，可能在較大程度上減輕繼發(fā)性顱腦損傷及帶來(lái)的神經(jīng)功能障礙。因此在TBI后的急性期有限治療時(shí)間窗內(nèi)如何合理運(yùn)用mGluR調(diào)節(jié)劑來(lái)抑制腦脊液中谷氨酸濃度、降低炎癥因子的表達(dá)水平，是目前深入研究的方向之一。

4 展望

mGluR 的作用比較復(fù)雜，可能是由于不同亞單位的組合及突觸前后分布差異對(duì)功能產(chǎn)生影響,確切作用有待進(jìn)一步研究?？傊?，谷氨酸及其受體的變化所致的興奮性毒性在TBI后腦缺血缺氧時(shí)的機(jī)制極為復(fù)雜，涉及許多因素，并且各因素之間聯(lián)系密切，對(duì)腦缺血時(shí)的損傷具有重要的作用。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)TBI后谷氨酸及其受體的變化、興奮毒性作用機(jī)制，預(yù)防性阻斷興奮毒性可以改善腦損傷的預(yù)后[19]。開發(fā)高選擇性的GluR 阻滯劑，在顱腦損傷后有限的治療時(shí)間窗內(nèi)，配合或合用效果好、不良應(yīng)應(yīng)小的神經(jīng)保護(hù)藥，減少繼發(fā)傷帶來(lái)的神經(jīng)功能障礙，降低病死率，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)等都具有重要的意義。

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