腦缺血—再灌注損傷時(shí)興奮性遞質(zhì)谷氨酸的釋放機(jī)制

陶宸 李夢(mèng)陽(yáng) 曲鵬

摘 要：腦缺血一定時(shí)間后重新得到血液灌注時(shí)，不僅不能恢復(fù)腦組織和器官功能，其功能障礙會(huì)加重并損傷結(jié)構(gòu)，損傷出現(xiàn)不可逆改變，稱為腦缺血-再灌注損傷。谷氨酸是CNS興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，有利于腦缺血神經(jīng)元損傷的發(fā)生。該文根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料記載，綜述了近幾年腦缺血-再灌注損傷時(shí)興奮性遞質(zhì)谷氨酸的釋放機(jī)制的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：腦缺血再灌注 興奮性遞質(zhì) 谷氨酸

中圖分類號(hào)：R96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（c）-0244-02

天冬氨酸、谷氨酸、2-羧基甲基-3-異丙烯基脯氨酸等為CNS興奮性氨基酸（EAA）。實(shí)驗(yàn)表明，腦缺血-再灌注損傷時(shí)腦組織內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)性氨基酸代謝發(fā)生明顯變化，即興奮性氨基酸（谷氨酸和天冬氨酸）隨缺血時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸降低，缺血再灌注時(shí)間越長(zhǎng)，興奮性氨基酸含量越低，腦組織超微結(jié)構(gòu)改變也就越嚴(yán)重。其中多種原因?qū)е碌拇罅抗劝彼峒?xì)胞外釋放和谷氨酸受體（GluRs）的過(guò)度刺激神經(jīng)毒性作用即是損傷腦組織的開(kāi)啟者又是接下來(lái)的執(zhí)行者。

1 Ca2+-依賴性谷氨酸釋放機(jī)制

在靜息條件下細(xì)胞外Glu濃度維持比較低的水平[1]。細(xì)胞外Glu可來(lái)自于谷氨酸能神經(jīng)末梢突觸囊泡Glu。腦缺血時(shí)導(dǎo)致氧和血糖供應(yīng)不足，能量生成酸大量釋放到突觸間隙。隨著深入研究的發(fā)現(xiàn)，腦缺血早期是Ca2+依賴性出胞式的Glu的釋放[2]，這一過(guò)程需要ATP，隨著缺血時(shí)間的延長(zhǎng)能量不斷的消耗進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)镃a2+非依賴性的Glu釋放[3]。因此，要抑制缺血早期Ca2+依賴性和非依賴性Glu釋放可通過(guò)阻斷Ca2+內(nèi)流來(lái)完成[4]。

大量谷氨酸釋放到突觸間隙，隨后啟動(dòng)如激活一氧化氮合酶、核酸內(nèi)切酶、Ca2+依賴性蛋白溶解酶、磷脂酶等一系列神經(jīng)損傷的病理生理反應(yīng)[5]，這些反應(yīng)存在一系列的相互因果。早期缺血Ca2+依賴型占主要的地位，因而引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載，開(kāi)放受體依賴型鈣通道，磷脂酶被激活，可溶解細(xì)胞膜并生成大量花生四烯酸[6]，自由基由此產(chǎn)生。膜脂質(zhì)過(guò)氧化被啟動(dòng)，提高了鈣受體通道興奮性，可破壞神經(jīng)元骨架，突觸前膜和后膜出現(xiàn)過(guò)度磷酸化之改變，這降低了線粒體滯留鈣作用，形成線粒體漏道，線粒體轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，可以造成整個(gè)神經(jīng)細(xì)胞能量衰竭。

2 代謝型受體調(diào)控釋放谷氨酸

神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)EAA主要是谷氨酸，其受體包括海人藻酸受體[7]、γ-氨基丁酸受體（GABARs）、σ-氨基羧甲基噁唑丙酸受體、親代謝受體4種亞型。此外，參與Glu釋放的還包括阿片受體、乙酰膽堿受體、神經(jīng)肽Y受體和腺苷樣受體A1[8]。

大量谷氨酸可將代謝型谷氨酸受體和與G蛋白耦連的磷酯酰肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑予以激活，最終使細(xì)胞膜發(fā)生細(xì)通透性改變[9]，細(xì)胞內(nèi)進(jìn)入大量Na+、Cl-和水，細(xì)胞出現(xiàn)腫脹，產(chǎn)生細(xì)胞毒性腦水腫，細(xì)胞出現(xiàn)誘導(dǎo)性凋亡和壞死病變[1]，這樣的受體稱為G蛋白耦連受體。CNS中有2種重要的G-蛋白耦連受體，它們是親代謝型谷氨酸受體（mGluRs）和γ-氨基丁酸受體。

2.1 親代謝型谷氨酸受體

mGlu1和mGlu5通過(guò)Gq蛋白耦連磷脂酶C水解磷酯酰肌醇并且動(dòng)員細(xì)胞內(nèi)Ca2+，mGlu4和mGlu6-mGlu8通過(guò)Gi蛋白負(fù)耦連腺苷酸環(huán)化酶降低環(huán)腺苷酸生成而抑制蛋白激酶A，mGlu2和mGlu3通過(guò)抑制Ca2+非依賴性的Glu釋放調(diào)節(jié)細(xì)胞外的Glu水平。mGluRs主要通過(guò)Ca2+依賴的方式調(diào)節(jié)星形細(xì)胞釋放Glu[10]。

2.2 γ-氨基丁酸受體（GABARs）

GABARs中的GABAB與mGluRs的結(jié)構(gòu)相似，屬G-蛋白耦連受體。GABAB可通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)釋放GABAA，也可降低釋放Glu，維持腦的正常功能。研究表明，GABAB主要通過(guò)增加K+或減少Ca2+傳導(dǎo)的形式抑制Glu釋放[11]。

2.3 AMPA、KA受體

這兩種受體通常稱為非NADA受體，對(duì)Na+、K+有通透性，且一些受體亞基對(duì)鈣也有通透性。AMPA受體由GluR1～GluR4四種亞基單位圍繞一個(gè)親水性中心孔道組成四聚體，對(duì)于含有GluR2亞基的AMPA受體可以限制陽(yáng)離子的通過(guò)，對(duì)于不含GluR2亞基的AMPA受體對(duì)鈣離子有通透性且可以進(jìn)行雙向整流。但GluR2和其他亞單位形成通道時(shí)，可限制鈣離子的正常通過(guò)。腦缺氧缺血時(shí)，海馬CA1區(qū)的GluR2明顯下調(diào)形成的四聚體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流，從而引起腦神經(jīng)細(xì)胞中鈣的超載[12]。KA受體是由GluR5- GLUR7及KA1-2組成的異質(zhì)組合，且介導(dǎo)的是細(xì)胞壞死而并非凋亡[6]。

2.4 NMDA受體

NMDA受體是Ca2+依賴型的離子通道，可導(dǎo)致過(guò)度興奮介導(dǎo)的遲發(fā)性神經(jīng)細(xì)胞損傷[12]。NMDA受體被激活后可增加釋放鈣離子的濃度，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載后一系列瀑布樣病理生理工程被激發(fā)，致使神經(jīng)元出現(xiàn)遲發(fā)性死亡之改變[13]。腦缺血時(shí)缺乏足夠的能量，改變了鈣泵功能，損傷線粒體，細(xì)胞膜去極化，釋放大量Glu，NAMD受體被Glu激活，內(nèi)流的鈣離子可以將Ca2+依賴性蛋白酶激活[14]。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)體調(diào)節(jié)釋放谷氨酸

清除細(xì)胞外液谷氨酸依賴對(duì)谷氨酸具有攝取能力的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)末梢膜上得谷氨酸、中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族，其中高親和性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有5種，中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有2種。前者又被稱為興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（EAATs），主要作用是轉(zhuǎn)運(yùn)Na+、K+-偶聯(lián)的L-谷氨酸和L-、D-天冬氨酸，是攝取EAA的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[16]，谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體直接耦合Na+-K+-ATP酶并以一個(gè)功能復(fù)合體的形式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸[3]。攝取功能降低、釋放增加、攝取逆向轉(zhuǎn)運(yùn)是腦缺血時(shí)細(xì)胞外液谷氨酸濃度持續(xù)升高的原因[15]。體內(nèi)和離體實(shí)驗(yàn)均表明，腦缺血或低氧在異常升高谷氨酸濃度的同時(shí)，還可以降低轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)數(shù)量。腦缺血降低了轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取谷氨酸的數(shù)量，甚或有逆向轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。可見(jiàn)攝取減少或出現(xiàn)逆向轉(zhuǎn)運(yùn)是腦缺血時(shí)膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體功能障礙的主要表現(xiàn)，這是由于細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸含量持續(xù)降低造成濃度差，而細(xì)胞外的谷氨酸不能被細(xì)胞重新吸收，形成興奮性神經(jīng)毒素，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。具體機(jī)制分為兩大類如下。

（1）Na+非依賴性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體。這類轉(zhuǎn)運(yùn)體可在多種細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，已被成功克隆，主要包括胱氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，為Cl-依賴性，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞外Glu穩(wěn)態(tài)。胱氨酸經(jīng)胱氨酸、谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)后，可用于在細(xì)胞內(nèi)合成谷胱甘肽這一重要氧化劑。當(dāng)細(xì)胞外Glu濃度升高時(shí)，引起神經(jīng)元死亡的GluRs可以被激活，同時(shí)膠質(zhì)細(xì)胞攝取胱氨酸的能力被阻止，降低了谷胱甘肽和細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的合成數(shù)量，細(xì)胞內(nèi)大量堆積活性氧成分，發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)[16]；Glu為星形膠質(zhì)細(xì)胞所攝取后可轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，神經(jīng)元攝取谷氨酰胺，可作為合成Glu的前體物質(zhì)。胱氨酸分子為同等數(shù)量的Glu分子交換，在正常生理狀態(tài)下，胱氨酸和Glu分別被轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外。Glu轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外后，易被谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體攝回細(xì)胞內(nèi)，一般不會(huì)損傷神經(jīng)元。腦缺血時(shí)，破壞了谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體功能，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)體外流Glu造成神經(jīng)元死亡并釋放Glu。

（2）Na+依賴性的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體是CNS攝取Glu的主要機(jī)制。目前已成功克隆出EAAT1～EAAT5五種高親和力的Na+依賴性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體。轉(zhuǎn)運(yùn)體將Glu攝取到細(xì)胞內(nèi)且濃度在較低水平維持，避免損傷神經(jīng)元。轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程與Ca2+免受Glu興奮性毒性的損傷同時(shí)進(jìn)行。轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程為：轉(zhuǎn)運(yùn)體每轉(zhuǎn)運(yùn)1個(gè)Glu分子，同向轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)有1個(gè)H+和3個(gè)Na+，逆向轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外1個(gè)K+。轉(zhuǎn)運(yùn)體功能細(xì)胞內(nèi)ATP水平直接影響，當(dāng)ATP減少時(shí)，可直接抑制谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體功能，當(dāng)ATP耗盡時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)體會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)運(yùn)，造成細(xì)胞內(nèi)Glu外流。

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