N-甲基-D-天冬氨酸受體介導(dǎo)神經(jīng)突觸長時程增強的研究進展

盧璽宇(綜述)，屈 強(審校)

(1.四川省瀘州醫(yī)學(xué)院研究生部，四川瀘州646000;2.四川省瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科，四川瀘州646000)

近年來大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA)受體在腦神經(jīng)元的發(fā)育和可塑性等方面具有重要意義，尤其在小腦中突觸長時程增強方面具有非常重要的作用。NMDA受體通過改變其各亞基在普肯耶細(xì)胞表面的分布面積及其大小，改變突觸后電流的振幅增減，以及其他方面因素影響突觸傳遞過程及信息的傳遞，進而影響小腦的學(xué)習(xí)和記憶功能。現(xiàn)就NMDA受體影響小腦神經(jīng)突觸傳遞的相關(guān)過程予以綜述。

1 NMDA受體概述

1.1 NMDA受體的結(jié)構(gòu) 谷氨酸受體依據(jù)藥理學(xué)特點大致可分為親離子型和親代謝型兩類。親離子型谷氨酸受體分為D，L-α-3-羥基-5-甲基-4-異嗯唑受體、海人藻酸(kainic acid receptor，KA)受體和NMDA受體3亞類?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)NMDA受體至少存在3類7個亞單位，即1種NR1亞單位、4種NR2亞單位(NR2A、NR2B、NR2C和 NR2D)以及2種 NR3亞單位(NR3A和NR3B)，且NR1、NR2及NR3三種亞基具有同源性［1，2］。

NMDA受體主要由NR1和NR2亞基按一定的比例組成，NR1/NR2復(fù)合體中NR2亞基單位在很大程度上決定了NMDA受體其特定的藥理特性和生理功能［3］。NR1亞基是膜受體通道必需部分和功能單位。NR1受體主要分布在普肯耶細(xì)胞胞質(zhì)和分子層的樹突上，分子層的星形細(xì)胞、顆粒細(xì)胞層的顆粒細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞中也有不同程度的分布［4，5］。NR2 亞基決定NMDA受體的功能特性。NR2的C端決定域在調(diào)控NMDA受體在突觸后密度區(qū)的定位和功能中起著關(guān)鍵的作用，NR2A/NR2C亞基和部分C端決定域調(diào)控NMDA受 體 突 觸 的 活 性［6］。NR2的N端結(jié)構(gòu)域調(diào)控著NMDA受體亞基的特定通道。NR2A和NR2B亞單位與NR1結(jié)合形成NR1/NR2A和NR1/NR2B復(fù)合物調(diào)控著NMDA信號通道的開放和關(guān)閉過程。NR2B是NMDA受體的調(diào)節(jié)亞基，在神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡過程中起著重要作用［7-9］。

大部分NMDA受體復(fù)合物是由NR1和NR2按一定比例結(jié)合成，但有時也可結(jié)合一定數(shù)量的NR3亞基。結(jié)合NR3亞基可降低異源性表達體系中NMDA受體通道內(nèi)鈣離子的通透性，而且在突觸和突觸外的NMDA受體反應(yīng)性中起著一定的作用。內(nèi)源性NR3A在神經(jīng)系統(tǒng)中起著保護作用，外源性地增加 NR3A 可增強神經(jīng)保護作用［10，11］。

1.2 NMDA受體在海馬及突觸中的分布 NMDA受體廣泛分布在海馬結(jié)構(gòu)中的CA1、CA3和齒狀回等腦區(qū)。NR1受體免疫熒光染色陽性細(xì)胞在CA1和CA3區(qū)的錐體細(xì)胞層以及齒狀回門區(qū)的中間神經(jīng)元表達最強，而NR2在海馬CA1區(qū)、CA3區(qū)及齒狀回廣泛分布，其中以 CA1 區(qū)最多［12，13］。

NMDA受體屬于離子通道型受體，主要存在于谷氨酸能神經(jīng)元突觸后膜的致密體內(nèi)，并被谷氨酸能神經(jīng)元突觸末梢釋放的谷氨酸相繼激活，但突觸后膜的致密體蛋白對NMDA受體復(fù)合物起反面作用［14］。NMDA受體除了直接在突觸后膜和細(xì)胞胞質(zhì)庫間垂直運動外，還能沿突觸后膜表面在突觸和突觸外位作側(cè)向移位。受體在細(xì)胞膜表面的移位可以改變突觸受體的數(shù)目和組成，對突觸傳遞起著重要作用，同時也影響突觸修飾［15］。

2 長時程增強現(xiàn)象

1973年Bliss等［16］首先發(fā)現(xiàn)了突觸傳遞的長時程增強現(xiàn)象(long-term potentiation，LTP):當(dāng)以一個或幾個頻率為10～20 Hz，串長為10～15 s或頻率為100 Hz，串長為3～4 s的電刺激作為條件刺激時，繼后的單個測試刺激會引起群峰電位和群體興奮性突觸后電位的振幅增大，群體峰電位的潛伏期縮短。突觸前膜的突觸傳遞作用機制和興奮性顆粒細(xì)胞數(shù)量的增加對LTP的形成有著重要的影響。

這就是突觸的可塑性和學(xué)習(xí)記憶中涉及的一個重要生理機制:LTP和長時程抑制。在該機制中NMDA受體與該機制的形成與發(fā)生有著密切的聯(lián)系，換句話說LTP依賴于NMDA受體。

長時程增強是由高頻刺激激發(fā)的突觸可塑性的一種形式而且是特定的神經(jīng)元的反應(yīng)現(xiàn)象。它在學(xué)習(xí)、記憶以及突觸間信息傳遞的過程中起著重要的作用。突觸間的聯(lián)系在神經(jīng)元的活動中處于持續(xù)改變的狀態(tài)。長時程增強和長時程抑制在突觸強化長時間的改變后兩者相互協(xié)同以調(diào)節(jié)突觸間信息的傳遞以及突觸的可塑性。誘導(dǎo)長時程增強受NMDA受體亞基的數(shù)量和類型的改變以及該受體本身的激活的影響［17，18］。

3 NMDA受體介導(dǎo)的神經(jīng)突觸長時程增強

自LTP被發(fā)現(xiàn)以來，很多學(xué)者就其形成機制及生理功能作了大量的研究。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)NMDA受體對LTP的形成和作用過程中有著密不可分的關(guān)系，而且其他的因素也對該過程起著影響作用。

3.1 NDMA受體對海馬神經(jīng)突觸長時程增強的影響 由于NR2B在幼年大鼠海馬區(qū)中的重要作用，因此細(xì)胞外區(qū)域長時程增強可能在幼年大鼠接受反復(fù)的強直刺激時會被加強，而這種現(xiàn)象在成年大鼠中不會發(fā)生。然而Georg等［20］卻發(fā)現(xiàn)在NR2B沒有阻斷的情況下，CA3到CA1長時程增強在成年大鼠比幼年大鼠減少得更明顯，但是反復(fù)的強直刺激可以使其恢復(fù)到野生型大鼠的水平。因此除了NMDA受體介導(dǎo)的鈣離子復(fù)合物外，亞型特異性的信號肽在LTP的誘導(dǎo)過程中起核心作用，這種信號肽的特異性在于它與細(xì)胞內(nèi)與年齡相關(guān)的直接信號肽通道NR2亞基C端決定相關(guān)。

3.2 NMDA受體介導(dǎo)一氧化氮和一氧化氮合酶活性對LTP的影響 NMDA受體可以可逆地抑制突觸后電流。但與別的突觸前受體介導(dǎo)的調(diào)控不同，NMDA受體介導(dǎo)的抑制不涉及到轉(zhuǎn)運體釋放的抑制。因為它可被氮氧化合物和可溶性的鳥甘酸抑制物所阻斷。Casado等［21］認(rèn)為這涉及突觸轉(zhuǎn)運機制，在這種調(diào)控機制中，由平行纖維介導(dǎo)的一氧化氮的釋放降低了普肯耶細(xì)胞對谷氨酸鹽的敏感性。在生理環(huán)境下，突觸前NMDA受體是在有活性的平行纖維周圍的細(xì)胞外的谷氨酸鹽的增加的情況下被激活的。陳伯成等［22］用NMDA受體抑制劑AP-5抑制LTP產(chǎn)生的同時發(fā)現(xiàn)該抑制劑同時也阻滯了一氧化氮的含量和一氧化氮合酶的活性，與未用該抑制劑時一氧化氮含量和一氧化氮合酶的活性相反。即NMDA受體介導(dǎo)可能調(diào)控了LTP中一氧化氮和一氧化氮合酶的活性，使其功能活性上調(diào)。

3.3 NMDA受體介導(dǎo)鈣離子、鉀離子通道影響LTP的機制 鈣離子在信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用，它介導(dǎo)突觸信號通道的開放以增強信息的傳遞過程。由于 NMDA受體的 NR1含有天冬酰氨，NMDAR可與其相應(yīng)的離子通道相耦連，它對于活化Ca2+的通透性具有重要作用。鈣調(diào)蛋白CaM與C端末端結(jié)合使Ca2+敏感元件靠近Ca2+內(nèi)流的通道引起通道迅速發(fā)生變化，從而保護多余的Ca2+內(nèi)流。其通道是鈣離子依賴性電壓門控通道［23，24］。

鉀通道由大多數(shù)不同種類的離子通道組成。在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，鉀通道在突觸的整合和輸出的產(chǎn)生方面起著關(guān)鍵的作用。每個小腦中間神經(jīng)元包含有許多特定的鉀離子通道，這種通道在樹突狀神經(jīng)元表面分布，而且這種特定的鉀離子通道不僅僅在小腦中存在，而且也廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。分布在神經(jīng)元細(xì)胞膜表面的高密度的鉀通道還具有雙向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。當(dāng)小腦處于缺血狀態(tài)時，ATP供能的缺失導(dǎo)致鈉鉀泵受抑制，也是鉀離子反泵入細(xì)胞內(nèi)(鉀子應(yīng)釋放出細(xì)胞外)的結(jié)果。NMDA受體的激活不僅引起離子通透性的增加，還可導(dǎo)致劑量依賴性花生四烯酸的釋放，花生四烯酸作為第二信使調(diào)控著神經(jīng)元的活性，其大量釋放，引起更進一步的生化過程，從而對 NMDA受體激活性損傷產(chǎn)生放大作用［25］。

突觸傳遞中的長時程增強依賴于NMDA受體，但星形膠質(zhì)細(xì)胞通過釋放鈣依賴性的NMDA受體拮抗劑D-絲氨酸來調(diào)控它們的活性［26］。在NMDA受體激活之后海馬神經(jīng)元需要鐵來產(chǎn)生由RyR(ryanodine receptor)調(diào)控的鈣信號，這種信號激發(fā)ERK1/2的活性，這一過程是持續(xù)LTP的關(guān)鍵一步［27］。在LTP中還涉及神經(jīng)黏附分子的上調(diào)。高頻刺激誘導(dǎo)突觸長時程增強需要蛋白激酶A和蛋白激酶C的突觸后活性的參與。和谷氨酸能長時程增強作用一樣，鈣非通透性AMPA受體也是把信號傳遞給CA3和CA1錐體細(xì)胞［28］。

3.4 NDMA受體介導(dǎo)LTP的其他影響因素 LTP的產(chǎn)生和維持涉及一系列以功能上調(diào)為特征的神經(jīng)變化過程，如遞質(zhì)釋放增加、受體上調(diào)、基因轉(zhuǎn)錄增加，新蛋白合成，突觸聯(lián)系加強等啟動信號分子功能上調(diào)、蛋白合成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。另一方面在LTP功能上調(diào)的同時也存著功能下調(diào)的過程以啟動以蛋白酶激活為標(biāo)記的蛋白水解的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。如給予強直刺激后海馬CA1區(qū)23S蛋白酶復(fù)合體酶活性在LTP早期升高，維持1 h后又恢復(fù)至正常水平。

NMDA受體對突觸可塑性的作用隨著年齡而減退，并且這種減退被認(rèn)為是記憶短缺的結(jié)果。細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的與衰老相關(guān)的轉(zhuǎn)變通過鈣依賴性蛋白激酶Ⅱ影響著NMDA受體減退的過程。鈣依賴性蛋白激酶Ⅱ的氧化在衰老，NMDA受體減退過程中和改變突觸的可塑性中存在著一定的聯(lián)系［29］。

4 展望

NMDA受體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)受體，在神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育、突觸的可塑性、突觸傳遞、興奮性毒性及記憶方面所起的至關(guān)重要的作用日益受到人們的重視。但其在海馬學(xué)習(xí)記憶機制中的作用還有待進一步的研究。目前多方面的因素都影響著NMDA受體對海馬突觸傳遞特別是長時程增強的作用，更深入地了解NMDA受體作用于海馬突觸傳遞的機制，可能為臨床治療腦缺血再灌注損傷及其愈后的腦功能恢復(fù)提供新的思路。

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