γ-氨基丁酸能系統(tǒng)在腦卒中后痙攣狀態(tài)中的研究進(jìn)展

胡延超 李瑞青 郝文雪 李靜雯 馮曉東

(1河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州 450000;2河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

腦卒中后痙攣狀態(tài)(PSS)是腦卒中后常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)功能障礙，目前臨床上尚無(wú)明確定義，較為常用的定義是Lance教授提出的：包括上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元綜合征(UMNS)在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)障礙，表現(xiàn)為牽張反射異常興奮并伴隨速度依賴(lài)，常導(dǎo)致隨意運(yùn)動(dòng)減弱或消失和姿勢(shì)異常等異常肌肉活動(dòng)〔1〕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有輕至重度腦卒中患者中，多達(dá)42.6%會(huì)發(fā)展為PSS，而中到重度運(yùn)動(dòng)障礙的慢性腦卒中患者中高達(dá)97%的患者存在肢體痙攣〔2，3〕。PSS嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的身體和心理健康，并且給社會(huì)和家庭帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)〔4〕。然而，關(guān)于PSS發(fā)病機(jī)制至今尚無(wú)明確闡釋。γ-氨基丁酸(GABA)能系統(tǒng)作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起主要抑制作用的神經(jīng)系統(tǒng)，GABA能系統(tǒng)功能失調(diào)可能引起焦慮癥、飲酒障礙、特發(fā)性失眠、癲癇及痙攣性疾病等〔5〕，在PSS的生理病理過(guò)程中GABA 能系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。GABA作為谷氨酸(Glu)的代謝產(chǎn)物，GABA能系統(tǒng)和Glu代謝系統(tǒng)相互作用，共同維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的平衡。因此，本文通過(guò)系統(tǒng)地闡述PSS發(fā)展過(guò)程中GABA能系統(tǒng)作用機(jī)制的研究進(jìn)展，為研究PSS生理病理學(xué)機(jī)制提出新的思路，并為臨床治療PSS提供重要參考依據(jù)。

1 GABA概述

GABA是中樞系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其代謝過(guò)程主要包括生成、降解及轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)部分〔6〕。GABA為Glu代謝產(chǎn)物，主要由Glu結(jié)合Glu脫羧酶(GAD)在脫羧的作用下生成，其生成過(guò)程主要在神經(jīng)元中進(jìn)行。其降解過(guò)程主要發(fā)生在線(xiàn)粒體中，GABA轉(zhuǎn)氨酶(GABA-T)將GABA去氨基降解為琥珀酸(SA)半醛(SSA)，隨后SSA脫氫酶(SSADH)將SSA氧化為SA，大部分進(jìn)入三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生α-酮戊二酸，氨基化后轉(zhuǎn)化為Glu；另一小部分SA可能在SSADH的作用下還原成γ-羥基丁酸(GHB)〔7〕。GABA的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程主要由GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體(GAT)參與其中，GAT屬于Na+、Cl-耦聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)體家族的成員，可將GABA逆化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)。GABA受體依據(jù)分子結(jié)構(gòu)和藥理學(xué)特性的差異可分為A、B、C三個(gè)亞型〔8〕。GABAA由8個(gè)亞基族中的不同亞基組成，但必須同時(shí)包含α和β兩種亞基才能表達(dá)GABAA受體的特性，屬于配體門(mén)控離子通道受體，其主要拮抗劑包括荷包牡丹堿和印防己毒素〔9〕。GABAB受體與GABAA受體不同，為G蛋白耦聯(lián)受體，具有7次跨膜結(jié)構(gòu)域，在G蛋白的調(diào)節(jié)下激活電壓依賴(lài)型Ca2+通道和內(nèi)向整流型K+通道。依據(jù)激動(dòng)劑和拮抗劑的敏感性差異，可將其分為GABAB1、GABAB2兩種亞型，GABAB1主要位于大腦皮質(zhì)，而GABAB2主要位于脊髓水平〔10〕。GABAC受體與GABAA受體相似，同屬門(mén)控離子通道受體，由Cl-通道介導(dǎo)，但其對(duì)荷包牡丹堿和氯苯氨丁酸都不敏感，且目前關(guān)于GABAC受體的研究相對(duì)較少。

皮質(zhì)興奮性反映了大腦皮層間興奮和抑制之間的平衡，Glu是皮質(zhì)中的主要興奮性物質(zhì)，而GABA是主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，Glu和GABA代謝的變化可能在控制皮層興奮性中起重要作用〔5〕。目前公認(rèn)腦缺血病理過(guò)程中可能出現(xiàn)中樞系統(tǒng)大腦皮層興奮-抑制平衡失調(diào)而引起痙攣的發(fā)生。因此，GABA能系統(tǒng)的抑制性效應(yīng)在PSS中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)增強(qiáng)GABA能系統(tǒng)的抑制作用，可能調(diào)節(jié)GABA重?cái)z取及代謝異常來(lái)保護(hù)神經(jīng)功能。但GABA 能系統(tǒng)在其代謝過(guò)程各個(gè)階段和不同受體亞型中對(duì)PSS的具體作用機(jī)制尚不明確。

2 GABA代謝過(guò)程與腦卒中后痙攣狀態(tài)的關(guān)系

在 GABA代謝過(guò)程的合成階段中，GAD是GABA合成的關(guān)鍵酶，腦內(nèi)分布與GABA相一致，故常作為GABA的標(biāo)記酶。依據(jù)其分子量的大小可將其分為GAD65和GAD67兩種分型，但其酶學(xué)特性、腦內(nèi)分布及調(diào)節(jié)方式不盡相同。GAD65主要存在于神經(jīng)末梢中，其合成GABA主要分布在突觸囊泡中，主要介導(dǎo)快速抑制性突觸傳遞；而GAD67大部分位于胞體和樹(shù)突中，其合成GABA主要存在于胞質(zhì)中。兩種形式的GAD都可合成GABA，影響GABA的生成，但GAD67優(yōu)先合成細(xì)胞質(zhì)中GABA，而GAD65優(yōu)先合成GABA可用于囊泡釋放〔11〕。有研究發(fā)現(xiàn)〔12〕，在腦缺血的病理進(jìn)程中可出現(xiàn)GAD免疫反應(yīng)的異常表達(dá)，早期可發(fā)現(xiàn)短暫性GAD免疫反應(yīng)增高，但GAD陽(yáng)性反應(yīng)隨著時(shí)間變化會(huì)逐漸降低甚至消失，表明腦缺血后病理變化可能與GAD表達(dá)降低，抑制GABA的合成有關(guān)。此外，痙攣狀態(tài)發(fā)生的可能機(jī)制之一是神經(jīng)系統(tǒng)中GABA合成減少，中樞系統(tǒng)抑制效用降低，引起脊髓神經(jīng)元的興奮性增加〔13〕。有研究表明〔14〕，通過(guò)增加GAD65的表達(dá)促進(jìn)GABA合成可有效緩解痙攣狀態(tài)，其機(jī)制可能與GAD65主要介導(dǎo)快速抑制性突觸傳遞，可有效調(diào)節(jié)突觸抑制性信號(hào)有關(guān)。然而，目前關(guān)于GAD與PSS之間的作用機(jī)制尚缺乏相關(guān)研究，GABA的合成過(guò)程與PSS的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

GABA降解是GABA代謝過(guò)程循環(huán)中的一個(gè)重要部分，而GABA-T和SSADH是GABA降解酶系中兩種關(guān)鍵酶，其代謝的異常會(huì)導(dǎo)致GABA和Glu含量的變化〔15〕。在GABA降解過(guò)程中，GABA在GABA-T和SSADH的作用下生成SA加入三羧酸循環(huán)進(jìn)而產(chǎn)生α-酮戊二酸，最終生成為GABA的前體Glu，完成GABA支路的循環(huán)，又被稱(chēng)為GABA旁路〔16〕。相關(guān)研究表明，PSS的發(fā)生與Glu和GABA的含量關(guān)系密切，在PSS患者腦脊液中可發(fā)現(xiàn)Glu含量升高及GABA含量降低〔17〕。而GABA含量的變化與GABA-T和SSADH密切相關(guān)，GABA-T受到抑制可使中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的GABA含量明顯升高〔18〕。Wang等〔19〕給予PSS患者針刺干預(yù)，發(fā)現(xiàn)可降低大腦皮質(zhì)中GABA-T的表達(dá)促進(jìn)GABA含量的提高，從而有效緩解痙攣狀態(tài)。此外，有研究〔20〕發(fā)現(xiàn)肌張力降低是GABA-T和SSADH缺乏癥患者常見(jiàn)的臨床表現(xiàn)之一，表明肌張力的變化與GABA-T和SSADH的代謝過(guò)程關(guān)系密切。毛雪蓮等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)腦卒中后肌張力升高伴隨GABA-T和SSADH表達(dá)升高，通過(guò)降低GABA-T和SSADH的表達(dá)，抑制GABA降解來(lái)增加GABA水平，從而增加GABA能系統(tǒng)的抑制作用來(lái)改善痙攣狀態(tài)。以上研究表明，PSS的發(fā)生可能是GABA-T和SSADH的代謝異常，導(dǎo)致GABA水平降低，通過(guò)改善GABA-T和SSADH的表達(dá)來(lái)提高GABA水平可能是PSS的治療機(jī)制之一。

GABA的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程主要依靠GAT進(jìn)行，GAT主要分布于突觸周?chē)ど?，在神?jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞上都可表達(dá)，可分為GAT-1、GAT-2、GAT-3和GAT-4四個(gè)亞型，其中GAT-1是最主要的GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體亞型，與GABA底物一樣分布于大部分腦區(qū)。GAT主要通過(guò)再攝取突觸間隙內(nèi)GABA，終止其突觸傳遞的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，而GAT-1在這一過(guò)程中承擔(dān)了大部分轉(zhuǎn)運(yùn)和再攝取功能〔22〕。所以，關(guān)于GABA 的神經(jīng)抑制性效用，不僅與GABA 受體含量及表達(dá)水平有關(guān)，也和GAT的表達(dá)關(guān)系密切〔23〕。研究表明〔24〕，腦缺血發(fā)生后輕度增加了GAT-1的表達(dá)，進(jìn)而影響腦區(qū)Glu-GABA平衡，致使細(xì)胞凋亡的發(fā)生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PSS病理過(guò)程中GAT-1的表達(dá)明顯升高，因此PSS的發(fā)生機(jī)制可能與GAT-1的表達(dá)異常有關(guān)〔25〕。此外，大量研究表明電針、中藥等傳統(tǒng)療法均可有效治療PSS，其機(jī)制可能是降低GAT-1的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)GABA轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中GAT的轉(zhuǎn)運(yùn)和再攝取功能，進(jìn)而改善腦卒中后神經(jīng)抑制作用〔25，26〕。因此，PSS的發(fā)生與GABA轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中GAT功能密切相關(guān)，其中主要是通過(guò)調(diào)節(jié)GAT-1的表達(dá)改善突觸間隙GABA的濃度，進(jìn)而改善GABA的神經(jīng)抑制功能。然而，目前關(guān)于GAT與PSS的研究主要集中于GAT-1這一亞型，有關(guān)其他亞型在腦卒中病理過(guò)程中的作用有待研究。

3 GABA受體與PSS的關(guān)系

現(xiàn)有研究表明，GABA與其相關(guān)受體結(jié)合是產(chǎn)生神經(jīng)抑制性作用的主要途徑，因此GABA受體的變化與大腦中樞的神經(jīng)抑制作用關(guān)系密切〔27〕。神經(jīng)系統(tǒng)中信息傳遞主要依靠突觸結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)傳遞，而GABA能系統(tǒng)中突觸抑制性信號(hào)的傳遞主要在于GABA受體的表達(dá)，腦缺血后GABA受體的表達(dá)及功能可能出現(xiàn)不同程度的下調(diào)，從而可能削弱GABA能系統(tǒng)的神經(jīng)抑制性作用〔28〕。目前關(guān)于GABA受體與PSS的研究最多的為B型受體的研究，例如臨床上較為常用的抗痙攣藥物巴氯芬，就是一種GABA衍生物，對(duì)GABAB受體具有高親和力，其機(jī)制可能與GABAB受體介導(dǎo)的G蛋白激活K+通道直接介導(dǎo)突觸后抑制有關(guān)〔29〕。有研究表明〔30〕，在PSS中GABAB1受體的表達(dá)明顯減少，而通過(guò)提高GABAB1受體的表達(dá)可促進(jìn)大腦皮質(zhì)中Glu和GABA的平衡，電針對(duì)PSS具有明顯改善。郭斌等〔31〕通過(guò)對(duì)PSS大鼠黑質(zhì)紋狀體進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)在針刺的干預(yù)作用下黑質(zhì)紋狀體中GABAB1受體表達(dá)提高而mGlu1a受體表達(dá)降低，進(jìn)一步證明了調(diào)節(jié)GABAB受體對(duì)腦區(qū)“GABA-Glu”平衡具有一定調(diào)控作用，從而緩解腦卒中后肌張力過(guò)高。與GABAB受體不同，GABAA受體屬配體門(mén)控受體，其信號(hào)傳遞可不經(jīng)第二信使系統(tǒng)直接開(kāi)啟離子通道進(jìn)行跨膜傳遞，主要介導(dǎo)快速抑制性突觸傳遞〔32〕。王彭漢等〔33〕發(fā)現(xiàn)，GABAA受體功能減弱時(shí)更容易出現(xiàn)痙攣狀態(tài)，而通過(guò)針刺和藥物的干預(yù)可提高GABAA受體的表達(dá)改善GABA的突觸抑制傳遞功能，從而緩解痙攣狀態(tài)。以上研究表明，PSS與GABA受體的表達(dá)密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)GABAA和GABAB受體的表達(dá)可有效改善腦區(qū)的興奮-抑制平衡狀態(tài)，這可能是治療PSS的機(jī)制之一，但目前關(guān)于GABAC受體的研究相對(duì)較少，有待研究。

綜上，GABA能系統(tǒng)的抑制性效用對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性與抑制性之間的穩(wěn)態(tài)平衡具有重要意義。GABA是主要的突觸前抑制媒介物，GABA能神經(jīng)元作為中間神經(jīng)元具有信息整合及信號(hào)輸出的功能，GABA能系統(tǒng)代謝異常引起高位中樞抑制系統(tǒng)失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致下級(jí)中樞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元異常興奮，可能是引起PSS的機(jī)制之一。GABA能系統(tǒng)的抑制性效用主要與其受體結(jié)合及其代謝過(guò)程關(guān)系密切，通過(guò)調(diào)節(jié)其代謝過(guò)程中合成及降解酶系等代謝酶的表達(dá)及調(diào)控GABA受體表達(dá)促進(jìn)GABA與其受體的結(jié)合，可有效促進(jìn)GABA的抑制性傳遞功能，進(jìn)而緩解PSS。由此可見(jiàn)，對(duì)于GABA能系統(tǒng)的深入研究可能發(fā)現(xiàn)PSS的病理機(jī)制及藥物、物理因子療法、針刺等干預(yù)方法緩解PSS的作用機(jī)制，為臨床治療提供新的思路和依據(jù)。