朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽421000）

谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用機制研究進展

朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽421000）

γ氨基丁酸； 谷氨酸類； 黒質(zhì)； 神經(jīng)元； 帕金森病/病因?qū)W； 綜述

帕金森病是中老年人常見的神經(jīng)退行性疾病，其病理表現(xiàn)為中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的變性、缺失，殘存的神經(jīng)元以α-突觸共核蛋白（α-synuclein）主要成分嗜酸性包涵體-路易小體（LD）存在。帕金森病的發(fā)病機制復(fù)雜，目前認為是在環(huán)境因素及衰老的共同作用下，通過氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白酶體功能紊亂、免疫炎性反應(yīng)、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、興奮性毒性、細胞凋亡等機制導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元大量變性、丟失，造成紋狀體內(nèi)多巴胺和乙酰膽堿2種遞質(zhì)的平衡失調(diào)而發(fā)病。而多巴胺神經(jīng)元在興奮性谷氨酸（Glu）和抑制性γ-氨基丁酸（GABA）系統(tǒng)之間得到控制，這些系統(tǒng)之間的不平衡可能會導(dǎo)致興奮性毒性和多巴胺能細胞死亡。本文就Glu、GABA在帕金森病中作用的可能機制作一綜述。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，突觸傳遞最重要的方式就是神經(jīng)化學(xué)傳遞。神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前膜釋放后與突觸后膜受體結(jié)合，產(chǎn)生突觸去極化電位或超極化電位，導(dǎo)致突觸后神經(jīng)興奮性增高或降低。腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)分為4類，即生物原胺類、氨基酸類、肽類、其他類。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)包括：Glu、GABA、甘氨酸（Gly）、天門冬氨酸（Asp）。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)廣泛存在于哺乳動物的腦組織內(nèi)，能夠維持哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)電生理平衡，與維持腦的正常功能有著重要關(guān)系。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)分為興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)和抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)，Glu、Asp為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA、Gly為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)含量的改變與神經(jīng)退行性變、腦損傷、學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)。其中，Glu和GABA參與帕金森病的發(fā)病過程。

1 Glu及谷氨酸受體

Glu是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)含量最高、作用最廣泛的興奮性氨基酸，主要集中在前腦，從新皮質(zhì)到后腦逐漸減少。在興奮性突觸，Glu是儲存在囊泡中，可以釋放于突觸前神經(jīng)元、突觸后神經(jīng)元，以及神經(jīng)膠質(zhì)細胞，特別是星形膠質(zhì)細胞。細胞內(nèi)的Glu相對不活躍，其濃度比細胞外高10 000倍，由于細胞外Glu濃度調(diào)控，使Glu保持在一定的范圍內(nèi)。星形膠質(zhì)細胞可調(diào)控大部分的細胞外谷氨酸，其通過命名為興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白（EAATs）的高親和力的蛋白載體促進Glu的吸收，以及通過Glu的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為無活性的代謝物谷氨酰胺[1]。Glu本身是無毒的，但可通過刺激黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中Glu受體亞型的表達，調(diào)節(jié)多巴胺的活性和釋放而發(fā)揮毒性作用[2-3]。Glu受體可分為兩大類：將陽離子離子通道受體稱為離子型受體；與G蛋白受體，稱為代謝型受體。

1.1 離子型谷氨酸受體 Glu能激活3種離子型受體，其均是四聚或五聚型蛋白質(zhì)，包括N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptors，NMDAs）、α-氨基-3-羥-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors，AMPARs）、紅藻氨酸受體。離子通道受體由不同的基因編碼不同的亞基組成。

NMDA受體是家族的離子型谷氨酸受體（iGluRs）和配體門控離子通道受體復(fù)合物，由Gly結(jié)合GluN1和GluN3亞基（Glun3a～b）和Glu結(jié)合GluN2亞基（GluN 2a～d）組成的四聚體結(jié)構(gòu)[4]。與其他配體門控陽離子通道相比，NMDA受體有不同的特點，比如同時結(jié)合Glu和Gly共同激動劑的能力，細胞外Mg2+通道電壓依賴性阻滯，以及具有高滲透性 Na+、Ca2+和 K+離子[5-6]。這些受體可滲透正離子，特別是Ca2+，它們有突觸和突觸外位點。有研究表明，根據(jù)其不同的亞基組成，NMDA受體介導(dǎo)的毒性不是突觸受體興奮性毒性，而是突觸外受體興奮性毒性[7]。而Zhou等[8]最近證實，選擇性激活突觸外NMDA受體不導(dǎo)致初級神經(jīng)元毒性，表明興奮性發(fā)病過程依賴突觸和突觸外NMDA受體共同激活持續(xù)的時間。

AMPA受體有4個亞基，分別為GluA1、GluA2、Glu-A3、GluA4，目前已被克隆。AMPA受體是一個由對稱的二聚體GluA2，或GluA1、GluA3、GluA4組成的四聚體結(jié)構(gòu)[9]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的AMPA受體主要滲透了Na+和K+；Ca2+在興奮性毒性機制中的核心作用，解釋了為什么AMPA受體扮演一個小角色。

紅藻氨酸受體的分子克隆已經(jīng)確定了5個亞基：GluK1、GluK2、GluK3、GluK4和GluK5。相比于NMDA和AMPA受體，目前對紅藻氨酸受體功能的了解仍很有限。紅藻氨酸受體相關(guān)的離子通道是可滲透的Na+和K+，低滲透鈣[10]。大腦中紅藻氨酸受體分布于海馬、杏仁核、大腦皮層、小腦和蒼白球。突觸后紅藻氨酸受體介導(dǎo)突觸傳遞，而突觸前紅藻氨酸受體調(diào)節(jié)各突觸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，從而影響短期和長期的可塑性[10]。

1.2 代謝性谷氨酸受體（mGluRs） mGluRs通過環(huán)核苷酸或磷酸肌醇代謝激活細胞內(nèi)第二信使通路。活化的親代謝型谷氨酸能通過細胞膜上G蛋白亞基的釋放改變離子通道的功能。目前已經(jīng)確定了8個不同代謝型谷氨酸受體亞型：mGluR1～mGluR8。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和生理活動的基礎(chǔ)分為三組：Ⅰ組（mGluR1和mGluR5）、Ⅱ組（mGluR2和 mGluR3）和Ⅲ組（mGluR4、mGluR6、mGluR7、mGluR8）。刺激組mGluRs激活酶磷脂酶C，導(dǎo)致三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油的形成，IP3通過刺激鈣從細胞內(nèi)釋放，增加胞漿鈣濃度，而二酰甘油作為蛋白激酶C的活化輔助因子。一項來自Ⅰ組代謝型谷氨酸受體在帕金森病發(fā)病的研究表明mGluR5拮抗劑可改善帕金森病動物模型的行為[11]，并對1-甲基4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)帕金森病動物的神經(jīng)毒性起保護作用[12]。小鼠缺乏mGluR5受體也顯示減少MPTP毒性[13]。Ⅱ組和Ⅲ組mGluRs負耦合腺苷酸環(huán)化酶激活，阻止環(huán)磷酸腺苷ATP的形成。Ⅱ組和Ⅲ組mGluRs主要參與突觸前抑制。最近有研究報道，在帕金森病的早期階段，第3組mGluRs廣譜拮抗劑ACPT-I全身用藥，產(chǎn)生抗帕金森病效果的作用主要在丘腦底核而不是蒼白球的水平[14]。而有研究表明，第Ⅲ組mGluRs的激活可調(diào)節(jié)正常和帕金森病大鼠蒼白球神經(jīng)元的活動[15]。

1.3 Glu在帕金森病中的興奮性毒性作用 在帕金森病中，過多的Glu能輸入到基底神經(jīng)節(jié)的不同腦區(qū)導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路的多巴胺能神經(jīng)元變性。過度激活NMDA受體參與了帕金森病的病理生理，高濃度谷氨酸能神經(jīng)元有神經(jīng)毒性[16]。NMDA受體的過度刺激，大量的胞外鈣內(nèi)流，激活鈣依賴性酶參與蛋白質(zhì)、核酸和磷脂的分解代謝及NO的合成[17]。這種Ca2+內(nèi)流引起的細胞死亡是由于細胞膜破裂，細胞骨架的改變，并沒有衍生自由基[18]。為了調(diào)查慢性治療MPTP誘導(dǎo)的Glu代謝受阻，Meredith等[19]評估黑質(zhì)細胞外Glu水平，發(fā)現(xiàn)在MPTP/丙磺舒治療的小鼠與對照組動物相比Glu含量有顯著增加。左旋多巴替代多巴胺引起的細胞外Glu顯著減少，可能是通過一個負反饋抑制Glu能輸入到黑質(zhì)。Meredith等[19]用D-天冬氨酸進行吸收實驗證明，中腦谷氨酸轉(zhuǎn)運體的表達和功能可能有助于提高突觸Glu水平。

多巴胺能神經(jīng)元NMDA受體的發(fā)現(xiàn)，成為開發(fā)新藥預(yù)防或治療帕金森病的重要目標。因此，谷氨酸受體拮抗劑，尤其是NMDA受體拮抗劑，已被證明成功地發(fā)揮保護作用[18]。在嚙齒類動物中，低劑量的NMDA受體拮抗劑MK-801可以改善多巴胺耗竭引起的運動障礙，低劑量的NMDA受體拮抗劑也與多巴胺能藥物有協(xié)同作用[17]。此外，金剛烷胺通過NMDA受體非競爭性地拮抗帕金森效應(yīng)[20]。mGlu2/3受體激動劑治療被證明能減輕MPTP誘導(dǎo)的小鼠多巴胺能神經(jīng)元變性[21]。

2 GABA及其受體

在動物體內(nèi)，GABA幾乎只存在于神經(jīng)組織中，主要貯存于灰質(zhì)，特別是紋狀體、黑質(zhì)、小腦的齒狀核等處，免疫學(xué)研究表明，其濃度最高的區(qū)域為大腦中黑質(zhì)。GABA屬強神經(jīng)抑制性氨基酸，由谷氨酸脫羧酶脫羧作用下脫羧而成，作用于動物細胞中的GABA受體。與神經(jīng)遞質(zhì)GABA結(jié)合的受體主要有兩類：GABAA受體和GABAB受體。GABAA受體屬于配體門控離子通道超家族，由5個亞基圍繞1個中心氯離子通道構(gòu)成多聚跨膜受體。GABAA受體是一個氯離子通道，GABA的抑制性或興奮性是依賴于細胞膜內(nèi)外的氯離子濃度的，GABAA受體被激活后，導(dǎo)致氯離子通道開放，能增加細胞膜對氯離子通透性，使氯離子流入神經(jīng)細胞內(nèi)，引起細胞膜超極化，抑制神經(jīng)元細胞激動，從而減少動物的運動量。GABAB受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族，是促代謝型跨膜受體，通過G蛋白與鉀通道相關(guān)[22]。GABA有鎮(zhèn)靜神經(jīng)、抗焦慮、降低血壓、降低血氨、提高腦活力、促進乙醇代謝、防止皮膚老化、消除體臭、改善脂質(zhì)代謝、防止動脈硬化等作用。

2.2 GABA在帕金森病發(fā)病中的抑制作用 基底節(jié)內(nèi)非多巴胺遞質(zhì)通路中除丘腦底核到蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部為谷氨酸能興奮性投射外，其余均為GABA能抑制性投射。帕金森病狀態(tài)下，黑質(zhì)網(wǎng)狀部多巴胺神經(jīng)元減少使蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部傳出沖動增加，尤其是丘腦底核到蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部興奮性通路活動的增強可能是蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部傳出沖動增加的主要原因，而蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部至丘腦的沖動為抑制性的GABA通路，最終導(dǎo)致丘腦皮層通路被過度抑制，從而出現(xiàn)一系列帕金森病癥狀[23]。GABA能調(diào)控黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元活性，在帕金森病臨終患者基底神經(jīng)節(jié)觀察到GABA和GABA合成酶谷氨酸脫羧酶（GAD）的丟失[24]。5-羥色胺和GABA隨著骨髓細胞注入6-OHDA誘導(dǎo)的大鼠能對抗氧化應(yīng)激介導(dǎo)的神經(jīng)損傷[25]。GABAB受體激動劑巴氯芬通過調(diào)節(jié)GABA能通路抑制神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激，防止MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性[26]。

3 結(jié) 語

興奮性元和抑制性GABA系統(tǒng)之間的不平衡，導(dǎo)致黑質(zhì)致密部神經(jīng)興奮性毒性和多巴胺能神經(jīng)元死亡，是帕金森病發(fā)病的作用機制之一。因此，Glu和GABA在帕金森病的作用可能有助于開發(fā)更有效的神經(jīng)保護治療藥物，有助于改善患者的生活質(zhì)量。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.21.019

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1009-5519（2015）21-3259-03

2015-07-10）

朱燚（1988-）女，湖南株洲人，碩士研究生，主要從事內(nèi)科醫(yī)師工作；E-mail：411471084@qq.com。

武衡（E-mail：wh720108@sina.com）。