張 帥 艾 靜

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室，哈爾濱，150086，中國(guó)

谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，由突觸前神經(jīng)元合成和儲(chǔ)存，在神經(jīng)沖動(dòng)刺激下釋放入突觸間隙，與突觸后膜上的谷氨酸受體結(jié)合并發(fā)揮功能［1］。谷氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)，主要參與神經(jīng)突觸可塑性形成及學(xué)習(xí)與記憶的形成過(guò)程［2-3］。

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病，起病隱匿，病程呈慢性進(jìn)行性，是老年期癡呆中最常見的一種類型［4-5］。AD的臨床特征是記憶力進(jìn)行性減退，認(rèn)知功能障礙，行為活動(dòng)異常等［4］，其病理學(xué)特征是在患者大腦皮質(zhì)，海馬和某些皮質(zhì)下神經(jīng)核團(tuán)形成老年斑，神經(jīng)元纖維纏結(jié)，顆?？张葑冃院虷irano小體［6］。由于AD的發(fā)病機(jī)制尚不十分清楚，目前沒有有效的預(yù)防和根治方法。細(xì)胞外谷氨酸濃度的改變與認(rèn)知障礙密切相關(guān)，谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)突觸傳遞過(guò)程在AD中也顯著受累［7-8］。因此，本文主要論述谷氨酸功能異常在AD中的作用，為AD治療藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和新藥研究提供借鑒。

1 谷氨酸合成，釋放及重吸收功能與AD

1.1 谷氨酸合成，釋放及重吸收的生理過(guò)程

動(dòng)物體內(nèi)谷氨酸的來(lái)源有兩種，一種源于葡萄糖代謝：葡萄糖經(jīng)無(wú)氧糖酵解生成丙酮酸，之后丙酮酸進(jìn)入線粒體經(jīng)氧化脫羧生成乙酰輔酶A并進(jìn)入三羧酸循環(huán)，經(jīng)一系列步驟合成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的作用下產(chǎn)生谷氨酸，這類谷氨酸被認(rèn)為主要起代謝作用，與蛋白質(zhì)的合成等相關(guān)；第二種來(lái)源的谷氨酸則主要作為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)存在，通過(guò)谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)由谷氨酰胺通過(guò)谷氨酰胺酶催化脫氨基形成［9］，谷氨酰胺酶由于可以被磷酸鹽刺激激活而被稱為磷酸活化谷氨酰胺酶（phosphate activated glutaminase，PAG），催化谷氨酰胺水解生成谷氨酸和氨［10］。合成的谷氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（vesicular glutamate transporters，VGLUTs）以ATP依賴的方式攝取并濃縮于突觸小泡中［11］。成熟的突觸前末端由三個(gè)突觸小泡池組成，通常稱為預(yù)備釋放池（readily releasable pool，RRP），循環(huán)池（recycling pool）和儲(chǔ)存池（reserve pool，RP）。RRP中囊泡在受到刺激后立即可用，RP則被定義為突觸小泡的儲(chǔ)存室（占全部小泡80%～90%），突觸小泡從這里的釋放需要由強(qiáng)烈刺激引發(fā)，循環(huán)池小泡占全部小泡的5%～20%，以適度刺激可釋放［12］。

谷氨酸從突觸前釋放至突觸間隙是一個(gè)鈣離子依賴性的過(guò)程［13］，當(dāng)突觸前神經(jīng)元興奮時(shí)，動(dòng)作電位沿軸突傳遞到突觸前膜使突觸前膜發(fā)生去極化，引起突觸前膜電壓依賴性Ca2+通道開放，Ca2+內(nèi)流，Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，激活鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ），使突觸蛋白Ⅰ（synapsinⅠ）磷酸化，突觸囊泡從細(xì)胞骨架上游離出來(lái)。存在于突觸囊泡膜上的小突觸泡蛋白（synaptobriven）與存在于突觸前膜上的突觸融合蛋白（syntaxin）和SNAP-25合稱為SNARE復(fù)合物，SNARE復(fù)合物向活化區(qū)募集Ca2+通道，然后經(jīng)Rab3A蛋白促進(jìn)突觸小泡與突觸前膜融合［14-15］。SNARE復(fù)合物的裝配也會(huì)促進(jìn)Ca2+的內(nèi)流并增加融合孔的開放率，此外，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）可以通過(guò)TrkB/Src/PLC-γ1通路促進(jìn)synapsinⅠ和β-連環(huán)蛋白（β-catenin）磷酸化來(lái)促進(jìn)突觸小泡錨定并增加谷氨酸的量子化釋放［16-18］。

發(fā)揮作用后，突觸間隙的谷氨酸會(huì)被迅速去除，以防止興奮性毒性的發(fā)生［19］。谷氨酸重吸收的方式有兩種：一種是被突觸前末端再攝取，另一種是在突觸間隙擴(kuò)散并被膠質(zhì)細(xì)胞攝?。?0］，后者主要依賴于星形膠質(zhì)細(xì)胞上興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（excitatory amino acid transporters，EAATs）的轉(zhuǎn)運(yùn)［21-22］，被星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取的谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０凡⒈贿\(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外間隙，谷氨酰胺被神經(jīng)元攝取并重新轉(zhuǎn)化為谷氨酸［23］，然后經(jīng)VGLUT濃縮到突觸前膜的囊泡中等待釋放［24］（Fig.1）。

1.2 谷氨酸合成，釋放及重吸收功能異常與AD

從正常認(rèn)知發(fā)展到認(rèn)知功能障礙甚至AD的疾病進(jìn)程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中谷氨酸的水平會(huì)呈現(xiàn)波動(dòng)變化。研究表明谷氨酸功能異常的出現(xiàn)可能先于認(rèn)知障礙的發(fā)生［25-26］。通過(guò)對(duì)APP/PS1小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，在未出現(xiàn)顯著認(rèn)知功能障礙之前（2～4月），小鼠海馬CA1區(qū)谷氨酸功能便出現(xiàn)異常［25］。雖然2～4月齡APP/PS1小鼠腦中谷氨酸基礎(chǔ)水平未出現(xiàn)改變，但鉀離子誘導(dǎo)的谷氨酸釋放顯著增加，谷氨酸回收率也明顯增加，膠質(zhì)細(xì)胞功能標(biāo)記物肌醇（myo-inositol，mIn）上調(diào)，這些改變被認(rèn)為是腦內(nèi)的一種代償性機(jī)制［26］，而CA3及DG區(qū)未出現(xiàn)此種改變。隨著年齡的增加，5～8月APP/PS1小鼠腦內(nèi)谷氨酸基礎(chǔ)水平已經(jīng)出現(xiàn)明顯的年齡依賴性下降，鉀離子誘發(fā)谷氨酸釋放水平的升高與小鼠空間記憶呈負(fù)相關(guān)［26］。在體及海馬腦片研究發(fā)現(xiàn)，低濃度（0.01及0.10 μmol·L-1）的Aβ可以促進(jìn)海馬CA1谷氨酸釋放，而持續(xù)增加Aβ濃度后這種刺激作用會(huì)減弱［27-28］。這提示，在認(rèn)知功能障礙出現(xiàn)之前，低濃度的Aβ可能已經(jīng)誘發(fā)谷氨酸釋放增多。由于研究手段的限制，無(wú)法直接向臨床患者大腦輸送鉀離子來(lái)刺激谷氨酸釋放，但是臨床研究發(fā)現(xiàn)，腦脊液Aβ42陽(yáng)性的健康老年人，膠質(zhì)細(xì)胞功能標(biāo)記物mIn的表達(dá)量明顯高于腦脊液Aβ42陰性健康老年人［29］，這說(shuō)明Aβ42的表達(dá)可能是導(dǎo)致膠質(zhì)細(xì)胞功能增強(qiáng)的原因之一。對(duì)APP轉(zhuǎn)基因鼠的研究也發(fā)現(xiàn)，8月齡小鼠未檢測(cè)到膠質(zhì)化和老年斑形成，TBOA抑制谷氨酸重吸收實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)皮層谷氨酸重吸收活力增強(qiáng)，細(xì)胞外谷氨酸濃度下降。18月齡APP轉(zhuǎn)基因小鼠大腦出現(xiàn)老年斑形成和膠質(zhì)化現(xiàn)象，皮層中膠質(zhì)細(xì)胞重吸收功能相關(guān)的高親和力谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1（glutamate transporter 1，GLT1）顯著下降，皮層細(xì)胞外谷氨酸濃度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)［30］。這些研究提示，在發(fā)生明顯的認(rèn)知功能障礙之前，有可能存在一個(gè)漫長(zhǎng)的認(rèn)知損傷階段，并且在這一階段，谷氨酸的誘發(fā)釋放增多，膠質(zhì)細(xì)胞功能增強(qiáng)。

進(jìn)入輕度認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI）階段后，AD病理改變加重，臨床研究發(fā)現(xiàn)，MCI患者腦內(nèi)谷氨酸水平與對(duì)照組無(wú)異或僅有輕微下降，而AD患者腦內(nèi)谷氨酸水平顯著下降［31-32］。對(duì)正常年老者，MCI及AD患者進(jìn)行大腦基因表達(dá)譜研究顯示，MCI患者的內(nèi)嗅皮層、海馬、額上回、中央后回四個(gè)腦區(qū)中的突觸囊泡和釋放相關(guān)蛋白的表達(dá)是升高的。臨床前AD患者僅在老年斑組織處出現(xiàn)VGLUT1的表達(dá)明顯下降，在無(wú)老年斑處沒有出現(xiàn)VGLUT1的表達(dá)下降，12月齡APP/PS1小鼠的無(wú)老年斑腦區(qū)甚至出現(xiàn)VGLUT1的表達(dá)升高，而AD患者腦組織中不論是老年斑組織還是老年斑周圍及無(wú)老年斑組織處均呈現(xiàn)出谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體VGLUT1的表達(dá)下降［33］。對(duì)CD1小鼠的研究也發(fā)現(xiàn)，12月小鼠出現(xiàn)認(rèn)知功能下降（水迷宮），背側(cè)海馬中SNAP25及Munc18-1的表達(dá)量明顯上升［34-35］。這些證據(jù)提示一種MCI狀態(tài)下谷氨酸釋放增多的現(xiàn)象，而當(dāng)疾病進(jìn)展至AD階段后，這些遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白表達(dá)會(huì)進(jìn)入下降階段［36］。復(fù)雜的是，不同腦區(qū)在疾病進(jìn)程中的損傷并非同步，例如后扣帶回作為一個(gè)AD疾病進(jìn)程中較早損傷的腦區(qū)，在MCI階段突觸前蛋白synapsin-1及synaptophysin的表達(dá)就已經(jīng)出現(xiàn)顯著的下降［37］。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)在AD患者腦內(nèi)，促進(jìn)谷氨酸合成的兩種酶類，谷氨酰胺酶和谷氨酰胺合成酶的表達(dá)均顯著下降［38-39］，說(shuō)明AD患者谷氨酸合成能力減弱，而AD動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，在AD早期，谷氨酰胺合成酶的表達(dá)并沒有明顯受累［40］。

Fig.1 Process of glutamate synthesis，release and reuptake

由此可見，雖然在疾病向MCI和AD進(jìn)展的過(guò)程中，大腦中谷氨酸的總量呈現(xiàn)出逐漸降低的變化趨勢(shì)，但是在MCI階段，谷氨酸的釋放可能是增加的，因?yàn)楸姸嗌窠?jīng)遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白的表達(dá)量是升高的，而此時(shí)膠質(zhì)細(xì)胞的功能增強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸濃度不變或略有減少。當(dāng)疾病進(jìn)展至AD階段以后，遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白減少，然而胞外Aβ可以增加囊泡釋放的幾率，谷氨酸引起的突觸活動(dòng)亦可以通過(guò)增加α-分泌酶向β-分泌酶的轉(zhuǎn)變從而增加胞外Aβ濃度?？扇苄訟β寡聚體在突觸損傷和神經(jīng)退行性變的發(fā)生機(jī)制中起重要的作用［36］，高水平的Aβ寡聚體可以使谷氨酸釋放概率增加并阻滯神經(jīng)元在突觸間隙對(duì)谷氨酸的重吸收，其可能的機(jī)制是還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶產(chǎn)生的活性氧和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物造成的氧化性損傷抑制了谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，使谷氨酸水平升高，增多的谷氨酸一部分可以激活N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic，NMDA）受體，隨后使受體的敏感性降低，一部分可以發(fā)生外溢并激活突觸外的富含NR2B亞基的NMDA受體。NMDA受體被過(guò)度激活后可誘導(dǎo)大量Ca2+內(nèi)流，使線粒體Ca2+超載，細(xì)胞膜去極化而造成神經(jīng)元功能障礙和細(xì)胞死亡［41］。

根據(jù)以上研究，在患者出現(xiàn)認(rèn)知功能損傷之前，神經(jīng)系統(tǒng)已出現(xiàn)功能異常，谷氨酸釋放增加，膠質(zhì)細(xì)胞功能增強(qiáng)，谷氨酸回收代償性增加以減弱由谷氨酸釋放增加帶來(lái)的損傷。隨著疾病進(jìn)展，細(xì)胞外谷氨酸濃度下降，患者出現(xiàn)臨床癥狀。至AD階段，雖然腦內(nèi)谷氨酸含量下降，卻在Aβ的作用下過(guò)度釋放，間隙谷氨酸濃度升高，產(chǎn)生谷氨酸興奮性毒性。但是在AD最初階段究竟是神經(jīng)元損傷導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞代償活動(dòng)增加，還是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活動(dòng)增強(qiáng)誘發(fā)神經(jīng)元代償性釋放谷氨酸增多其實(shí)還并不清楚，有待更多的研究證實(shí)。

2 谷氨酸的突觸后功能與AD

2.1 谷氨酸的生理功能

作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，谷氨酸需作用于突觸后谷氨酸受體發(fā)揮功能。谷氨酸受體包括離子型和代謝型受體，離子型谷氨酸受體主要包括三類：NMDA受體，AMPA（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid）受體和KA（kainic acid）受體；代謝型谷氨酸受體（metabotropic glutamte receptor，mGluRs）系屬G蛋白耦聯(lián)受體。三種離子型受體結(jié)構(gòu)組成的不同之處在于：NMDA受體主要含有七種亞基，包括一個(gè)NR1亞基，四個(gè)NR2亞基（NR2A，NR2B，NR2C和NR2D）以及兩個(gè)NR3亞基（NR3A，NR3B）［42-43］，其中NR1為功能性亞基。NMDA受體在海馬，丘腦和皮質(zhì)中含量較多，其中在海馬CA1區(qū)含量最多，而在基底節(jié)，小腦和脊髓中表達(dá)相對(duì)較少［44］；AMPA受體包含GluR1-4亞基；KA受體包含GluR5-7及KR1-2亞基。谷氨酸受體在突觸前，突觸后神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，谷氨酸在學(xué)習(xí)與記憶中的重要作用也通過(guò)其受體而發(fā)揮。

學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)是突觸可塑性，而NMDA受體是經(jīng)典的與學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)的受體。NMDA受體的主要特點(diǎn)是其電壓與配體雙重門控性，在突觸后膜去極化后，Mg2+與通道解離的同時(shí)谷氨酸與受體結(jié)合導(dǎo)致通道開放，一部分Ca2+通過(guò)NMDA受體耦聯(lián)的Ca2+通道內(nèi)流，一部分Ca2+通過(guò)電壓門控的Ca2+通道內(nèi)流，還有一部分Ca2+通過(guò)胞內(nèi)釋放從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入胞漿［45］，內(nèi)流的Ca2+作為第二信使激活突觸后神經(jīng)元內(nèi)各類激酶（CaMKⅡ、蛋白激酶C、蛋白激酶A、CAMKⅣ等），誘發(fā)并維持長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long term potentiation，LTP）［46］。

LTP的形成不僅依賴于NMDA受體，AMPA受體和KA受體也發(fā)揮了重要作用［47］。谷氨酸同時(shí)作用于NMDA，AMPA及KA受體，但由于NMDA受體受Mg2+阻滯作用而處于非活化狀態(tài)，只有當(dāng)AMPA受體被激活后，Na+內(nèi)流導(dǎo)致突觸后膜發(fā)生去極化，NMDA受體才能被激活并介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流［48］。除離子型谷氨酸受體外，mGluRs在學(xué)習(xí)與記憶的形成過(guò)程中也發(fā)揮重要作用，mGluRs屬于G蛋白耦聯(lián)受體超家族［49］。mGluRs在長(zhǎng)時(shí)程抑制（long term depression，LTD）中的作用尤為重要，突觸傳遞中的LTD可由低頻刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生，且LTD的維持依賴于NMDA受體和mGluRs的作用。但是也有研究表明，阻斷NMDA受體并不會(huì)影響LTD的產(chǎn)生，而同時(shí)應(yīng)用mGluRs的拮抗劑則阻斷LTD的產(chǎn)生，說(shuō)明mGluRs功能對(duì)LTD的誘導(dǎo)至關(guān)重要［50］。谷氨酸及其受體基本功能以及其在海馬及皮層局部環(huán)路中的作用已經(jīng)研究的相當(dāng)深入，目前的研究發(fā)現(xiàn)，許多大腦遠(yuǎn)程投射纖維也可以共釋放或調(diào)節(jié)谷氨酸功能［51-52］，而這一部分谷氨酸功能調(diào)控還需更多探討。

2.2 突觸后谷氨酸功能異常與AD

作為AD主要的病理改變，Aβ的沉積對(duì)谷氨酸介導(dǎo)的突觸可塑性有顯著影響。在體及離體研究表明，可溶性Aβ寡聚體可以抑制LTP的形成，而易化LTD的產(chǎn)生［53-54］。作為參與突觸可塑性形成的重要環(huán)節(jié)，NMDAR、AMPAR以及mGluRs功能均有可能受到Aβ的調(diào)節(jié)。APP轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究表明，LTP的損傷在Aβ斑塊形成之前便已出現(xiàn)［55-56］，向大鼠腦內(nèi)注射可溶性Aβ寡聚體也可以特異性的損傷海馬LTP及大鼠認(rèn)知功能［57-58］，這一點(diǎn)與突觸前損傷是相對(duì)應(yīng)的?？茖W(xué)家們?cè)?jīng)指出，在神經(jīng)元出現(xiàn)丟失之前，突觸功能的損傷是導(dǎo)致認(rèn)知功能損害的主要原因［59］。對(duì)AD患者大腦的研究發(fā)現(xiàn)，AMPA受體結(jié)合位點(diǎn)顯著減少［60-61］，說(shuō)明AMPA受體的表達(dá)量可能出現(xiàn)減少。在體及離體研究發(fā)現(xiàn)，Aβ的暴露會(huì)導(dǎo)致Caspase活性增強(qiáng)以及AMPA受體亞基的裂解。然而Caspase活性的增強(qiáng)并沒有引起NMDA受體亞基的裂解［62］。因此在AD早期，Aβ的升高引發(fā)的AMPA受體裂解作用可能參與了突觸傳遞障礙的過(guò)程中。而谷氨酸受體間的這種差異性調(diào)控可以成為日后藥物研發(fā)過(guò)程中特別關(guān)注的問(wèn)題。

除與AMPA受體相互作用外，Aβ與NMDA受體之間的關(guān)系似乎更為復(fù)雜，有研究指出，在AD起始階段，Aβ的升高可能減少膜表面NMDA受體的表達(dá)量［63］。NMDA受體與突觸后密度蛋白PSD95結(jié)合形成的復(fù)合體就是Aβ介導(dǎo)其突觸后毒性作用的方式之一［64］，Aβ可以通過(guò)STEP61（striatal-enriched protein tyrosine phosphatase 61）促進(jìn)GLUN2B亞基Tyr1472位點(diǎn)的去磷酸化［65］，介導(dǎo)NMDAR內(nèi)化。可溶性Aβ寡聚體還可以通過(guò)作用于EphB2受體蛋白（ephrin type-B receptor 2），破壞NMDA受體的完整性，從而影響學(xué)習(xí)與記憶功能［66］。

然而復(fù)雜的還不僅于此，離體向海馬神經(jīng)元直接給予Aβ后，AMPA電流受到抑制，而NMDA電流卻顯著增強(qiáng)［67］，而NMDA受體的激活還可以促進(jìn)α分泌酶向β-分泌酶的轉(zhuǎn)變，從而增加Aβ的生成［68］，由此形成一種惡性循環(huán)。除此以外，可溶性Aβ寡聚體導(dǎo)致的含GluN2B亞基的NMDA受體介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流增加，還會(huì)激活下游信號(hào)通路如Rap-p38-MAPK、蛋白磷酸酶PP1、calcineurin。PP1可通過(guò)脫磷酸化激活GSK3β，同時(shí)影響Caspase-Akt通路，促進(jìn)AMPA受體內(nèi)化［69-71］。Calcineurin的激活則抑制AMPA受體ser-845位點(diǎn)磷酸化，促進(jìn)AMPAR內(nèi)化作用［72］。除促進(jìn)AMPAR內(nèi)化外，Aβ還可以通過(guò)引發(fā)關(guān)鍵激酶CAMKII的錯(cuò)誤分布抑制AMPA受體的磷酸化和膜錨定過(guò)程［53］。mGLURs可與朊蛋白（prion protein）功能介導(dǎo)Aβ細(xì)胞內(nèi)毒性作用［73-74］。在mGLURs介導(dǎo)的LTD過(guò)程中，AMPA受體的內(nèi)化作用也受到STEP61的調(diào)節(jié)［75］。如此一來(lái)，Aβ通過(guò)促進(jìn)AMPA受體內(nèi)化和抑制其膜轉(zhuǎn)移過(guò)程，減少膜AMPAR，抑制LTP及易化LTD的形成（Fig.2）。雖然Aβ與谷氨酸受體之間的相互作用關(guān)系已經(jīng)研究的比較明確，但是值得注意的是，這些研究大多使用Aβ相關(guān)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。然而對(duì)于臨床前患者或者血管性癡呆疾患，Aβ沉積并不是其疾病發(fā)生的始動(dòng)因素，因此對(duì)于AD發(fā)病早期谷氨酸功能的變化研究，還需要進(jìn)一步細(xì)化。

Tau蛋白過(guò)度磷酸化引發(fā)神經(jīng)纖維纏結(jié)是AD發(fā)病的另一重要假說(shuō)［76］。Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，其功能主要為穩(wěn)定微管及調(diào)節(jié)軸突運(yùn)輸。有研究表明，tau蛋白過(guò)度磷酸化對(duì)谷氨酸功能的損害作用主要體現(xiàn)在其可以介導(dǎo)Aβ的毒性作用［77-78］，而tau蛋白敲除則可以減輕Aβ毒性作用［79-80］。此外，近年來(lái)AD炎癥反應(yīng)假說(shuō)的研究受到研究者們的廣泛重視［81-83］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中炎癥反應(yīng)的主要參與者是小膠質(zhì)細(xì)胞。目前，小膠質(zhì)細(xì)胞與Aβ之間的調(diào)控關(guān)系比較多見［84-85］。但事實(shí)上，NMDA受體也表達(dá)與小膠質(zhì)細(xì)胞上，但是其功能并不清楚［86］。在未來(lái)的研究中，谷氨酸功能與小膠質(zhì)細(xì)胞之間的直接調(diào)控關(guān)系也是可以關(guān)注的方向之一。

3 谷氨酸通路中可能的AD治療靶點(diǎn)

大腦中含有豐富的谷氨酸，但只有小部分的谷氨酸存在于細(xì)胞外。細(xì)胞內(nèi)谷氨酸不具有興奮性毒性，但是細(xì)胞外的谷氨酸被認(rèn)為可以引發(fā)興奮性毒性作用。根據(jù)大腦的能量需求和供應(yīng)情況，谷氨酸不斷從細(xì)胞中釋放，又不斷從細(xì)胞外空間中清除，使細(xì)胞外谷氨酸嚴(yán)格控制在低濃度。近年來(lái)，研究者們對(duì)于抑制腦內(nèi)谷氨酸興奮性毒性作用的潛在新型治療方法產(chǎn)生較大的興趣，各種治療方案的核心在于將細(xì)胞外谷氨酸維持在合理的濃度范圍內(nèi)（Fig.3）。

由于細(xì)胞外谷氨酸濃度在AD發(fā)展不同階段的波動(dòng)變化，不同腦區(qū)在AD進(jìn)程中退化程度也有所不同，針對(duì)谷氨酸通路的藥物研發(fā)和使用會(huì)因其不同的波動(dòng)狀態(tài)而顯得非常困難。僅予促進(jìn)或抑制谷氨酸釋放的藥物也許并不能有效的緩解癥狀反而有可能對(duì)疾病的發(fā)展不利。柳葉刀雜志委員會(huì)也曾建議研究者“攻克AD重在預(yù)防”，如果能將AD治療時(shí)間窗提前至認(rèn)知功能異常之前，將事半功倍。但是在認(rèn)知障礙出現(xiàn)之前谷氨酸誘發(fā)釋放增多的機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。在病人出現(xiàn)認(rèn)知障礙之前，可通過(guò)調(diào)節(jié)谷氨酸釋放而避免進(jìn)入認(rèn)知障礙階段，可能的方案包括抑制遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白如SNARE復(fù)合物，synaptotagmin的功能［87-88］。我們還可以屏蔽Aβ對(duì)于谷氨酸釋放的增強(qiáng)作用，例如屏蔽Aβ與α7煙堿受體的作用位點(diǎn)［89-90］。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ可以通過(guò)α7煙堿受體調(diào)節(jié)谷氨酸釋放［91-92］，Aβ還可以通過(guò)α7煙堿受體刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放過(guò)量的谷氨酸。這樣一來(lái)，通過(guò)調(diào)節(jié)Aβ與α7煙堿受體之間的相互作用也許可以達(dá)到間接調(diào)節(jié)突觸間隙谷氨酸濃度的作用。除此以外，在MCI階段，通過(guò)抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞功能，減少對(duì)谷氨酸的重吸收作用，增加細(xì)胞外谷氨酸濃度，也是一個(gè)可以嘗試的方案。也有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)五羥色胺受體如5-HT6受體可以調(diào)控多種神經(jīng)遞質(zhì)功能，如乙酰膽堿、谷氨酸、多巴胺等［93］。

Fig.2 Interaction between Aβ and glutamate receptors (NMDARs, AMPARs and mGluRs)

當(dāng)疾病進(jìn)展至AD以后，谷氨酸循環(huán)障礙更為顯著。針對(duì)谷氨酸功能的AD治療藥物目前只有非競(jìng)爭(zhēng)性NMDA受體拮抗劑美金剛。NMDA受體具有較強(qiáng)的電壓依賴性，這使得美金剛在阻止病理性Ca2+內(nèi)流和突觸后神經(jīng)元的氧化應(yīng)激效應(yīng)的同時(shí)還能夠保持較強(qiáng)的生理信號(hào)傳遞的能力。目前，美金剛已被證明還可以保護(hù)神經(jīng)元免受線粒體毒性和缺氧的損害作用［94-95］。此外，研究發(fā)現(xiàn)美金剛在AD的臨床前階段也可以發(fā)揮有益作用。長(zhǎng)期給予美金剛可以使Aβ斑塊的沉積顯著降低，突觸密度升高并使退行性軸突減少［96］。這說(shuō)明美金剛不但可以改善AD臨床前階段的記憶衰退，而且可以緩解晚期老年癡呆中的認(rèn)知缺陷［97］。近期研究發(fā)現(xiàn)，NMDA受體拮抗劑Radiprodil也可以逆轉(zhuǎn)Aβ對(duì)LTP的損傷［98］。STEP61的小分子抑制劑TC-2153可抑制AMPA受體內(nèi)化有效逆轉(zhuǎn)AD小鼠的認(rèn)知功能損傷［99］，恢復(fù)EphB2表達(dá)也可以有效恢復(fù)AD小鼠的認(rèn)知功能［100］。谷氨酸調(diào)節(jié)因子riluzole可以逆轉(zhuǎn)衰老和AD基因表達(dá)譜［101］，mGluR Ⅱ拮抗劑可以緩解AD動(dòng)物記憶損傷及焦慮情緒［102］。近年來(lái)非編碼RNA研究領(lǐng)域發(fā)展迅速，長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA），小RNA（miRNA）［103］，環(huán)狀RNA（circRNAs），都具有多靶點(diǎn)調(diào)控的功能特點(diǎn)［104］，也許未來(lái)以非編碼RNA為基礎(chǔ)的藥物會(huì)進(jìn)入我們的視線。

谷氨酸與受體結(jié)合后會(huì)立即被清除或重吸收以維持突觸間隙中谷氨酸的低濃度，有研究顯示在AD中EAAT的活動(dòng)受到抑制，導(dǎo)致谷氨酸清除減少，谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體受到Aβ的損傷，這是由于Aβ可以產(chǎn)生4-羥基-2-壬烯醛抑制EAAT的活動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸清除障礙［105］，使其在突觸間隙堆積引起興奮性毒性，因此在AD階段調(diào)節(jié)EAAT的活性，同時(shí)抑制膠質(zhì)細(xì)胞釋放谷氨酸也可能成為有效的治療手段［106-107］。

除以上的方案以外，考慮到Aβ沉積和tau蛋白磷酸化的影響，可以采用特異性抗體進(jìn)行治療，但是曾被寄予厚望的Solanezumab臨床試驗(yàn)效果并不理想［108］。2002年至2012年間，有244種化合物先后進(jìn)入AD治療臨床試驗(yàn)，但僅美金剛獲得FDA批準(zhǔn)［109］。目前，Aβ抗體、β和γ分泌酶抑制劑的臨床試驗(yàn)紛紛失敗，糾其原因可能是由于干預(yù)的時(shí)間點(diǎn)過(guò)晚，Aβ斑塊已經(jīng)形成，若能在斑塊形成之前給予干預(yù)，避免斑塊形成而誘發(fā)神經(jīng)損傷，或許會(huì)得到更為理想的治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，在AD早期，Aβ抗體可有效緩解AMPA受體功能損傷及細(xì)胞骨架完整性受損［110］。最近，抗β-淀粉樣原纖維抗體BAN2401在一項(xiàng)2期臨床試驗(yàn)中，取得了積極的頂線成果，在預(yù)先設(shè)定的臨床終點(diǎn)上（18個(gè)月），顯著延緩了AD的進(jìn)展評(píng)分，也減少了大腦中淀粉樣蛋白的積聚［111-112］，為以Aβ為靶點(diǎn)的AD藥物治療帶來(lái)了新的希望。另外，光遺傳學(xué)的發(fā)展也為谷氨酸功能的精準(zhǔn)調(diào)控以及神經(jīng)環(huán)路調(diào)控提供了新的契機(jī)［51，113］。

4 展望與小結(jié)

雖然大量的研究為我們提供了眾多的藥物靶點(diǎn)，但是在針對(duì)谷氨酸通路的藥物研發(fā)中有一些重要的問(wèn)題是不容忽視的。例如，遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白不僅僅涉及谷氨酸釋放，還參與GABA，多巴胺，腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放［114-117］。如果簡(jiǎn)單抑制遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白的表達(dá)，對(duì)于情緒的影響是無(wú)法預(yù)測(cè)的，對(duì)于神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)類藥物的研發(fā)，以及靶點(diǎn)的選擇有賴于科學(xué)家們對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)間相互調(diào)控關(guān)系更為深入的理解。另外，從MCI進(jìn)展至AD階段，細(xì)胞外谷氨酸濃度會(huì)經(jīng)由先降低后升高的過(guò)程，這使得調(diào)節(jié)谷氨酸重吸收功能的時(shí)間點(diǎn)比較難以把控，需要依賴于精準(zhǔn)的診斷技術(shù)。最后，突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，單一因素的調(diào)控也許并不能幫助我們達(dá)到理想的治療效果，因此尋求可以多靶點(diǎn)調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)合成、釋放或重吸收功能模塊的潛在藥物也許有重要的意義。

谷氨酸能神經(jīng)傳遞的調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜而微妙的平衡過(guò)程，谷氨酸功能亢進(jìn)或減弱都會(huì)引起神經(jīng)元功能障礙甚至癡呆發(fā)生，因此了解谷氨酸通路在癡呆進(jìn)程中的病理變化過(guò)程對(duì)于預(yù)防和治療阿爾茨海默病大有裨益。