徐潤楠，孫立元

(桂林醫(yī)學(xué)院腦與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)重點實驗室，廣西 桂林 541199)

隨著全球人口老齡化的到來，缺血性卒中的發(fā)病率逐年增高，并已在全球范圍內(nèi)成為導(dǎo)致死亡和殘疾的主要原因。世界衛(wèi)生組織的報告顯示，腦卒中是世界范圍內(nèi)僅次于冠心病與癌癥的第三位死亡原因，每年約有580萬人因此死亡。

目前，腦缺血疾病的治療主要有血管及細胞兩種方案。溶栓是目前最常用的血管方案，也是目前公認(rèn)治療急性缺血性腦卒中最有效的方法。但溶栓治療嚴(yán)格的時間窗(<4.5 h)限制了它的廣泛應(yīng)用。發(fā)達國家溶栓成功率僅在10%左右，常用的溶栓劑t-PA，本身會導(dǎo)致凝血因子降解[1]，溶栓治療會增加患者腦出血風(fēng)險[2]。細胞方案是使用神經(jīng)保護劑來干預(yù)半暗帶區(qū)細胞死亡的通路，來提高半暗帶細胞的存活率。腦缺血后，快速耗竭的能量導(dǎo)致細胞內(nèi)外離子濃度差的失衡。下降的神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞膜電位，以及缺血區(qū)細胞外液中興奮性氨基酸，尤其是谷氨酸顯著上升，造成N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)等谷氨酸受體大量激活，引起大量的Ca2+內(nèi)流，產(chǎn)生興奮性毒性，在腦缺血和再灌注過程的各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量自由基，作用于細胞膜生成有細胞毒性作用的脂質(zhì)過氧化物等，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。因此，NMDA受體及其拮抗劑的研究，對于了解腦缺血后的病理過程以及探討腦缺血后的神經(jīng)保護方案具有重要意義。

1 NMDA受體的結(jié)構(gòu)與功能

NMDA受體是一種能與興奮性氨基酸(excitatory amino acids，EAA)中的谷氨酸結(jié)合的通道型受體，興奮性谷氨酸受體中配體門控離子通道受體的亞型。目前已知其3種亞基：NR1、NR2和NR3[3]，其中NR1作為功能部分構(gòu)成離子通道，生物體中的NR1基因只有1種，NR2具有4種亞型(NR2A-D)，其作為NMDA的調(diào)節(jié)蛋白并不獨立表達，不同亞型常與NR1共同表達于某些區(qū)域，NR3有2種亞型(NR3A、NR3B)與NR1及NR2形成異構(gòu)體發(fā)揮作用[4]，是抑制功能性NMDA受體通道開放的顯性負向家族[5]。

EAA是一類神經(jīng)遞質(zhì)，是由2個羧基和1個氨基構(gòu)成的酸性游離氨基酸。包括谷氨酸(Glu)以及天門冬氨酸(ASP)，在正常生理狀態(tài)下與受體結(jié)合產(chǎn)生興奮性突觸后電位，而Glu在CNS中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量高、分布廣、作用強，在整個CNS中表達并在突觸功能中發(fā)揮關(guān)鍵的生理作用。NMDA是其最重要、最具特點的受體之一，它特殊的門控方式使其區(qū)別于其他谷氨酸受體：NMDA既受谷氨酸遞質(zhì)門控，又受電壓門控。在處于激活態(tài)時，除對Na+、K+通透外，NMDA受體還對Ca2+具有極高的通透性。Ca2+進入樹突棘對于突觸傳遞的長期增益(LTP)和長期抑制(LTD)都是必不可少的[6]。LTP被普遍視為構(gòu)成學(xué)習(xí)與記憶基礎(chǔ)的主要分子機制之一。近年來研究還發(fā)現(xiàn)，因為與LTP的相關(guān)性，NMDA受體在慢性疼痛中也發(fā)揮重要的作用[7]。上調(diào) NR2A 亞基的表達會損傷大鼠的空間記憶[8]，NR2B 過度表達的小鼠空間記憶能力明顯增強[9]。

2 腦缺血時NMDA受體亞型的表達

腦缺血時，由于ATP供能出現(xiàn)障礙，導(dǎo)致離子泵功能減退，離子平衡被打破使得細胞膜去極化，電壓依賴性的鈣通道(VDCCs)被激活，大量Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高，突觸末梢Glu釋放。同時由于缺血缺氧導(dǎo)致的供能障礙，導(dǎo)致谷氨酸轉(zhuǎn)運體(GLT-1、GLAST、EAAT3、EAAT4、EAAT5)供能減退，谷氨酸清除能力下降。兩者共同作用導(dǎo)致谷氨酸在突觸間隙中的濃度過度升高，谷氨酸過量積聚于突觸間隙過度激活NMDA受體，導(dǎo)致Ca2+進一步積蓄，引發(fā)Ca2+超載。以往的研究顯示，腦缺血會引起不同腦區(qū)的NMDA受體表達上調(diào)[10-11]。然而也有研究顯示同側(cè)半球中MCAO 2 h顯著降低NMDA受體的NR1，NR2A和NR2B亞基的mRNA以及相應(yīng)蛋白的表達，而對于非NMDA受體的亞基則沒有，在MCAO大鼠的三種不同亞型的離子型谷氨酸受體中，NMDA受體可能會優(yōu)先響應(yīng)于缺血信號輸入而下調(diào)[12]。

2.1 NR1的表達

NR1是NMDA受體的功能亞基，大鼠胚胎發(fā)育14 d后NR1亞基mRNA開始表達，NR1基因紊亂可直接導(dǎo)致NMDA受體的功能喪失。NR1亞基存在調(diào)節(jié)Ca2+的氨基酸序列，且此序列不存在于NR2以及其他非NMDA受體亞基中[13]。并且研究發(fā)現(xiàn)NR1表達增加NMDA誘導(dǎo)的興奮性毒性[14]。NMDA受體的激活與S897位點的NR1磷酸化和去磷酸化有密切關(guān)系[15]，而在NMDA誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷中，S897位點的NR1去磷酸化，與缺血缺氧導(dǎo)致的神經(jīng)損傷結(jié)果相似[16]。有研究顯示，NR1及NR1 mRNA在大鼠海馬各區(qū)均有不同程度的表達；MCAO后NR1及NR1 mRNA的表達水平上調(diào)。而也有研究顯示，無論是腦缺血后的皮質(zhì)半暗帶，還是基底節(jié)區(qū)，NR1的表達均降低。這種差異或與模型以及檢測時間有關(guān)，有研究顯示，在CA1區(qū)，NR1 mRNA表達在缺血再灌注后顯著增加，在缺血再灌注后 24 h達到峰值，然后逐漸下降直至缺血再灌注后第7 天[17]。

2.2 NR2的表達

NR2B在腦缺血引起的神經(jīng)元損傷中起到了重要作用[18]，而NR2A在腦缺血中的作用仍存在爭議，可能與其在腦缺血過程中，既介導(dǎo)Ca2+超載的促神經(jīng)損傷通路，亦介導(dǎo)C-末端依賴的神經(jīng)保護通路有關(guān)。在腦缺血的早期，NR2A引起的神經(jīng)損傷占據(jù)主導(dǎo)地位，而后期NR2A的活性趨于正常后，又主要發(fā)揮神經(jīng)保護作用。以往的研究顯示，NR2亞基的C末端與NMDA受體信號復(fù)合物(NSC)中的PDZ結(jié)構(gòu)域蛋白之間的相互作用成為新興的治療靶點[19]。并且MCAO后3 h再灌注后，皮質(zhì)中NR2A和NR2B受體mRNA的表達上調(diào)，該作用伴隨著NR2A和NR2B免疫反應(yīng)性的增加，在再灌注的6 h，在半影中觀察到了NR2A mRNA的急劇活化，并且在再灌注的24 h恢復(fù)到了對照水平。監(jiān)測實驗大鼠血液中的NR2A自身抗體顯示其在再灌注的第5～6天可靠增加，并在實驗的第20天保持升高[20]。以往的研究顯示，NR2B蛋白的C肽末尾段可以與細胞死亡的相關(guān)蛋白激酶1(DAPK1)結(jié)合形成NR2BCT聚合物，從而使NR2B亞單位磷酸化，后者可以提高NR1/NR2B 通道的傳導(dǎo)性[21]。相關(guān)研究通過側(cè)腦室注射NR2B拮抗劑Ro25-6981干預(yù)局灶性腦缺血大鼠，結(jié)果顯示缺血2 h后給藥能夠降低局灶性腦缺血大鼠神經(jīng)缺損評分，縮小梗死體積，起到神經(jīng)保護作用[22]。

2.3 NR3的表達

NMDA型谷氨酸受體的過度活化導(dǎo)致興奮性毒性，進而導(dǎo)致中風(fēng)和神經(jīng)退行性疾病的損害。NMDA受體通常由NR1 / NR2亞基組成，但可能包含調(diào)節(jié)性NR3亞基。在包含NR3的異源表達系統(tǒng)和轉(zhuǎn)基因小鼠中，亞基可降低振幅，并顯著降低NMDA受體相關(guān)通道的Ca2+滲透性[23]。在大鼠MCAO模型中，提高NR3A的表達水平可以減輕大鼠神經(jīng)損傷，縮小梗死體積[24]。

3 展望

NMDA受體是腦缺血后谷氨酸鈣超載損傷通路的關(guān)鍵受體。其活化狀態(tài)影響著腦缺血后神經(jīng)元損傷的進展和過程，相關(guān)抑制劑的研究也一直是熱點問題。然而在臨床研究中這些藥物療效不佳，甚至有明顯的中樞毒副作用，致使患者幻覺、緊張、冷漠、記憶障礙、惡心、嘔吐等[25]。這種結(jié)果可能與以下幾個方面有關(guān)：① NMDA受體不但促進了腦缺血損傷的進展，也在腦缺血進展的某些時期起到神經(jīng)保護作用。②受體拮抗劑發(fā)揮的單一作用，這種抑制單一的神經(jīng)元死亡通路的治療手段與缺血級聯(lián)反應(yīng)的復(fù)雜性是相悖的。③非選擇性的NMDA受體拮抗劑選擇性較低，NMDA受體是神經(jīng)生理活動的重要受體，非選擇性的NMDA受體拮抗劑即便具有較為明顯的療效，其過強的毒副作用也不可忽略。因此，進一步篩選副作用較輕的NMDA受體拮抗劑，或在使用NMDA受體的同時也聯(lián)合運用改善灌注，抑制炎癥的藥物，也許能夠更好地改善患者預(yù)后。同時進一步探討選擇性NMDA受體，在腦缺血后合適的時間點選擇性抑制NMDA受體亞基，使其能夠改善缺血后神經(jīng)損傷而無明顯毒副作用，也是一種值得深入探討的選擇。