劉忠玲,張義群,姚美英,于 維

（1.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院科研部，吉林 長春130033；2.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院手外科,吉林 長春130033）

神經(jīng)遞質(zhì)是一類由神經(jīng)末梢釋放的特殊化學物質(zhì)，其通過作用于支配的神經(jīng)元或效應(yīng)細胞膜上的受體傳遞神經(jīng)軸突內(nèi)的化學信號，進而介導(dǎo)機體的生理功能和病理變化［1］。傳統(tǒng)理論認為：哺乳動物的中樞神經(jīng)再生僅發(fā)生于胚胎期和出生后早期，成年后中樞神經(jīng)不再具備再生能力。但現(xiàn)代研究［2］顯示：部分成年哺乳動物的的海馬和嗅球等在整個成年生長期中樞神經(jīng)可持續(xù)再生。作為神經(jīng)元間信息傳遞的重要物質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)按照化學結(jié)構(gòu)可分為膽堿類、氨基酸類、單胺類和肽類等幾大類，其中膽堿類神經(jīng)遞質(zhì)中最經(jīng)典的是乙酰膽堿（acetylcholine，Ach），氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)可分為興奮性和抑制性氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)，前者主要包括谷氨酸（glutamate，Glu）和天冬氨酸（aspartic acid，Asp），后者主要包括?；撬?、甘氨酸（glycine，Gly）和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）等；單胺類神經(jīng)遞質(zhì)主要包括多巴胺（dopamine，DA）、去甲腎上腺素（noradrenaline，NA）和5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等；常見的肽類神經(jīng)遞質(zhì)包括內(nèi)源性阿片肽和P物質(zhì)（substance P，SP）等。上述神經(jīng)遞質(zhì)在維持機體狀態(tài)的同時，也影響著脊髓損傷后的神經(jīng)再生。脊髓損傷后神經(jīng)遞質(zhì)的表達呈現(xiàn)出復(fù)雜性、持續(xù)性和連鎖反應(yīng)性等特點，其相互協(xié)同或拮抗地參與了整個神經(jīng)軸突再生的過程。

神經(jīng)損傷后神經(jīng)遞質(zhì)的成分和含量都可發(fā)生明顯變化，作為損傷的信號可引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)一系列的繼發(fā)性級聯(lián)反應(yīng)［3］。目前研究［4］表明：神經(jīng)遞質(zhì)對神經(jīng)損傷后的再生過程有重要影響，在脊髓神經(jīng)損傷急性期，DA、5-HT和NA等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)和Ach含量異常升高，提示神經(jīng)遞質(zhì)作為應(yīng)激信號激發(fā)了機體對神經(jīng)損傷的應(yīng)激反應(yīng)，并調(diào)控了隨后的神經(jīng)細胞變性和壞死過程。目前大多研究集中于一種或一類神經(jīng)遞質(zhì)的研究和分析，尚無系統(tǒng)性綜述回顧不同種類神經(jīng)遞質(zhì)在脊髓損傷后的影響和作用機制。現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻，總結(jié)神經(jīng)遞質(zhì)在脊髓損傷后的含量變化及其在不同階段參與神經(jīng)再生的過程，分析其對神經(jīng)再生的影響，旨在為神經(jīng)損傷再生機理的進一步研究提供理論依據(jù)，為研究神經(jīng)再生障礙的潛在治療策略提供新的思路。

1 膽堿類神經(jīng)遞質(zhì)參與脊髓神經(jīng)損傷后再生過程的作用及其機制

Ach的化學名稱為（2-乙酰氧基乙基）三甲基銨，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)最重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，既往研究［5］顯示：Ach廣泛參與了神經(jīng)細胞的發(fā)育和神經(jīng)損傷后的再生過程。脊髓中廣泛存在膽堿能神經(jīng)元，脊髓前角的α和γ運動神經(jīng)元都屬于膽堿能神經(jīng)元，而分布于脊髓后角的膽堿能神經(jīng)元與疼痛等感覺信號的傳輸和調(diào)節(jié)有密切關(guān)聯(lián)。當脊髓神經(jīng)損傷后，Ach大量釋放后迅速下降，其早期釋放的程度與損傷程度呈正相關(guān)關(guān)系。有研究［6-7］表明：早期過度釋放的Ach是加重神經(jīng)繼發(fā)性損害的原因之一，其急劇升高的程度與預(yù)后呈負相關(guān)關(guān)系；而在神經(jīng)恢復(fù)期Ach的表達可以對神經(jīng)元起到重要的保護作用以及促神經(jīng)再生。Ach是在膽堿能神經(jīng)元興奮后由突觸前膜以胞吐的形式釋放，再通過與細胞膜上的膽堿能受體結(jié)合，引起細胞去極化，完成神經(jīng)沖動，最終引起肌肉收縮。Ach受體可以分為兩大類，一類是煙堿型膽堿能受體（N-AchR），為離子通道型的快興奮型受體，廣泛分布于脊髓神經(jīng)元胞體和樹突等結(jié)構(gòu)（神經(jīng)型N1-AchR）和神經(jīng)肌肉接頭處的突觸后膜（肌肉型N2-AchR）；N-AchR介導(dǎo)了Ach對脊髓運動神經(jīng)元的興奮作用，在脊髓損傷后的運動功能重建中扮演著重要角色。另一類是毒蕈堿型膽堿能受體，為G蛋白偶聯(lián)型的慢興奮型受體，其興奮后通過N-甲基-D-天 冬 氨 酸（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA）和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙 酸 受 體 （α-amino-3-hydroxy-5-methl-4-isoxazolepropionic acid，AMPA）等途徑激活神經(jīng)型興奮性氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)的細胞毒作用［8］。脊髓損傷后，局部的神經(jīng)元及其軸突發(fā)生廣泛的華勒變性，Ach大量釋放，活化的Ach通過激活巨噬細胞和中性粒細胞等炎性細胞，介導(dǎo)損傷區(qū)域內(nèi)的炎癥反應(yīng)，從而加重了脊髓損傷后的繼發(fā)性損害；而神經(jīng)肌肉接頭處的運動終板結(jié)構(gòu)崩解，骨骼肌功能異常，骨骼肌突觸后膜處的N2-AchR水平異常上調(diào)，表明發(fā)生各亞型的異化重構(gòu)，加重神經(jīng)肌肉功能紊亂。當神經(jīng)損傷經(jīng)過了急性期，Ach的釋放則有利于局部膠質(zhì)碎片的清除和誘導(dǎo)神經(jīng)再生信號蛋白的聚集，增加神經(jīng)功能突觸可塑性，因此通過抑制急性炎癥期Ach過度釋放和提高神經(jīng)恢復(fù)期Ach水平已成為提高脊髓神經(jīng)再生效果的主要治療策略之一［9］。

2 單胺類神經(jīng)遞質(zhì)參與脊髓神經(jīng)損傷后再生過程的作用及其機制

單胺類神經(jīng)遞質(zhì)是中樞神經(jīng)遞質(zhì)，主要包括兒茶酚胺和吲哚胺兩類，其中就脊髓而言，包括DA、NA和吲哚胺（主要是5-HT）。

2.1 DA DA是中樞神經(jīng)重要的神經(jīng)遞質(zhì)，其化學名稱4-（2-氨基乙基）-1，2-苯二酚。1958年瑞典學者首次確定了DA具有神經(jīng)遞質(zhì)的功能，尤其在興奮傳導(dǎo)方面作用尤為明顯。DA在DA神經(jīng)元中合成，并釋放到突觸間隙，通過特異性激活位于突觸后膜上的DA受體發(fā)揮作用。早期在動物模型實驗中，通過注射外源性6-羥基多巴胺，可以影響神經(jīng)損傷和再生過程，在神經(jīng)損傷后早期小膠質(zhì)細胞大量積聚情況下，仍可發(fā)現(xiàn)DA神經(jīng)纖維再生［10］。傳統(tǒng)觀念認為，神經(jīng)系統(tǒng)中DA能神經(jīng)元僅存在于腦組織中，脊髓中的DA則是由腦組織分泌。近年來的研究［11-12］顯示：脊髓中也存在DA能神經(jīng)元，且脊髓損傷后DA能神經(jīng)元參與了神經(jīng)再生的調(diào)控和靶器官的功能重建。在脊髓損傷的動物模型中，相應(yīng)脊髓節(jié)段內(nèi)的DA釋放量增多，其相應(yīng)的DA 1受體（DA 1 receptor，DA 1R）水平亦明顯升高，以便維持神經(jīng)元狀態(tài)與功能，進而通過激活節(jié)律運動的控制裝置—中樞模式發(fā)生器達到肢體運動節(jié)律功能的恢復(fù)；同時，有學者［11］在此基礎(chǔ)上通過持續(xù)注射DA的前體物質(zhì)-左旋多巴胺，早期即能觀察到運動單位的恢復(fù)，從而提高了肢體運動功能的恢復(fù)效果。在非脊椎動物的運動節(jié)律實驗中，阻斷DA的合成能干擾果蠅的飛行運動［12］。肢體節(jié)律運動支配的具體機制可能是由于DA 1R通過G蛋白偶聯(lián)受體活化激活腺苷酸環(huán)化酶，增強了AMPA通道活性，使突觸后膜AMPA通道表達時限延長；另外，DA 1R還可磷酸化NMDA離子通道，進而增加興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的傳輸而起到保護神經(jīng)元延遲性死亡和繼發(fā)性損害的作用。

2.25 -HT5-HT是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，1948年美國RAPPORT等［13］通過純化分離牛血清得到一種血清素即為5-HT，可引起血管收縮。脊髓內(nèi)的5-HT主要來源于大腦的中縫核團和延髓尾端，5-HT對于脊髓損傷后肌肉痙攣調(diào)控和運動功能的恢復(fù)具有重要意義［14-15］，主要通過與其受體相結(jié)合而發(fā)揮相應(yīng)作用。有研究［16-17］表明：在脊髓損傷后可通過激活5-HT 1A受體（5-HT 1A receptor，5-HT 1AR）和5-HT 2受 體（5-HT 2 receptor，5-HT 2R）產(chǎn)生持續(xù)性內(nèi)向電流，從而增加脊髓運動神經(jīng)元前突觸的興奮性，進而產(chǎn)生自發(fā)性的肌肉痙攣。進一步的實驗研究［18-19］顯示：脊 髓 完 全橫斷后脊髓灰質(zhì)內(nèi)5-HT 1AR表達明顯升高，通過外源性應(yīng)用5-HT及其激動劑可以激活腰脊髓中樞模式發(fā)生器 （central pattern generator，CPG），從而調(diào)節(jié)肢體的運動節(jié)律和恢復(fù)效果，其機制可能是脊髓運動神經(jīng)元內(nèi)5-HT 1AR活化后可抑制K+離子樣的TWIK相關(guān)的酸敏感鉀離子通道（TWIK-related acid-sensitive K channel，TASK）產(chǎn)生去極化并增加輸入電阻，也能夠抑制鈣離子（Ca2+）活化的鉀離子（K+）通道產(chǎn)生后超級化，通過上述途徑增加細胞的興奮性，進而起到減少神經(jīng)元繼發(fā)性損害的作用。研究［20-21］顯示：在脊髓損傷模型中，5-HT能纖維可作為脊髓損傷后的再生指標，其依據(jù)為5-HT的神經(jīng)元在中縫大核內(nèi)作用下行纖維形成下行抑制系統(tǒng)。

2.3 NANA是一種腎上腺素去掉N-甲基后形成的兒茶酚胺類結(jié)構(gòu)物質(zhì)，主要由交感節(jié)后神經(jīng)元和腦內(nèi)腎上腺素能神經(jīng)末梢合成和分泌［22］。哺乳動物脊髓內(nèi)廣泛存在去NA能神經(jīng)纖維，脊髓損傷后可激活NA受體1編碼基因上調(diào)［23］，進而導(dǎo)致NA水平升高，使交感NA能神經(jīng)系統(tǒng)活動增強，并且激活了脊髓前角運動神經(jīng)元，進而對脊髓損傷后運動功能的恢復(fù)進行調(diào)控。有研究者［24］利用NA特異性的標志酶多巴胺β羥化酶對脊髓損傷后相應(yīng)節(jié)段NA的水平進行檢測并分析發(fā)現(xiàn)：脊髓損傷后相應(yīng)節(jié)段NA的合成和釋放明顯增加，可能是由于損傷早期NA參與了機體對損傷性刺激的應(yīng)激反應(yīng)，以及參與了機體心血管功能和神經(jīng)系統(tǒng)的自主功能的調(diào)控；脊髓損傷后期NA能神經(jīng)元的增加和NA含量的升高，可能是由非NA能神經(jīng)元轉(zhuǎn)化而來，進而對脊髓損傷后的運動神經(jīng)系統(tǒng)的重塑功能進行調(diào)控，最終促進了肢體運動功能的康復(fù)。

3 氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)參與脊髓神經(jīng)損傷后再生過程的作用及其機制

氨基酸在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有雙重作用，既是中間代謝產(chǎn)物，又是神經(jīng)遞質(zhì)。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)分成兩大類：具有興奮作用的Glu和Asp及具有抑制作用的GABA和Gly等。神經(jīng)系統(tǒng)損傷后興奮性和抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的失衡學說是神經(jīng)系統(tǒng)損傷的重要機制之一。正常生理條件下，興奮性氨基酸和抑制性氨基酸都存儲于神經(jīng)末梢的囊泡中，當神經(jīng)沖動到達突觸末端時存儲的神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙，與突觸后受體結(jié)合，完成化學信號的傳遞。當脊髓神經(jīng)損傷時，興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)增高，抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)降低，二者的動態(tài)平衡被破壞，進而會啟動一系列神經(jīng)損傷，最終導(dǎo)致神經(jīng)細胞的死亡。

3.1 興奮性神經(jīng)遞質(zhì)在脊髓神經(jīng)損傷后的變化及在神經(jīng)再生中的調(diào)控作用Glu是一類酸性氨基酸，化學名稱為2-氨基戊二酸，與Asp［化學名稱：L-（+）-氨基丁二酸］均是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有興奮作用神經(jīng)遞質(zhì)，并且是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)含量最高、分布最廣泛氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)。興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)水平升高引起的興奮毒性效應(yīng)是脊髓損傷后神經(jīng)元變性壞死的重要機制之一［25］，多年來以Glu為代表的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)對神經(jīng)系統(tǒng)損傷的作用及機制一直備受關(guān)注。近年來研究［26］顯示：Glu在脊髓損傷后的興奮毒性作用主要表現(xiàn)在兩方面，一是Glu含量增加后其NMDA受體和AMPA受體過度表達，介導(dǎo)神經(jīng)細胞通透性急性增加，鈉離子（Na+）和氯離子（Cl－）被動內(nèi)流，神經(jīng)細胞毒性水腫；二是損傷后數(shù)小時至數(shù)日內(nèi)產(chǎn)生Glu受體過度興奮，使細胞外液中Ca2+大量內(nèi)流引起細胞內(nèi)Ca2+超載，進而激活大量的蛋白酶，不僅加速磷脂酶降解和蛋白質(zhì)溶解，導(dǎo)致細胞蛋白結(jié)構(gòu)破壞，而且抑制線粒體功能，加速能量代謝障礙，最終使神經(jīng)元產(chǎn)生興奮毒性而死亡。

3.2抑制性神經(jīng)遞質(zhì)在脊髓神經(jīng)損傷后的變化及在神經(jīng)再生中的調(diào)控作用GABA化學名稱為4-氨基丁酸，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，介導(dǎo)30%～40%中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的功能，對神經(jīng)元的活動具有較強的抑制作用。脊髓中GABA在后角的灰質(zhì)濃度最高，其次是前角灰質(zhì)內(nèi)。GABA主要通過結(jié)合突觸前膜或突觸后膜上的GABA受體發(fā)揮其抑制性作用。GABA受體主要包括GABA A型和B型（GABAA和GABAB）受體，其中GABAA受體是氯離子通道門控受體，在脊髓的神經(jīng)元中有表達，GABAA受體可以增加細胞膜對Cl－的通透性，使Cl－內(nèi)流，引起突觸后神經(jīng)元超極化［27-28］，從而保護了神經(jīng)元。GABAB型受體則通過激活膜上G蛋白抑制Ca2+內(nèi)流，可對興奮性神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生抑制效應(yīng)［29］。脊髓神經(jīng)損傷后，GABA介導(dǎo)的抑制性功能失調(diào)。侯潤宇等［30］通過免疫熒光染色測定脊髓損傷后Glu和GABA受體神經(jīng)元個數(shù)及表達量，結(jié)果顯示均明顯降低；通過電刺激等手段進一步研究顯示：GABA介導(dǎo)的抑制性突觸傳遞則是步行活動中肌肉協(xié)調(diào)、控制速度和節(jié)律性的關(guān)鍵。此外，脊髓損傷后GABA可由抑制性作用轉(zhuǎn)化為興奮性作用，導(dǎo)致中樞神經(jīng)敏化的形成，同時這種情況與膜蛋白氯鉀協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2（K+-Cl－-cotransporter 2，KCC2）減少有關(guān)。生理情況下，神經(jīng)元通過KCC2可以保持細胞內(nèi)低氯離子濃度。當GABAA和Gly受體門控Cl－通道開放時，細胞外Cl－內(nèi)流，Cl－平衡電位發(fā)生超極化，從而發(fā)揮抑制神經(jīng)元的作用［31］。然而在病理狀態(tài)下，KCC2低水平表達，導(dǎo)致神經(jīng)元保持高Cl－濃度，此時GABAA受體調(diào)控的是去極化作用，因而起到興奮神經(jīng)元的作用［32］。因此，脊髓損傷后GABA神經(jīng)元的死亡、GABA合成酶表達減少和GABA功能轉(zhuǎn)變等導(dǎo)致細胞外GABA含量減少，其對興奮毒性作用拮抗不足，從而導(dǎo)致運動神經(jīng)元“去抑制”，進而出現(xiàn)神經(jīng)的持續(xù)性放電，導(dǎo)致肌肉出現(xiàn)痙攣狀態(tài)，呈現(xiàn)出硬癱為主的截癱特點。

Gly也稱氨基乙酸，在脊髓中主要為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，以Gly為遞質(zhì)的突觸主要存在于脊髓中［33］。Gly對神經(jīng)系統(tǒng)的作用有爭議，一部分學者［34］認為其具有保護作用，當Gly升高時，可激活其受體-Cl－選擇性跨膜通道，引起Cl－通道的開放，而后引起神經(jīng)元超極化，阻止由興奮性遞質(zhì)而引起的神經(jīng)元去極。而另有研究者［35-36］則認為Gly有雙相調(diào)節(jié)作用：Gly是導(dǎo)致NMDA受體Ca2+通道開放的輔助因子，當Gly和Glu同時作用于NMDA受體時，Ca2+通道大量開放，導(dǎo)致大量Ca2+內(nèi)流而損害神經(jīng)元，因此Gly被認為與Glu具有協(xié)同的毒性作用。

4 肽類神經(jīng)遞質(zhì)參與脊髓神經(jīng)損傷后再生過程的作用及其機制

肽類神經(jīng)遞質(zhì)是一類分子較小的肽且具有神經(jīng)活性，主要包括阿片樣肽和SP等。

內(nèi)源性阿片肽是一類神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)中。既往研究［37］表明：內(nèi)源性阿片肽參與脊髓損傷后的病理生理變化。作為一種損害性因子，內(nèi)源性阿片肽參與了脊髓損傷后的繼發(fā)性損害，其中以強啡肽A（dynorphin A，DynA）的作用最明顯。脊髓損傷后，相應(yīng)節(jié)段的DynA含量持續(xù)增高，而且DynA增高的程度與脊髓損傷后功能預(yù)后呈負相關(guān)關(guān)系。當應(yīng)用阿片受體拮抗劑后，脊髓損傷后神經(jīng)功能有所改善，其機制可能是：當脊髓損傷后，DynA可通過促進興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，并激活NMDA受體，引發(fā)細胞內(nèi)Ca2+超載，從而加重神經(jīng)元的興奮性神經(jīng)毒作用，引起神經(jīng)元的死亡［38］。

SP是一種主要的興奮性遞質(zhì)，屬于速激肽家族，是一個由11個氨基酸組成的多肽。SP在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)均有表達，廣泛參與痛覺傳遞、肌肉收縮、炎性調(diào)節(jié)和免疫應(yīng)答等過程［39］。SP在脊髓內(nèi)存在于中間神經(jīng)元和腦脊髓下行投射纖維末梢，當SP激活后可產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)的促傷害作用。當脊髓損傷時，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)SP含量增加，神經(jīng)纖維末端釋放SP，引起“神經(jīng)性炎癥”；在脊髓中SP的釋放可促進興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，并且通過激活神經(jīng)激肽1（neurokinin 1，NK1）受體引起神經(jīng)元細胞膜的去極化，增加神經(jīng)細胞的興奮性，從而加重興奮性神經(jīng)毒作用［40-41］。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，不同種類的神經(jīng)遞質(zhì)參與了脊髓神經(jīng)損傷后的再生過程，并在神經(jīng)再生過程中起著重要的調(diào)控作用。在脊髓神經(jīng)損傷的急性期，DA和NA升高后很快在脊髓損傷近端、損傷區(qū)和損傷遠端明顯下降，5-HT在損傷區(qū)和損傷遠端含量降低，而在損傷近端的含量則較長時間維持在高水平。其中部分神經(jīng)遞質(zhì)可以作為損傷信號激發(fā)機體對神經(jīng)損傷的應(yīng)激反應(yīng)，加速神經(jīng)的再生過程，但同時這些神經(jīng)遞質(zhì)的過度釋放又是導(dǎo)致神經(jīng)細胞繼發(fā)性損害的原因之一；在脊髓神經(jīng)再生過程中，興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的表達失衡嚴重影響著神經(jīng)再生的效果。既往研究［42-43］顯示：針對每個神經(jīng)遞質(zhì)進行相應(yīng)的干預(yù)治療，通過刺激單個神經(jīng)遞質(zhì)的分泌均有助于改善肢體運動功能的恢復(fù)，然而，神經(jīng)遞質(zhì)對神經(jīng)再生調(diào)控的具體機制仍有待于深入研究。因此，系統(tǒng)研究脊髓損傷后各個階段神經(jīng)遞質(zhì)的病理變化規(guī)律以及其參與調(diào)控神經(jīng)再生的分子機制，將有利于從神經(jīng)遞質(zhì)角度闡明中樞神經(jīng)再生障礙的機制，為臨床上突破脊髓神經(jīng)再生障礙的潛在治療策略提供一個嶄新的思路。