NMDA受体在癫痫发病机制中的作用*

彭毓棻， 宋 治

(中南大学湘雅三医院神经内科，湖南长沙410013)

癫痫是慢性反复发作短暂脑功能失调综合征，是神经科常见疾病之一。目前有关癫痫的发病机制尚未阐明。研究表明，癫痫的发生与兴奋性神经递质和抑制性神经递质的失衡有关［1］。谷氨酸作为一种主要的兴奋性神经递质，通过受体介导的兴奋性机制在癫痫的发生过程中具有重要作用。谷氨酸受体可以分为促离子型和促代谢型2类。促离子型受体主要包括海人藻酸(kainic acid，KA)受体、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(α-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate，AMPA)受体、L-2-氨基-4-磷酰丁酸(L-2-amino-4-phosphonobutyric acid)受体及N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体，前三者统称为非NMDA受体。NMDA受体在中枢神经系统中具有重要功能，但其过度激活可导致癫痫发生。随着研究的不断深入，NMDA受体在癫痫发生过程中发挥的作用正受到越来越多的关注，NMDA受体有望成为癫痫治疗的新靶点。本文就NMDA受体在癫痫发病机制中所发挥的作用做一综述。

1 NMDA受体的结构特点

NMDA受体是一种由不同亚基构成的异聚体复合物。其亚基包括3种:NR1、NR2和NR3，而NR2又包括 NR2A、NR2B、NR2C、NR2D 4 种亚单位，NR3则包括 NR3A和NR3B 2种亚单位。其中 NRl是NMDA受体的功能亚基，NR2、NR3是调节亚基，通过NR1亚基与不同的调节亚基结合，使NMDA受体具有不同的药理学和电生理学特性。

NMDA受体的激活条件比较特殊，其离子通道的激活需要2种不同的激动剂:谷氨酸和甘氨酸。谷氨酸的结合位点位于NR2亚基上而甘氨酸的结合位点位于 NR1亚基上，Yao等［2］的研究表明，NR3亚基对于甘氨酸具有高亲和力，证明甘氨酸也能够激活NR3受体。

2 NMDA受体的分布及在中枢神经系统中的作用

2.1 NMDA受体在中枢神经系统的分布 NMDA受体亚基在脑组织的不同部位分布密度不同，并且在不同的发育时期其分布密度具有显著差异。NR1亚基广泛分布于中枢神经系统中。NR2B亚单位广泛分布于新生儿大脑中，NR2D亚单位主要分布于新生儿脑干，并且随着生长发育过程二者含量逐渐下降。合成肽NR2A亚单位主要存在于海马和皮质上，而 NR2C亚单位在小脑含量丰富［3］。Radley等［4］通过观察NMDA受体的超微结构，发现在成人大脑中，NR2B亚单位主要存在于丘脑、杏仁核中。

NR3A mRNA在出生约1周的新生儿的大脑皮层中表达最多，然后其表达逐渐下降。Chatterton等［5］采用原位杂交和免疫组织化学方法发现:在中枢神经系统中NR3A亚单位分布广泛，而NR3B亚单位主要存在于脊髓以及脑干的运动神经元中。

2.2 NMDA受体在中枢神经系统中的作用 NMDA受体的离子通道是一种独特的双重门控通道。传统的NMDA受体是由NR1亚基以及NR2亚基构成，其对于Ca2+具有高度通透性，同时，由于对内源性通道阻断剂Mg2+有高亲和力又使其具有电压依赖阻滞特性。NMDA受体介导的细胞信号转导在神经元的生长、调节、神经元树突与轴突结构发育、突触可塑性、学习记忆等方面发挥重要作用［6］。Liu等［7］采用Western blotting方法发现在大脑皮层神经元上，位于突触上和突触外的含有NR2A亚单位的NMDA受体能够促进神经元生长，进而起到神经保护作用。

在生理情况下，突触后膜处于静息电位状态，Mg2+结合在NMDA受体通道上能够电压依耐性地阻滞Ca2+内流。NR2亚基对于Ca2+具有高度通透性，当内源性谷氨酸激活 NMDA受体后，可导致Ca2+内流，Ca2+可介导一系列细胞信号转导途径。当突触后神经元胞质Ca2+大量增加时可使突触后膜发生去极化，突触后神经元产生动作电位，导致长时程增强效应(long-term potentiation，LTP)发生，而当Ca2+少量增加则引起长时程抑制效应(long-term depression，LTD)或者逆转 LTP［8］。LTP 可使突触传递效率长时间增强，被认为是学习与记忆的功能基础，LTD则会使突触传递效率降低。在野生小鼠海马脑片上，Berberich等［9］发现采用高频刺激时，NR2A和NR2B亚单位共同参与诱导LTP效应的产生;而采用低频刺激时，NA2A或NR2B亚单位之一即可诱导产生LTP效应。

目前，有关 NR3亚基的作用尚不完全明确。NR3亚基具有更低的Ca2+通透性及Mg2+敏感性，谷氨酸不能激活NR1/NR3A或NR1/NR3B复合物，而NR3B亚单位可被丝氨酸抑制［5］。越来越多研究表明，NR3亚基具有神经保护作用。Fukumori等［10］通过对HEK293细胞进行转染，发现NR1/NR2A、NR1/NR2B复合物在激活NMDA受体离子通道后，NR3A和NR3B亚单位能够抑制Ca2+内流进入线粒体，从而减少神经元的死亡［10］。而 Nakanishi等［11］的研究表明，敲除了NR3A亚单位老鼠的神经元与正常对照组神经元相比，更容易遭受NMDA受体被过度激活后导致的兴奋性毒性损伤，而能够表达大量NR3A亚单位的转基因老鼠的神经元与对照组相比较，更少遭受兴奋性毒性损伤，进而证明内源性NR3A亚单位具有神经保护作用。

3 NMDA受体与癫痫的关系

3.1 癫痫发生后NMDA受体的变化 NMDA受体表达增多是一个重要的致痫原因。在一些病理状态下，细胞内谷氨酸含量过高，过度激活NMDA受体，内源性Mg2+的阻滞作用被解除，大量神经元的突触后膜发生同步性去极化，使得神经元出现持续性放电，并最终导致癫痫发作。在癫痫动物模型和癫痫患者脑片上，有关癫痫发生后NMDA受体变化的研究结果不尽相同。朱丽君等［12］发现腹腔注射亚惊厥剂量(35 mg/kg)戊四唑1 h后，皮层神经元NR2A亚单位含量显著上升;而注射惊厥剂量戊四氮(50 mg/kg)1 h后，皮层神经元NR2A与NR2B亚单位含量升高，而后逐渐降低直至48 h恢复正常，而NR1亚基含量无变化。但是，Auzmendi等［13］研究发现，大鼠连续4 d给予致惊厥药3-巯基丙酸(3-mercaptopropionic acid，3-MP)致反复痫性发作后，采用免疫组织化学和免疫印记方法可观察到海马齿状回和海马旁回NR2B亚单位表达明显下降，而连续7 d给予3-MP致痫后，这些区域的NR2B亚单位含量与对照组相比未见明显差异。在因皮质发育不良而导致的难治性癫痫患者脑片上，采用Western blotting方法观察发现NR2B亚单位表达明显增多，且癫痫样发作的场电位(epileptiform field potentials，EFP)重复发放次数较正常脑片增多，而EFP正是后发放的特征性表现［14］。这些研究表明不同癫痫模型上观察NR2B亚单位表达水平不同，同一癫痫模型的不同时期NR2B亚单位表达水平也不相同，提示NR2B亚单位可能通过与NMDA受体其它亚基结合，在调节不同时期癫痫活动方面发挥非常重要的作用。

3.2 NMDA受体引起的电生理变化与癫痫 NMDA受体被过度激活后，将会导致大量的Ca2+内流，使得神经元胞质内出现钙超载现象。Ca2+作为细胞信号转导的第二信使，可以激活蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)，并与钙离子决定性蛋白激酶II(calmodulin-dependent protein kinase-II，CaMK-II)结合，将Ca2+信号转导到细胞外单信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK1/ERK2)，ERK1/ERK2在相关激酶的作用下被激活，可将信号从细胞表面转导到细胞核，从而导致细胞出现兴奋毒性损伤。皮层神经元兴奋毒性损伤可导致神经元内出现一系列生化改变，进而会导致神经元死亡，而CaMK-II在这一病理过程中发挥重要作用。同时，NMDA受体过度激活会破坏线粒体膜电位，造成线粒体内超氧化物生成明显增多，线粒体出现氧化应激损伤，并最终导致神经元死亡［15］。Kambe等［16］观察到海马神经元暴露于大量谷氨酸中，神经元线粒体活性明显下降，具有免疫活性的神经元数目也明显减少，而皮层神经元免疫活性及线粒体活性却未受到明显影响，证明皮层神经元对于NMDA受体过度激活引起的细胞兴奋毒性敏感性更低，并推测引发这种现象的原因是线粒体膜电位破坏，而不是细胞内的钙超载。癫痫发作时，Ca2+升高同样也会出现在星形胶质细胞内。在4-氨基吡啶(4-aminopyridine，4-AP)引起的部分性癫痫脑片模型上，神经元兴奋性升高可以介导神经递质的释放，使得星形胶质细胞内Ca2+升高，Ca2+介导细胞内信号转导又会导致神经元出现发作性放电，最终导致癫痫发作;而癫痫发作又会促使星形胶质细胞Ca2+升高，而这种持续性Ca2+升高将使得癫痫持续发生，这就形成了神经元与星形胶质细胞的循环通路。而使用Ca2+螯合剂BAPTA抑制神经胶质细胞Ca2+浓度升高则不会出现癫痫发作［17］。这表明部分癫痫初始发作与癫痫持续都与星型胶质细胞内Ca2+升高有关。

3.3 突触后致密区(postsynaptic density，PSD)与癫痫 PSD是位于中枢神经系统突触后膜的高电子密度特化区，它的主要组成成分为谷氨酸受体及介导和调控谷氨酸信号传递的分子。PSD可以介导和调控突触信号的传递效率。突触后致密物蛋白-95(postsynaptic density protein-95，PSD-95)是从PSD中纯化鉴定出来的一种能够与NMDA受体结合的支架蛋白，其分子结构包括3个PDZ(PSD-95/Drosophila discs large/zona occludens-1)结构域、1个SH3(SRC homology 3)结构域和1个GK(guanylate kinase-like)结构域。近年来的研究表明，在癫痫发作时伴随有PSD-95表达的变化，表明PSD-95可能参与痫性发作的病理生理过程。Jiang等［18］测定了青霉素癫痫模型脑片上NMDA受体亚基及PSD-95在皮层神经元的改变，发现在癫痫发作早期，皮层神经元的PSD-95及NR2B亚单位表达显著下降。合成肽Tat-NR2B9c通过与PSD-95 PDZ1和PDZ2结构域结合后，可以减少PSD-95表达，进而干扰神经毒性信号传递。Dykstra等［19］发现在匹罗卡品癫痫模型上，在癫痫持续状态终止后3 h使用合成肽Tat-NR2B9c，神经元死亡明显减少。在癫痫发生时，PSD能够激活相关的酪氨酸激酶，进而促进NMDA受体的磷酸化，正反馈上调NMDA受体功能，从而加重细胞损伤，导致在痫性发作基础上出现继发脑损害。在癫痫持续状态下，NMDA受体磷酸化在癫痫发作终止后仍将持续几小时，并与酪氨酸激酶的激活几乎同时发生［20］。

Liu等［21］对48例难治性癫痫和8例非难治性癫痫患者脑组织进行研究发现，突触后致密物蛋白-93(postsynaptic density protein-93，PSD-93)在癫痫病人脑组织中表达增加，在难治性癫痫患者脑组织中增加尤其明显。可能机制为其PDZ结构域与NM2A和NR2B亚单位结合，可以增加二者的表达，并引起持续性突触后电流，最终导致突触后膜去极化，证明PSD93也能通过与NMDA受体亚单位结合参与癫痫的发生。

4 NMDA受体拮抗剂与癫痫的治疗

癫痫发生时NMDA受体被过度激活，因此，NMDA受体拮抗剂理论上可以用于癫痫的治疗。根据拮抗剂作用部位的不同，可将其分为3类:作用于谷氨酸或甘氨酸位点的竞争性拮抗剂、作用于细胞外位点的NMDA受体变构拮抗剂以及作用于NMDA受体离子通道的通道拮抗剂［22］。

在癫痫患者及动物模型的脑组织中可以见到海马颗粒细胞出现苔藓纤维发芽(mossy fiber sprouting)现象。Chen等［23］发现，在化学点燃和匹罗卡匹癫痫模型上，采用选择性NR2A亚单位拮抗剂可抑制癫痫起始发生及苔藓纤维发芽，而选择性NR2B亚单位拮抗剂在癫痫起始发生及苔藓纤维发芽过程中不起作用。同时NR2A亚单位拮抗剂和NR2B亚单位拮抗剂均可减少癫痫持续状态引起的神经元死亡。传统的NMDA受体拮抗剂为非选择性，它们具有明显的副作用，如可引起精神异常、运动障碍等，从而限制了其临床应用。高效的NR2B亚单位拮抗剂对于许多神经系统变性疾病和脑损伤均有保护作用，并且即使在最大使用剂量，仍然没有非选择性NMDA受体拮抗剂的那些副作用［24］，因而其临床应用最广泛。

对于慢性癫痫发作，NR2B亚单位拮抗剂与其它拮抗剂相比较也具有显著的优越性。在慢性癫痫脑片模型上，Wang等［25］比较了3种不同的NMDA受体拮抗剂对于癫痫发作、苔藓纤维发芽及神经元存活的影响。他们发现NR2B亚单位拮抗剂艾分地尔及其衍生物Ro 25 6981能够减少癫痫发放电、抑制颗粒细胞苔藓纤维发芽，同时增加脑片组织颗粒细胞层神经元存活，低亲和力非竞争性NMDA受体拮抗剂美金刚和高亲和力竞争性NMDA受体拮抗剂D-APV则会促进颗粒细胞苔藓纤维发芽，减少颗粒细胞层神经元存活，并会导致癫痫发作 。Bausch等［26］通过对体外海马癫痫模型长期给予D-APV后发现其能够提高神经元兴奋性进而增加癫痫易感性。Hellier等［27］也发现在慢性体外海人酸癫痫模型上，使用非选择性NMDA受体拮抗剂SDZ 220-581增加癫痫发生频率，而采用Ro 25-6981则能够导致长时程抑制效应发生，因而能够减少癫痫发生频率。因此，对于急性和慢性癫痫发作，NR2B亚单位拮抗剂都可以作为选择药物，具有广阔的临床应用前景。

5 展望与结语

目前癫痫的治疗方法主要有药物治疗、手术治疗等，但仍有部分病例经正规抗癫痫治疗后不能控制发作，成为难治性癫痫。难治性癫痫给患者及家庭带来了沉重的负担，因此关于癫痫的发病机制还需做进一步的研究。同时，由于NMDA受体分子结构复杂，有多个受体结合位点，深入探讨NMDA受体与癫痫发作的关系并在此基础上研制出新型抗癫痫药物，必能使许多难治性癫痫患者受益。

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