N-甲基-D-天冬氨酸受体介导神经突触长时程增强的研究进展

卢玺宇(综述)，屈 强(审校)

(1.四川省泸州医学院研究生部，四川泸州646000;2.四川省泸州医学院附属医院麻醉科，四川泸州646000)

近年来大量的实验研究发现N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA)受体在脑神经元的发育和可塑性等方面具有重要意义，尤其在小脑中突触长时程增强方面具有非常重要的作用。NMDA受体通过改变其各亚基在普肯耶细胞表面的分布面积及其大小，改变突触后电流的振幅增减，以及其他方面因素影响突触传递过程及信息的传递，进而影响小脑的学习和记忆功能。现就NMDA受体影响小脑神经突触传递的相关过程予以综述。

1 NMDA受体概述

1.1 NMDA受体的结构 谷氨酸受体依据药理学特点大致可分为亲离子型和亲代谢型两类。亲离子型谷氨酸受体分为D，L-α-3-羟基-5-甲基-4-异嗯唑受体、海人藻酸(kainic acid receptor，KA)受体和NMDA受体3亚类。现已发现NMDA受体至少存在3类7个亚单位，即1种NR1亚单位、4种NR2亚单位(NR2A、NR2B、NR2C和 NR2D)以及2种 NR3亚单位(NR3A和NR3B)，且NR1、NR2及NR3三种亚基具有同源性［1，2］。

NMDA受体主要由NR1和NR2亚基按一定的比例组成，NR1/NR2复合体中NR2亚基单位在很大程度上决定了NMDA受体其特定的药理特性和生理功能［3］。NR1亚基是膜受体通道必需部分和功能单位。NR1受体主要分布在普肯耶细胞胞质和分子层的树突上，分子层的星形细胞、颗粒细胞层的颗粒细胞、胶质细胞中也有不同程度的分布［4，5］。NR2 亚基决定NMDA受体的功能特性。NR2的C端决定域在调控NMDA受体在突触后密度区的定位和功能中起着关键的作用，NR2A/NR2C亚基和部分C端决定域调控NMDA受 体 突 触 的 活 性［6］。NR2的N端结构域调控着NMDA受体亚基的特定通道。NR2A和NR2B亚单位与NR1结合形成NR1/NR2A和NR1/NR2B复合物调控着NMDA信号通道的开放和关闭过程。NR2B是NMDA受体的调节亚基，在神经元细胞的凋亡过程中起着重要作用［7-9］。

大部分NMDA受体复合物是由NR1和NR2按一定比例结合成，但有时也可结合一定数量的NR3亚基。结合NR3亚基可降低异源性表达体系中NMDA受体通道内钙离子的通透性，而且在突触和突触外的NMDA受体反应性中起着一定的作用。内源性NR3A在神经系统中起着保护作用，外源性地增加 NR3A 可增强神经保护作用［10，11］。

1.2 NMDA受体在海马及突触中的分布 NMDA受体广泛分布在海马结构中的CA1、CA3和齿状回等脑区。NR1受体免疫荧光染色阳性细胞在CA1和CA3区的锥体细胞层以及齿状回门区的中间神经元表达最强，而NR2在海马CA1区、CA3区及齿状回广泛分布，其中以 CA1 区最多［12，13］。

NMDA受体属于离子通道型受体，主要存在于谷氨酸能神经元突触后膜的致密体内，并被谷氨酸能神经元突触末梢释放的谷氨酸相继激活，但突触后膜的致密体蛋白对NMDA受体复合物起反面作用［14］。NMDA受体除了直接在突触后膜和细胞胞质库间垂直运动外，还能沿突触后膜表面在突触和突触外位作侧向移位。受体在细胞膜表面的移位可以改变突触受体的数目和组成，对突触传递起着重要作用，同时也影响突触修饰［15］。

2 长时程增强现象

1973年Bliss等［16］首先发现了突触传递的长时程增强现象(long-term potentiation，LTP):当以一个或几个频率为10～20 Hz，串长为10～15 s或频率为100 Hz，串长为3～4 s的电刺激作为条件刺激时，继后的单个测试刺激会引起群峰电位和群体兴奋性突触后电位的振幅增大，群体峰电位的潜伏期缩短。突触前膜的突触传递作用机制和兴奋性颗粒细胞数量的增加对LTP的形成有着重要的影响。

这就是突触的可塑性和学习记忆中涉及的一个重要生理机制:LTP和长时程抑制。在该机制中NMDA受体与该机制的形成与发生有着密切的联系，换句话说LTP依赖于NMDA受体。

长时程增强是由高频刺激激发的突触可塑性的一种形式而且是特定的神经元的反应现象。它在学习、记忆以及突触间信息传递的过程中起着重要的作用。突触间的联系在神经元的活动中处于持续改变的状态。长时程增强和长时程抑制在突触强化长时间的改变后两者相互协同以调节突触间信息的传递以及突触的可塑性。诱导长时程增强受NMDA受体亚基的数量和类型的改变以及该受体本身的激活的影响［17，18］。

3 NMDA受体介导的神经突触长时程增强

自LTP被发现以来，很多学者就其形成机制及生理功能作了大量的研究。随着研究的深入，人们发现NMDA受体对LTP的形成和作用过程中有着密不可分的关系，而且其他的因素也对该过程起着影响作用。

3.1 NDMA受体对海马神经突触长时程增强的影响 由于NR2B在幼年大鼠海马区中的重要作用，因此细胞外区域长时程增强可能在幼年大鼠接受反复的强直刺激时会被加强，而这种现象在成年大鼠中不会发生。然而Georg等［20］却发现在NR2B没有阻断的情况下，CA3到CA1长时程增强在成年大鼠比幼年大鼠减少得更明显，但是反复的强直刺激可以使其恢复到野生型大鼠的水平。因此除了NMDA受体介导的钙离子复合物外，亚型特异性的信号肽在LTP的诱导过程中起核心作用，这种信号肽的特异性在于它与细胞内与年龄相关的直接信号肽通道NR2亚基C端决定相关。

3.2 NMDA受体介导一氧化氮和一氧化氮合酶活性对LTP的影响 NMDA受体可以可逆地抑制突触后电流。但与别的突触前受体介导的调控不同，NMDA受体介导的抑制不涉及到转运体释放的抑制。因为它可被氮氧化合物和可溶性的鸟甘酸抑制物所阻断。Casado等［21］认为这涉及突触转运机制，在这种调控机制中，由平行纤维介导的一氧化氮的释放降低了普肯耶细胞对谷氨酸盐的敏感性。在生理环境下，突触前NMDA受体是在有活性的平行纤维周围的细胞外的谷氨酸盐的增加的情况下被激活的。陈伯成等［22］用NMDA受体抑制剂AP-5抑制LTP产生的同时发现该抑制剂同时也阻滞了一氧化氮的含量和一氧化氮合酶的活性，与未用该抑制剂时一氧化氮含量和一氧化氮合酶的活性相反。即NMDA受体介导可能调控了LTP中一氧化氮和一氧化氮合酶的活性，使其功能活性上调。

3.3 NMDA受体介导钙离子、钾离子通道影响LTP的机制 钙离子在信息传递中起着至关重要的作用，它介导突触信号通道的开放以增强信息的传递过程。由于 NMDA受体的 NR1含有天冬酰氨，NMDAR可与其相应的离子通道相耦连，它对于活化Ca2+的通透性具有重要作用。钙调蛋白CaM与C端末端结合使Ca2+敏感元件靠近Ca2+内流的通道引起通道迅速发生变化，从而保护多余的Ca2+内流。其通道是钙离子依赖性电压门控通道［23，24］。

钾通道由大多数不同种类的离子通道组成。在神经细胞内，钾通道在突触的整合和输出的产生方面起着关键的作用。每个小脑中间神经元包含有许多特定的钾离子通道，这种通道在树突状神经元表面分布，而且这种特定的钾离子通道不仅仅在小脑中存在，而且也广泛存在于中枢神经系统。分布在神经元细胞膜表面的高密度的钾通道还具有双向信号转导功能。当小脑处于缺血状态时，ATP供能的缺失导致钠钾泵受抑制，也是钾离子反泵入细胞内(钾子应释放出细胞外)的结果。NMDA受体的激活不仅引起离子通透性的增加，还可导致剂量依赖性花生四烯酸的释放，花生四烯酸作为第二信使调控着神经元的活性，其大量释放，引起更进一步的生化过程，从而对 NMDA受体激活性损伤产生放大作用［25］。

突触传递中的长时程增强依赖于NMDA受体，但星形胶质细胞通过释放钙依赖性的NMDA受体拮抗剂D-丝氨酸来调控它们的活性［26］。在NMDA受体激活之后海马神经元需要铁来产生由RyR(ryanodine receptor)调控的钙信号，这种信号激发ERK1/2的活性，这一过程是持续LTP的关键一步［27］。在LTP中还涉及神经黏附分子的上调。高频刺激诱导突触长时程增强需要蛋白激酶A和蛋白激酶C的突触后活性的参与。和谷氨酸能长时程增强作用一样，钙非通透性AMPA受体也是把信号传递给CA3和CA1锥体细胞［28］。

3.4 NDMA受体介导LTP的其他影响因素 LTP的产生和维持涉及一系列以功能上调为特征的神经变化过程，如递质释放增加、受体上调、基因转录增加，新蛋白合成，突触联系加强等启动信号分子功能上调、蛋白合成信号转导途径。另一方面在LTP功能上调的同时也存着功能下调的过程以启动以蛋白酶激活为标记的蛋白水解的信号转导途径。如给予强直刺激后海马CA1区23S蛋白酶复合体酶活性在LTP早期升高，维持1 h后又恢复至正常水平。

NMDA受体对突触可塑性的作用随着年龄而减退，并且这种减退被认为是记忆短缺的结果。细胞内氧化还原状态的与衰老相关的转变通过钙依赖性蛋白激酶Ⅱ影响着NMDA受体减退的过程。钙依赖性蛋白激酶Ⅱ的氧化在衰老，NMDA受体减退过程中和改变突触的可塑性中存在着一定的联系［29］。

4 展望

NMDA受体是中枢神经系统中重要的神经递质受体，在神经系统的生长发育、突触的可塑性、突触传递、兴奋性毒性及记忆方面所起的至关重要的作用日益受到人们的重视。但其在海马学习记忆机制中的作用还有待进一步的研究。目前多方面的因素都影响着NMDA受体对海马突触传递特别是长时程增强的作用，更深入地了解NMDA受体作用于海马突触传递的机制，可能为临床治疗脑缺血再灌注损伤及其愈后的脑功能恢复提供新的思路。

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