谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用机制研究进展

朱 燚综述，武 衡审校

（南华大学附属第一医院，湖南衡阳421000）

谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用机制研究进展

朱 燚综述，武 衡审校

（南华大学附属第一医院，湖南衡阳421000）

γ氨基丁酸； 谷氨酸类； 黒质； 神经元； 帕金森病/病因学； 综述

帕金森病是中老年人常见的神经退行性疾病，其病理表现为中脑黑质致密部多巴胺能神经元的变性、缺失，残存的神经元以α-突触共核蛋白（α-synuclein）主要成分嗜酸性包涵体-路易小体（LD）存在。帕金森病的发病机制复杂，目前认为是在环境因素及衰老的共同作用下，通过氧化应激、线粒体功能障碍、蛋白酶体功能紊乱、免疫炎性反应、钙稳态失衡、兴奋性毒性、细胞凋亡等机制导致黑质多巴胺能神经元大量变性、丢失，造成纹状体内多巴胺和乙酰胆碱2种递质的平衡失调而发病。而多巴胺神经元在兴奋性谷氨酸（Glu）和抑制性γ-氨基丁酸（GABA）系统之间得到控制，这些系统之间的不平衡可能会导致兴奋性毒性和多巴胺能细胞死亡。本文就Glu、GABA在帕金森病中作用的可能机制作一综述。

在中枢神经系统中，突触传递最重要的方式就是神经化学传递。神经递质由突触前膜释放后与突触后膜受体结合，产生突触去极化电位或超极化电位，导致突触后神经兴奋性增高或降低。脑内神经递质分为4类，即生物原胺类、氨基酸类、肽类、其他类。氨基酸类神经递质包括：Glu、GABA、甘氨酸（Gly）、天门冬氨酸（Asp）。氨基酸类神经递质广泛存在于哺乳动物的脑组织内，能够维持哺乳动物神经系统电生理平衡，与维持脑的正常功能有着重要关系。氨基酸类神经递质分为兴奋性氨基酸类神经递质和抑制性氨基酸类神经递质，Glu、Asp为兴奋性神经递质，GABA、Gly为抑制性神经递质，氨基酸类神经递质含量的改变与神经退行性变、脑损伤、学习记忆密切相关。其中，Glu和GABA参与帕金森病的发病过程。

1 Glu及谷氨酸受体

Glu是中枢神经系统内含量最高、作用最广泛的兴奋性氨基酸，主要集中在前脑，从新皮质到后脑逐渐减少。在兴奋性突触，Glu是储存在囊泡中，可以释放于突触前神经元、突触后神经元，以及神经胶质细胞，特别是星形胶质细胞。细胞内的Glu相对不活跃，其浓度比细胞外高10 000倍，由于细胞外Glu浓度调控，使Glu保持在一定的范围内。星形胶质细胞可调控大部分的细胞外谷氨酸，其通过命名为兴奋性氨基酸转运蛋白（EAATs）的高亲和力的蛋白载体促进Glu的吸收，以及通过Glu的细胞内转化为无活性的代谢物谷氨酰胺[1]。Glu本身是无毒的，但可通过刺激黑质多巴胺能神经元中Glu受体亚型的表达，调节多巴胺的活性和释放而发挥毒性作用[2-3]。Glu受体可分为两大类：将阳离子离子通道受体称为离子型受体；与G蛋白受体，称为代谢型受体。

1.1 离子型谷氨酸受体 Glu能激活3种离子型受体，其均是四聚或五聚型蛋白质，包括N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptors，NMDAs）、α-氨基-3-羟-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors，AMPARs）、红藻氨酸受体。离子通道受体由不同的基因编码不同的亚基组成。

NMDA受体是家族的离子型谷氨酸受体（iGluRs）和配体门控离子通道受体复合物，由Gly结合GluN1和GluN3亚基（Glun3a～b）和Glu结合GluN2亚基（GluN 2a～d）组成的四聚体结构[4]。与其他配体门控阳离子通道相比，NMDA受体有不同的特点，比如同时结合Glu和Gly共同激动剂的能力，细胞外Mg2+通道电压依赖性阻滞，以及具有高渗透性 Na+、Ca2+和 K+离子[5-6]。这些受体可渗透正离子，特别是Ca2+，它们有突触和突触外位点。有研究表明，根据其不同的亚基组成，NMDA受体介导的毒性不是突触受体兴奋性毒性，而是突触外受体兴奋性毒性[7]。而Zhou等[8]最近证实，选择性激活突触外NMDA受体不导致初级神经元毒性，表明兴奋性发病过程依赖突触和突触外NMDA受体共同激活持续的时间。

AMPA受体有4个亚基，分别为GluA1、GluA2、Glu-A3、GluA4，目前已被克隆。AMPA受体是一个由对称的二聚体GluA2，或GluA1、GluA3、GluA4组成的四聚体结构[9]。在中枢神经系统中的AMPA受体主要渗透了Na+和K+；Ca2+在兴奋性毒性机制中的核心作用，解释了为什么AMPA受体扮演一个小角色。

红藻氨酸受体的分子克隆已经确定了5个亚基：GluK1、GluK2、GluK3、GluK4和GluK5。相比于NMDA和AMPA受体，目前对红藻氨酸受体功能的了解仍很有限。红藻氨酸受体相关的离子通道是可渗透的Na+和K+，低渗透钙[10]。大脑中红藻氨酸受体分布于海马、杏仁核、大脑皮层、小脑和苍白球。突触后红藻氨酸受体介导突触传递，而突触前红藻氨酸受体调节各突触神经递质的释放，从而影响短期和长期的可塑性[10]。

1.2 代谢性谷氨酸受体（mGluRs） mGluRs通过环核苷酸或磷酸肌醇代谢激活细胞内第二信使通路。活化的亲代谢型谷氨酸能通过细胞膜上G蛋白亚基的释放改变离子通道的功能。目前已经确定了8个不同代谢型谷氨酸受体亚型：mGluR1～mGluR8。根据其结构和生理活动的基础分为三组：Ⅰ组（mGluR1和mGluR5）、Ⅱ组（mGluR2和 mGluR3）和Ⅲ组（mGluR4、mGluR6、mGluR7、mGluR8）。刺激组mGluRs激活酶磷脂酶C，导致三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油的形成，IP3通过刺激钙从细胞内释放，增加胞浆钙浓度，而二酰甘油作为蛋白激酶C的活化辅助因子。一项来自Ⅰ组代谢型谷氨酸受体在帕金森病发病的研究表明mGluR5拮抗剂可改善帕金森病动物模型的行为[11]，并对1-甲基4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）诱导帕金森病动物的神经毒性起保护作用[12]。小鼠缺乏mGluR5受体也显示减少MPTP毒性[13]。Ⅱ组和Ⅲ组mGluRs负耦合腺苷酸环化酶激活，阻止环磷酸腺苷ATP的形成。Ⅱ组和Ⅲ组mGluRs主要参与突触前抑制。最近有研究报道，在帕金森病的早期阶段，第3组mGluRs广谱拮抗剂ACPT-I全身用药，产生抗帕金森病效果的作用主要在丘脑底核而不是苍白球的水平[14]。而有研究表明，第Ⅲ组mGluRs的激活可调节正常和帕金森病大鼠苍白球神经元的活动[15]。

1.3 Glu在帕金森病中的兴奋性毒性作用 在帕金森病中，过多的Glu能输入到基底神经节的不同脑区导致黑质纹状体通路的多巴胺能神经元变性。过度激活NMDA受体参与了帕金森病的病理生理，高浓度谷氨酸能神经元有神经毒性[16]。NMDA受体的过度刺激，大量的胞外钙内流，激活钙依赖性酶参与蛋白质、核酸和磷脂的分解代谢及NO的合成[17]。这种Ca2+内流引起的细胞死亡是由于细胞膜破裂，细胞骨架的改变，并没有衍生自由基[18]。为了调查慢性治疗MPTP诱导的Glu代谢受阻，Meredith等[19]评估黑质细胞外Glu水平，发现在MPTP/丙磺舒治疗的小鼠与对照组动物相比Glu含量有显著增加。左旋多巴替代多巴胺引起的细胞外Glu显著减少，可能是通过一个负反馈抑制Glu能输入到黑质。Meredith等[19]用D-天冬氨酸进行吸收实验证明，中脑谷氨酸转运体的表达和功能可能有助于提高突触Glu水平。

多巴胺能神经元NMDA受体的发现，成为开发新药预防或治疗帕金森病的重要目标。因此，谷氨酸受体拮抗剂，尤其是NMDA受体拮抗剂，已被证明成功地发挥保护作用[18]。在啮齿类动物中，低剂量的NMDA受体拮抗剂MK-801可以改善多巴胺耗竭引起的运动障碍，低剂量的NMDA受体拮抗剂也与多巴胺能药物有协同作用[17]。此外，金刚烷胺通过NMDA受体非竞争性地拮抗帕金森效应[20]。mGlu2/3受体激动剂治疗被证明能减轻MPTP诱导的小鼠多巴胺能神经元变性[21]。

2 GABA及其受体

在动物体内，GABA几乎只存在于神经组织中，主要贮存于灰质，特别是纹状体、黑质、小脑的齿状核等处，免疫学研究表明，其浓度最高的区域为大脑中黑质。GABA属强神经抑制性氨基酸，由谷氨酸脱羧酶脱羧作用下脱羧而成，作用于动物细胞中的GABA受体。与神经递质GABA结合的受体主要有两类：GABAA受体和GABAB受体。GABAA受体属于配体门控离子通道超家族，由5个亚基围绕1个中心氯离子通道构成多聚跨膜受体。GABAA受体是一个氯离子通道，GABA的抑制性或兴奋性是依赖于细胞膜内外的氯离子浓度的，GABAA受体被激活后，导致氯离子通道开放，能增加细胞膜对氯离子通透性，使氯离子流入神经细胞内，引起细胞膜超极化，抑制神经元细胞激动，从而减少动物的运动量。GABAB受体属于G蛋白偶联受体家族，是促代谢型跨膜受体，通过G蛋白与钾通道相关[22]。GABA有镇静神经、抗焦虑、降低血压、降低血氨、提高脑活力、促进乙醇代谢、防止皮肤老化、消除体臭、改善脂质代谢、防止动脉硬化等作用。

2.2 GABA在帕金森病发病中的抑制作用 基底节内非多巴胺递质通路中除丘脑底核到苍白球内侧部、黑质网状部为谷氨酸能兴奋性投射外，其余均为GABA能抑制性投射。帕金森病状态下，黑质网状部多巴胺神经元减少使苍白球内侧部、黑质网状部传出冲动增加，尤其是丘脑底核到苍白球内侧部、黑质网状部兴奋性通路活动的增强可能是苍白球内侧部、黑质网状部传出冲动增加的主要原因，而苍白球内侧部、黑质网状部至丘脑的冲动为抑制性的GABA通路，最终导致丘脑皮层通路被过度抑制，从而出现一系列帕金森病症状[23]。GABA能调控黑质多巴胺神经元活性，在帕金森病临终患者基底神经节观察到GABA和GABA合成酶谷氨酸脱羧酶（GAD）的丢失[24]。5-羟色胺和GABA随着骨髓细胞注入6-OHDA诱导的大鼠能对抗氧化应激介导的神经损伤[25]。GABAB受体激动剂巴氯芬通过调节GABA能通路抑制神经炎症和氧化应激，防止MPTP诱导的神经毒性[26]。

3 结 语

兴奋性元和抑制性GABA系统之间的不平衡，导致黑质致密部神经兴奋性毒性和多巴胺能神经元死亡，是帕金森病发病的作用机制之一。因此，Glu和GABA在帕金森病的作用可能有助于开发更有效的神经保护治疗药物，有助于改善患者的生活质量。

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1009-5519（2015）21-3259-03

2015-07-10）

朱燚（1988-）女，湖南株洲人，硕士研究生，主要从事内科医师工作；E-mail：411471084@qq.com。

武衡（E-mail：wh720108@sina.com）。