N-甲基-D-天冬氨酸受体在神经系统炎性相关疾病的研究进展

陈晓雯 综述,范卫明审校

(滨州医学院附属医院神经内科,山东滨州 256600)

N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)是一种离子通道型谷氨酸受体，是神经系统中不可或缺的重要组成部分。近年来研究表明，脑梗死、脑出血等脑血管疾病，阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化、帕金森病等神经系统变性疾病，以及多发性硬化等机体众多神经系统病变，均有NMDAR活化或表达的改变，其可通过增加钙内流、调节下游信号分子等一系列途径加重神经损伤[1]。因此，NMDAR成为多种中枢神经系统疾病药物的作用靶点。在这些疾病的病理过程中，炎性反应同样扮演重要角色[2]。那么NMDAR与炎性反应是否也存在关联，这种关联是否与疾病的进展有关。现重点阐述NMDAR在神经系统炎性及神经系统炎性相关疾病中的作用。

在神经系统中，参与炎性反应的细胞主要是小角质细胞、星形胶质细胞及通过血-脑屏障的白细胞，产生多种内源性因子，如炎性因子白细胞介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-6(IL-6)，花生四烯酸类物质前列腺素、白细胞三烯，以及气体信号分子一氧化氮等。NMDAR通过影响这些内源性因子的表达参与炎性反应的调节，这些内源性因子也可反作用调节NMDAR的功能。通过观察不同的神经系统疾病，NMDAR与炎性反应的作用不断被揭示。现对NMDAR在几类常见与炎性密切相关的神经系统疾病的作用作一综述。

1 NMDAR在脑血管疾病的作用

1.1缺血性脑血管病 缺血早期小胶质细胞、星形胶质细胞活化，分泌IL-1β、TNF-α、IL-6等多种炎性因子，高度表达诱导型一氧化氮合酶，促进一氧化氮产生[3-4]。晚期白细胞浸润并结合内皮细胞，透过被破坏的血-脑屏障进入脑组织，分泌一氧化氮、基质金属蛋白酶和弹性蛋白酶，增加核转录因子(NF-κB)的合成，进一步促进炎性反应[5-6]。有研究发现胶质细胞活化及炎性因子的表达与NMDAR激活相关，基质金属蛋白酶降解紧密连接蛋白和血管基膜蛋白破坏血-脑屏障导致血管渗透性增加，也与NMDAR激活相关[7]。运用NMDAR抑制剂可显著减弱这些过程的发生及发展[8-9]。这些研究表明缺血造成的炎性神经损伤与NMDAR的活化有关。但NMDAR通过怎样的具体机制影响炎性反应，近年来研究发现NMDAR不仅表达在神经元上，在胶质细胞上也有表达[10]。离体培养的小胶质细胞也可检测到有功能的NMDAR，用NMDRA可激活并分泌各种炎性因子。离体培养的星形胶质细胞激活(脂多糖刺激)后表达炎性因子IL-1β，此作用也可被NMDAR抑制剂阻断。不仅在中枢神经系统，在肠道神经丛中也发现NMDA刺激或缺血-再灌可引起诱导型一氧化氮合酶及一氧化氮升高，且可被NMDAR受体拮抗剂阻断[11]。因此，推测神经胶质细胞NMDAR激活是影响炎性反应的关键之一。不仅如此，炎性因子还可反作用于NMDAR，在加重神经损伤过程中形成闭合的环路。离体培养的人胎脑神经元，IL-1β、TNF-α刺激可上调肾型谷氨酰胺酶(KGA)表达，使谷氨酸产生增加，激活NMDA受体，增加神经兴奋性毒性。运用NMDAR抑制剂后，此作用减轻[12]。近年来研究还发现IL-1受体Ⅰ在突触丰富表达，并可与NMDAR的NR2B亚基结合，为IL-1调节NMDAR激活提供分子依据，也为IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)神经保护作用的可能机制提供线索[13]。一氧化氮通过影响一氧化氮-血红素调节eIF2α激酶(HRI)，磷酸化真核翻译起始因子2α(eIF2α)，上调NMDAR的NR2B亚基表达，并在一氧化氮的刺激下高通透Ca2+，影响突触后神经元活性[14]。这些研究均表明NMDAR可以作为治疗和预防缺血性脑血管疾病相关炎性的靶点。

1.2出血性脑血管病 炎性机制参与了脑出血(ICH)引起的继发性脑损伤。出血脑组织中血红蛋白的分解物高铁血红素聚集，激活小胶质细胞，通过NLRP3信号通路分泌炎性因子IL-1β[15]。在ICH模型(脑内注射高铁血红素或用高铁血红素处理小胶质细胞)中发现NMDAR的NR1亚基表达及磷酸化，高铁血红素促进NR1结合NLRP3。阻断NR1后NLRP3及IL-1β表达明显减弱，表明NMDAR协同NLRP3信号通路加重ICH相关炎性反应[16]。

2 NMDAR在神经系统变性疾病的作用

2.1阿尔茨海默病(AD) AD是一种以进行性痴呆为主要特征的中枢神经退行性疾病，主要临床表现为进行性认知功能障碍和记忆力衰退。近年来研究发现神经炎性反应主动参与AD的发病过程，小胶质细胞过度激活，外周巨噬细胞及Th17细胞在脑组织浸润，导致炎细胞因子的产生和释放增加，这些原因都能造成神经炎性的加剧，减少组织细胞外淀粉样肽β(Aβ)的清除，造成其在脑组织中沉积增加，加重AD病理改变[17]。那么神经系统的炎性是否与记忆障碍的发生、发展有关，运用侧脑室注射链脲佐菌素(STZ)形成记忆障碍的AD模型，模型中NMDAR亚基NR2A蛋白表达减少，长时程增强作用(LTP)抑制，NR2B蛋白表达增强，长时程压抑(LTD)增强，造成记忆障碍。进一步检测其中炎性因子(TNF-α和IL-1β)、活性氧、亚硝酸盐及诱导型一氧化氮合酶水平均显著增加，运用抗炎药物治疗减轻炎性相关蛋白的表达，记忆障碍也有所恢复[18]。在培养的海马神经元中发现炎性因子TNF-α诱导NMDAR的NR1亚基在细胞膜上表达，并通过中性鞘磷脂酶2将磷酸化的NR1亚基聚集在细胞膜的脂质微区域，以此调节突触可塑性，表明神经炎性反应通过调节NMDAR参与AD记忆障碍[19]。

2.2肌萎缩侧索硬化 肌萎缩侧索硬化是一种运动神经元病，病理特点为累及上、下运动神经元的渐进性神经系统变性。有研究发现肌萎缩侧索硬化患者或动物模型脑脊液中谷氨酸水平明显升高，激活NMDAR引起线粒体功能紊乱及运动神经元的退行性病死。在运动皮层中还可见大量被激活的小胶质细胞、星形胶质细胞、浸润白细胞(特别是T细胞)，以及分泌的各种炎性因子(如TNF-α)[20-21]。TNF-α高度表达与NMDAR的激活明确关联，在脊髓运动神经元中TNF-α预后NMDAR兴奋性突触后电流明显加强[22]。这些研究表明，肌萎缩侧索硬化相关炎性因子表达后促进谷氨酸释放，NMDAR激活，从而对肌萎缩侧索硬化的发展起到促进作用。

3 NMDAR在其他神经系统炎性相关性疾病的作用

3.1多发性硬化症 多发性硬化症是一种中枢神经系统的炎性脱髓鞘疾病。研究发现在MS中存在细胞毒性T细胞活化进入脑组织参与炎性病理损伤，还有小胶质细胞及透过血-脑屏障的血液内炎性细胞释放可溶性炎性细胞因子，如轴突特异性抗体、一氧化氮、氧自由基、蛋白酶及花生四烯酸类物质等[23-24]。多发性硬化症患者大脑中谷氨酸水平升高，上调NMDAR的表达。实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)作为多发性硬化症的一种动物模型，可上调炎性细胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6)的表达，但可被NMDAR拮抗剂阻断。推测NMDAR及炎性反应在多发性硬化症的发生、发展中具有协同作用。中枢神经系统前列腺素变化也是多发性硬化症的病理表现，在EAE运用NMDAR抑制剂抑制糖皮质激素诱导的NMDAR激活后，脊髓中的前列腺素D2水平明显降低，进一步证明抑制NMDAR能减轻多发性硬化症炎性反应[25]。

3.2慢性疼痛 慢性疼痛是多种不同疾病的症状表达，当发生外周炎性或神经损伤时，躯体感觉通路激活，产生超敏感性疼痛。慢性疼痛的发生和维持离不开痛觉敏化，近期研究发现其发病机制与神经系统炎性也密切相关。炎性疼痛和神经病理性疼痛(NPP)是最为常见的慢性疼痛动物模型。NPP可通过慢性压迫背根神经节(CCD)造成。疼痛的形成与痛觉敏化关系密切，特别是中枢痛觉敏化(Central Sensitization)。NMDAR的过度激活导致脊髓背角伤害性突触信息传递增强，是中枢敏化产生的重要基础。该模型中脊髓的星形胶质细胞及小胶质细胞激活，合成并释放IL-1β和TNF-α[26]。IL-1β磷酸化NMDAR的NR1亚基，参与NPP的中枢敏化，鞘内注入含IL-1β短发夹RNA的重组腺病毒后，IL-1β表达下调，下调NR1亚基磷酸化，最终可缓解疼痛；TNF也参与中枢敏化的诱导，鞘内注射TNF诱导小鼠脊髓背角中Cx43和GLT-1的下调，谷氨酸清除减少，TNF抑制剂依那西普可下调星形胶质细胞Cx43和GLT-1的表达，减轻痛觉过敏。福氏佐剂(CFA)致痛模型模拟急性组织损伤所致的炎性疼痛，该模型中中枢敏化与痛觉的维持也密切相关，具体机制与神经元NMDAR/PSD95/nNOS通路产生的大量一氧化氮有关，抑制NMDAR后一氧化氮产生及炎性疼痛均减弱，该模型中胶质细胞释放大量的炎性因子(如IL-1、IL-6、TNF-α等)，作用于突触末梢，使伤害性神经递质谷氨酸大量释放，激活NMDAR，抑制胶质细胞活化可减轻痛觉过敏。以上结果说明炎性反应可加强NMDAR活化参与慢性疼痛的发生与发展。

另外，NMDAR在帕金森病、亨廷顿病、结肠炎及双相情感障碍等神经系统炎性相关性疾病中都有重要的作用。近期全球爆发的齐卡病毒感染引发严重神经系统并发症，可通过阻断TNF-α和IL-1β减小NMDAR的Ca2+通量，减少神经细胞死亡[27]。这些研究均表明炎性反应与NMDAR活化密切相关。

4 问题和展望

NMDAR活化及表达在多种神经系统炎性相关性疾病中发挥重要作用，NMDAR通过影响炎性细胞的激活、炎性因子的表达参与炎性反应的调节，这些炎性细胞、炎性因子也可反作用调节NMDAR的功能，影响相关疾病的进程，为这些疾病的治疗提供一个新的思路。但是，目前相当多的研究都仅限于体外实验或动物实验，少见于临床实验。在NMDAR抑制剂应用中还存在以下不足：一方面，由于NMDAR的作用广泛，应用NMDAR抑制剂可能会产生一些不良反应；另一方面，NMDAR的活化与表达在某些炎性相关性疾病中反而有减少的倾向，这可能与不同的炎性时相或不同的NMDAR类型(亚基组成不同)有关。因此，NMDAR在神经系统炎性相关性疾病中具体的作用机制仍有待探索和研究。加强对NMDAR与神经系统炎性反应相互作用的深入研究，可为预防和治疗神经系统炎性相关性疾病开启新的思路及方向。