NMDA受體參與β淀粉樣蛋白介導的突觸可塑性損傷研究進展

陸周一 徐淑君 鮑曉明 王欽文

(寧波大學醫學院，浙江 寧波 315211)

阿爾茨海默癥(AD)已成為繼心臟病、癌癥以及腦卒中之后導致人類死亡的主要疾病。目前AD的具體發病機制仍然沒有被完全闡述清楚，越來越多的研究證據顯示，與學習認知功能相關的神經元突觸可塑性異常在AD發病過程中扮演著重要的角色。其中以N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體發揮的作用最為關鍵，其亞單位在AD病理過程中的作用在醫學界引起了廣泛關注。故研究NMDA受體介導的突觸可塑性損傷機制對闡明AD發病機制具有重要意義。β-淀粉樣蛋白(Aβ)已被證明具有神經毒性，在AD的發病過程中起到主導性作用，大量的研究結果顯示Aβ在AD突觸可塑性損傷中作為一項重要因素而存在〔1〕。因此對Aβ引起的由NMDA受體介導的突觸可塑性損傷機制的研究成為了目前研究AD發病機制的一大熱點。

1 Aβ引起的突觸可塑性改變

越來越多的證據顯示，Aβ具有細胞毒性作用，Aβ二聚體也被認為是損傷突觸可塑性的最小結構單位。Aβ通過影響神經元樹突生長、樹突棘密度以及突觸后膜相關受體的形態與功能等方面來破壞突觸的可塑性，而神經元的突觸可塑性是公認的學習記憶活動在細胞水平的神經生物學基礎。

Aβ片段對突觸可塑性的病理性作用及其具體作用機制雖然被人們重視，但醫學界對此仍知之甚少。現有的研究發現淀粉樣蛋白前體(APP)經相應的分泌酶切割后形成的不同種類Aβ片段于胞外聚集后對神經突觸產生作用。通過毒理學模型觀察到Aβ寡聚體可以導致神經元樹突棘的廣泛損傷，并引起海馬區神經元的興奮性中毒〔2，3〕。從死亡AD病人大腦皮層溶液中獲得的Aβ二聚體和體外實驗中所用的一種60 kD大小的球狀構型Aβ片段(Aβ42)都能有效地抑制海馬區谷氨酸能神經元的長時程增強(LTP)〔4〕。

對此，我們不難發現Aβ足以引起嚴重的突觸可塑性損傷。隨著AD病程的進展，患者海馬區和內嗅皮層的神經元會最先受到傷害，而他們組成的一個網絡是行使正常情景記憶功能必不可少的要素。更重要的一點是，組成這一網絡的主要成分是谷氨酸能神經元〔5〕。由此可見谷氨酸能受體在Aβ誘發的突觸可塑性損傷過程中扮演了重要的角色。其中NMDA受體作為一種重要的興奮性谷氨酸受體，介導了腦內多數的興奮性突觸傳遞，并與感覺、記憶以及疾病的多樣性密切相關。這些顯著的特點使其在近年來的腦科學研究中備受青睞。

2 NMDA受體參與Aβ誘導突觸可塑性損傷的機制

2.1 Aβ引起NMDA受體表面表達下降 AD患者腦內神經突觸的特征性改變之一是相關突觸受體數量的減少。作為海馬區中與學習記憶功能密切相關的受體類型，NMDA受體在這一損傷過程中首當其沖。有研究發現，可溶性或自然分泌的寡聚體Aβ處理體外培養的神經元后，NMDA受體NR2B亞單位(NR2B)的表面表達下降;在AD的轉基因鼠中同樣發現NMDA受體的表面表達下降，這個下降能被γ分泌酶的抑制劑所逆轉〔6〕。進一步的研究發現Aβ處理后紋狀體富含酪氨酸磷酸酶61(STEP 61)通過泛素化途經的降解減少，在細胞內的含量增加，引起NR2B亞單位1472酪氨酸磷酸化位點去磷酸化，進一步導致NMDA受體內吞增加〔7〕。此外，Aβ處理可以引起突觸后致密物蛋白95(PSD-95)含量的降低，從而導致NMDA受體和α-氨基羥甲基惡唑丙酸(AMPA)受體的穩定性減弱，進而影響了突觸可塑性〔8〕。

2.2 NMDA受體參與Aβ引起的興奮性毒性 以探索淀粉樣蛋白在神經退行性改變中的作用為出發點，多數的研究將重點放在了認識Aβ所具有的增強谷氨酸能受體介導的興奮性毒性的能力。有研究結果顯示低劑量的Aβ可以加重NMDA受體激活所引起的延遲認知障礙〔9〕。經Aβ預處理的細胞在NMDA受體激活后表現出胞內Ca2+含量的大幅度增長，并且發生NMDA受體激活易化現象〔10〕。這一興奮性中毒的機制可能是Aβ易化了NMDA受體，使其長時間處于興奮狀態而導致過量的Ca2+進入細胞內。這些非正常含量的Ca2+在胞內可以進一步引起微管的斷裂，線粒體損傷和突觸的減少〔11〕。同時也有另外的學說認為Aβ通過減少對谷氨酸的吸收或者增加對谷氨酸的釋放，從而導致突觸間隙谷氨酸濃度的異常增高，進而引起了 NMDA 受體的持續性興奮〔12～14〕。

進一步的研究表明NR2A亞單位在興奮性毒性和突觸可塑性的損傷中起到了重要的作用。NMDA受體復合體由NR1、NR2(2A-2D)和NR3等亞單位組成。其中NR1為受體的功能執行結構，構成離子通道;NR2具有調節受體通道動力學的作用;NR3不單獨構成離子通道，也不與NR1、NR2組成通道，而是作為一種可能的調節亞單位而存在。有實驗發現經Aβ處理后的細胞會出現短暫的NR1/NR2A亞單位的高表達，并有胞內能量系統損傷與Ca2+含量的異常改變。Aβ處理可以促進NR2A亞單位的磷酸化以及易化NR2A亞單位與Src激酶之間的相互影響，而且使用NMDA受體非競爭性拮抗劑金剛烷胺或者NR2A亞單位選擇性拮抗劑NVP-AAM077處理實驗組可以有效抑制NR2A亞單位磷酸化程度的增加并且阻止 Src、NR2A、PSD-95之間的結合〔15〕。這一結果提示經Aβ處理后的NMDA受體活化加快了NR2A-PSD-95-Src復合物的形成，從而加速Src激酶引起的NR2A亞單位的酪氨酸磷酸化，這一正向的反饋機制又誘發了NMDA受體的過度活化。新的實驗發現NR3亞單位可以減少NMDA受體介導的Ca2+的擴散。進一步的實驗顯示敲除NR3A亞單位的轉基因小鼠皮層神經元比野生型小鼠的神經元對NMDA受體介導的興奮性毒性表現出更高的敏感性，因此NR3亞單位被認為具有神經保護作用〔16〕。目前對NMDA受體亞單位與Aβ介導的AD之間關系的研究發展迅速，但各類亞單位在這一病理性變化過程中的功能尚不明確。因此，進一步探究病理狀態下Aβ與各類NMDA受體亞單位之間相互作用的具體機制對今后AD的研究有著深遠的意義。

2.3 NMDA受體參與Aβ引起的LTP抑制 多年來的研究結果顯示，作為學習記憶功能基礎的谷氨酸受體依賴的LTP與LTD對可溶性Aβ片段表現為高度易損。其中NMDA受體通道作為一種重要的電壓、配體雙重門控通道，其相關功能得到了較多的研究。

在靜息膜電位下，Mg2+將NMDA受體通道阻滯并使其處于未激活狀態。當給予一定強度、一定頻率的刺激后，突觸后膜去極化，使位于NMDA受體通道內的的Mg2+移開，從而使遞質與NMDA受體結合，打開通道，引起Ca2+內流，細胞內Ca2+濃度、Ca2+/CaMKII活性升高，從而產生LTP。

對NMDA受體非競爭性拮抗劑在臨床治療AD中保護作用的研究結果顯示，Aβ引發的LTP抑制是由NMDA受體介導的，這一過程可能的原因是Aβ寡聚體誘導了異常的神經元Ca2+內流〔17～19〕，突觸位置Ca2+穩態的破壞將嚴重損傷突觸間信號傳導與LTP〔20〕。Aβ寡聚體可以特異性結合到NMDA受體的相應位點上，并選擇性增強NMDA受體誘發的神經元放電和由NMDA受體介導的快速選擇性突觸電流〔21〕，在這一過程中Aβ顯然起到了一種類似受體激動劑的作用。進一步的研究發現Aβ可能是通過干擾NMDA受體介導的信號通路相關的下游元件起到其破壞作用〔22，23〕。目前已發現的相關下游因子包括鈣離子依賴性鈣調蛋白磷酸酶、鈣離子依賴的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)!蛋白磷酸酶1以及 cAMP反應元件結合蛋白(CREB)等〔22，23〕。

3 NMDA受體及其亞單位相關的治療AD藥物靶點的研究

美金剛作為一種在臨床應用較為廣泛的NMDA受體拮抗劑，其逆轉Aβ誘導的LTP損傷的具體機制受到了大量的關注。對美金剛治療作用的認識也從另一個方面為了解NMDA受體在LTP抑制的過程中所起到的作用開辟了一條新的途徑。研究發現，一定濃度的美金剛反轉由Aβ誘發的齒狀回穿通路和CA3-CA1通路的LTP抑制，而采用同樣濃度的美金剛處理正常對照組時，美金剛卻表現出了抑制LTP的能力。這一發現提示美金剛更傾向于抑制病理情況下激活的NMDA受體，美金剛有可能主要作用于突觸外分布的含NR2C和NR2D亞單位的NMDA受體，而突觸外的NMDA更容易在病理情況下被激活〔24～26〕。由于美金剛對LTP的作用隨濃度的增加呈現先促進后抑制的趨勢，以及它的低選擇性，在臨床應用上存在一定的限制。研究發現NR2B選擇性的拮抗劑芐哌酚醇能有效的反轉Aβ以及腫瘤壞死因子α(TNFα)引起的LTP抑制，提示選擇性的NR2B拮抗劑可能是治療早期AD病人的認知功能損傷的一個潛在藥物〔27〕。

4 總結與展望

多年來對AD的研究已經大體上闡明了Aβ、谷氨酸受體、突觸可塑性和學習記憶之間的聯系。總的來說，現有的研究成果傾向于支持NMDA受體在介導Aβ寡聚體破壞突觸可塑性中起著重要作用這一觀點。其具體機制的起始因素與Aβ作用后NMDA受體興奮性增強，Ca2+內流增多關系密切。雖然美金剛已被FDA批準用于臨床中重度AD的治療，但還無法從根本上治愈AD，其完整的作用機制也尚不明了，而對選擇性NMDA受體拮抗劑是否比美金剛更有效果的判斷也還需進一步的探索。目前對受體的研究已開始深入到亞單位水平，對此的研究有助于在未來開發出具有更高針對性和更小副作用的新型藥物。

今后對Aβ致病機制的研究工作的重點是提出一個統一的理論，從而有效地解釋多種表象上有沖突的實驗發現。同時還應全面聯系各類實驗方法所得到的結果與數據，從一個更深入更廣泛的層面來說明Aβ致病的機制與過程。而進一步觀察環境和系統性因素如何影響Aβ對突觸可塑性作用的研究也將有助于提升我們對臨床重要可變因素的理解，從而更好地設計治療方案。

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