N-甲基-D-天門冬氨酸受體、腦缺血性損傷和運動訓練①

張安靜，白玉龍,2

N-甲基-D-天門冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受體是一種離子型谷氨酸受體，廣泛分布于中樞神經系統神經元突觸，不僅參與興奮性突觸傳遞、突觸可塑性、神經元長時程增強(long-term potentiation,LTP)和長時程抑制(long-term depression,LTD)等神經功能活動，而且在腦缺血、慢性疼痛、帕金森病、精神分裂癥等眾多神經系統疾病中也起至關重要的作用。本文就NMDA受體在腦缺血中的作用以及運動訓練的影響進行綜述。

1 NMDA受體概述

1.1 組成 NMDA受體是由不同亞單位共同組成的異聚體，目前發現其共有7個亞單位，分別是NR1亞單位、4種NR2亞單位(NR2A、NR2B、NR2C、NR2D)以及2種NR3亞單位(NR3A、NR3B)。NR1是NMDA受體復合物的功能性亞單位，為實現該受體離子通道的功能所必須；NR2是調節亞單位，對整個受體通道的功能進行修飾調節；單純NR2對激動劑無反應，只有與NR1組合才能表現出活性。NR1和NR2兩個亞單位構成的四聚體復合物共同圍繞成NMDA受體離子通道。NR3亞單位單獨也不能形成有功能的受體，必須與NR1/2的復合體相連接才能發揮作用[1]。

1.2 分布 NMDA受體是一種特殊的離子通道蛋白，主要分布于大腦皮層、海馬、丘腦、紋狀體、小腦及腦干的突觸后膜[2]。NR1亞單位在大鼠中樞神經系統廣泛分布；而4種NR2亞基在各腦區的表達不一致，不同的NR2可與NR1組成不同的NMDA受體亞型，產生不同的生理學效應，其中NR2A和NR2B多分布在前腦；NR3主要存在于中樞神經系統的發育過程中，NR3A的蛋白表達在動物出生后2周內明顯下降，NR3B可見于成年鼠，主要分布于脊髓、腦橋和延髓的運動神經元[3]。

1.3 生理功能

1.3.1 中樞神經系統發育 在腦發育過程中，神經元的發生、定位、分化以及神經環路的形成均受到精細的調控，任何遺傳或環境因素都可能在這個時期對大腦的發育造成深遠影響。屬于離子型受體的NMDA受體對于腦發育過程中神經元的存活發揮至關重要的作用：如果NMDA受體接受到適當程度的刺激，該神經元就得以存活；如果去除對NMDA受體的刺激，只需幾個小時該神經元就可發生凋亡。腦內NMDA受體密度在動物發育不同時期有明顯的差異，且神經元對NMDA受體活動的敏感性隨腦發育的階段不同而變化。大鼠NMDA受體表達在幼年期高于成年期，并出現一過性的高峰期，主要在生后2周內出現。大鼠海馬CA區，NMDA受體對谷氨酸的結合力從出生后第4~l3天迅速上升，越過成年的兩倍，第28天下降至成年水平[4]。

1.3.2 對學習和記憶的調節 NMDA受體通過調節Ca2+的內流而保持神經元正常的生理功能，在LTP誘導和維持過程中起重要作用。誘導LTP的兩個主要因素是強直刺激頻率和強度：一定強度的刺激可提高單個刺激引起的興奮性突觸后電位(excitatory postsynaptic potential,EPSP)的幅度；而一定頻率的刺激可使EPSP產生疊加效應，結果使突觸后膜的去極化達到一定強度，使位于NMDA受體通道內阻止Ca2+內流的Mg2+移開[5]。這樣，當神經遞質谷氨酸與NMDA受體結合后，受體通道打開，Ca2+內流，激活鈣調蛋白激酶、環單磷酸腺苷依賴性蛋白激酶、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等激酶，它們進而活化環單磷酸腺苷反應結合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)，啟動一系列生化反應和基因轉錄，誘導和維持LTP[6-7]。

2 NMDA受體與腦缺血的關系

在正常生理條件下，適量的谷氨酸激活NMDA受體，使Ca2+內流入神經細胞，并作為第二信使介導細胞內信號的傳遞，促進CREB磷酸化，從而調控基因的表達和突觸可塑性。而在病理狀態下，如腦缺血時，谷氨酸大量釋放，使過量的Ca2+內流，產生興奮性毒性：激活蛋白酶和核酸內切酶，促進NO和自由基的產生，使線粒體膜滲透性發生改變，從而導致神經元的損傷或死亡[8]。NMDA受體介導的神經興奮性毒性在缺血性腦損傷中起重要作用，其中NR2A、NR2B受體亞單位是參與介導缺血性腦損傷的關鍵受體。有文獻報道，NR2A、NR2B在缺血神經元死亡和缺血耐受方面扮演了不同的角色[9]。

2.1 NR2A 腦缺血后，通過激活突觸或突觸外的NR2A受體促進神經元修復，可以起到腦保護作用[8]。缺血發作后4 h，注射甘氨酸激活NR2A受體介導的細胞存活通路，可顯著減輕缺血性腦損傷[10]；而給予它的拮抗劑NVP-AAM077后，神經元死亡明顯增加，缺血耐受作用消失[8]。Wistar大鼠缺血再灌注3 h后，皮層NR2A受體mRNA表達上調，同時伴隨NR2A受體免疫活性增強；6 h后，在缺血半暗帶可以觀察到NR2A受體mRNA表達明顯增高；再灌注24 h后回到基線水平[10]。這表明NR2A受體的腦保護作用有一定時限性。

2.2 NR2B 腦缺血后，NR2B受體過度激活會產生興奮毒性作用，導致神經元凋亡；而NR2B受體拮抗劑艾芬地爾(ifenprodil)則能明顯減少腦缺血引起的神經元死亡，提高腦保護作用[9]，但僅在缺血發作前給予才能有效阻斷NR2B受體介導的神經元死亡，減少梗死灶體積[11]。Montori等發現，短暫性全腦缺血大鼠海馬區NR2A、NR2B受體mRNA表達量明顯下降，以NR2B受體更為明顯[12]，這可能是神經元通過下調NMDA受體數量來減輕谷氨酸對神經元的興奮毒性作用。NR2B蛋白質和mRNA在正常大鼠海馬CA1區、CA3區及齒狀回的免疫反應強度存在明顯差異，CA1區最強，CA3區次之，齒狀回著色較弱[13]。這種基礎性高表達可能是海馬CA1區對缺血損傷敏感的原因之一。

3 運動訓練對NMDA受體的影響

運動訓練作為一種行為干預手段可以促進腦部損傷修復，這已被人們廣泛接受。運動不僅可以促進突觸可塑性的發展，而且可以提供正確的感覺輸入，誘發正常的運動反應輸出。腦功能成像顯示，強制性運動訓練可以促進梗死灶周圍皮層功能重組[14]。從分子水平上，運動可能影響了腦部的谷氨酸體系。

經過1周中低強度跑臺訓練，可觀察到大鼠海馬NMDA受體表達量顯著提高，且神經再生現象明顯[15-16]；但對NMDA受體基因敲除的小鼠，即使經過3周運動訓練，其海馬區域仍觀察不到神經再生現象[17]。有學者發現，經過1個月隨意運動，正常小鼠腦部谷氨酸相關蛋白含量提高，其中磷酸化NMDA受體明顯升高：磷酸化NMDAR1(150%)、磷酸化NMDAR2B(183%)[18]。動態觀察顯示，至少2周的預運動訓練對隨后發生的腦缺血及再灌注期間腦區內興奮性氨基酸遞質的過度釋放有一定的抑制作用[19]。另外，預運動可以有效減少缺血后NR2B以及代謝性谷氨酸受體mRNA表達水平[20]。但缺血后給予運動訓練對腦組織中NMDA受體表達量會產生怎樣的影響，目前尚未見報道。

4 結語與展望

NMDA受體在腦缺血損傷中起重要作用：介導過量Ca2+內流，激活蛋白酶和核酸內切酶，促進NO和自由基的產生，使線粒體膜滲透性發生改變，從而誘導神經元的損傷或死亡[21]。運動訓練對正常動物腦組織中NMDA受體的活化作用明顯；腦卒中前的運動訓練也可以影響到腦部NMDA受體及基因的表達水平，從而在缺血性腦損傷早期起到一定的保護作用。但缺血后運動訓練對腦組織中NMDA受體表達量會產生怎樣的影響還需要進一步的研究。

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