代謝型谷氨酸受體調節劑在顱腦損傷后的應用

朱星全，許民輝，王 昊

創傷性顱腦損傷(traumatic brain injury,TBI)是現代社會中的一個突出問題，其高致殘率和致死率嚴重威脅著人類生命及生活質量。顱腦創傷分為原發性損傷和繼發性損傷，前者在傷后立即出現無法逆轉，而后者卻具有可逆性并對預后具有決定性作用。因此，提高TBI救治水平，始終是人們關注的問題。目前，對于繼發性損傷機制的認識主要有興奮性氨基酸毒性、過度炎癥以及鈣超載三方面： 興奮性氨基酸(主要是谷氨酸Glu)的大量釋放可以通過N-甲基-D-天門冬氨酸鹽(NMDA)受體引起鈣離子超載及非NMDA途徑擴大炎癥損傷；反之，胞漿內異常增高的鈣離子濃度以及大量釋放的炎性介質又觸發突觸末梢出胞式的谷氨酸釋放，導致胞外谷氨酸的蓄積和興奮性毒性的加重[1]。谷氨酸作為神經系統主要的快速興奮性神經遞質，在顱腦損傷后的大量釋放是造成興奮性氨基酸毒性損害的最主要原因。近年來學者對中樞神經系統谷氨酸失調的后果進行大量的研究，但我們必須了解創傷后谷氨酸信號的傳導才能有針對性地進行治療，以起到治療和減輕損傷的目的。

1 谷氨酸受體(GluR)與興奮性毒性

谷氨酸的興奮毒性作用主要是通過其受體(GluR)介導的，腦組織損傷后Glu 濃度明顯升高可使其受體激活, 引起神經細胞下述變化： (1) GluR活化可引起短期內Glu攝取的抑制和刺激Glu進一步釋放,使神經細胞外液中Glu濃度過度升高。Dai[2]在觀察小鼠TBI后24h內其腦脊液內谷氨酸濃度的動態變化規律為： TBI后15min，谷氨酸濃度達到第一個相對的高峰，然后逐漸回落，3h時相對水平較低；隨后又呈現上升趨勢，到12h時達到最高峰，然后逐漸降低，但仍高于基礎水平。雖然文獻報道的傷后谷氨酸變化會因致傷方式、傷情輕重以及傷者不同而有所不同，但總體規律是相似的。(2) GluR的活化可引起神經細胞去極化,使神經細胞興奮性增高,導致Na+、K+、Cl-、Ca2+等離子通道的通透性增加,使細胞內外離子分布異常,引起神經細胞的多種生理生化特性改變。神經細胞去極化后首先破壞細胞內外的Cl-平衡,使Cl-通道開放, 細胞內Cl-增加，滲透壓增高，導致細胞腫脹。此后Ca2+通道開放，大量的Ca2+進入細胞內，并使細胞內原貯存的Ca2+釋放，造成細胞內Ca2+超載。而細胞內Ca2+超載一方面可引起神經細胞的脂質和蛋白質代謝紊亂,另一方面Ca2+進入腦血管壁，可通過鈣調素或直接作用于內皮細胞,刺激胞飲轉運增強,細胞收縮，使血腦屏障緊密連接擴大，通透性增高，最終導致腦組織水分增多、神經細胞腫脹、細胞膜損傷、蛋白質水解，引起不可逆性蛋白質變性而致神經細胞死亡。(3) GluR的活化還可引起神經細胞葡萄糖利用的增加,抑制某些蛋白質的合成,膠質細胞腫脹,巨噬細胞的活化。

2 代謝型谷氨酸受體(mGluR)的分類

GluR可分為離子型和代謝型受體兩大類。代謝型谷氨酸受體(mGluR)是一類和G蛋白偶聯的調節離子通道和第二信使生成酶的特異受體。代謝型受體與結合谷氨酸后,可導致膜兩側Na+和K+通透性升高,膜電位去極化,產生興奮性突觸后電位(EPSP)。多數情況下,這種EPSP產生得迅速，消失也快,故稱快突觸效應。NMDA型和α-氨基-3羥基-5甲基-4異惡唑受體(AMPA)結合谷氨酸后,可導致膜兩側Na+和K+通透性升高,膜兩側產生EPSP，同時也使Ca2+通透性增加,Ca2+大量進入細胞內,作為第二信使激活Ca2+依賴酶,如Ca2+鈣調蛋白依賴的蛋白激酶等,引發細胞內生理效應的變化。一般情況下,NMDA型受體引起的是相對緩慢而持久的EPSP，稱為慢突觸效應[3]。

mGluR存在多種亞型，反映著mGluR功能的復雜性和多樣性。根據各亞型間的同源性不同，將mGluR分成3組： 第一組(mGluRI) mGluR1和mGluR5。mGluRI組受體主要與突觸后興奮效應有關，其生理學特性為神經興奮性毒性增強效應，它可增加Ca2+內流和激活蛋白激酶C(proteinkinase C,PKC)，增加花生四烯酸(ArAc)的釋放以及一氧化氮(NO)的合成，拮抗mGluRI組受體能夠減少谷氨酸的釋放并促進星形膠質細胞對谷氨酸的攝??； 第二組(mGluRII)mGluR2和mGluR3。mGluR Ⅱ組受體通過抑制環磷腺苷(cAMP)的產生和谷氨酸的釋放，因此激活mGluR Ⅱ組受體可發揮神經保護作用[4]； 第三組(mGluRIII)mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8。Ⅲ組受體能抑制腺苷酸環化酶，減少cAMP的生成,從而抑制谷氨酸的釋放。據報道Ⅲ組mGluR在彌漫性腦損傷(DBI)后的表達增加提示其在DBI中反應性增高，具有一定的神經元保護作用。因此提示在TBI后選擇性抑制和/或激動mGluR可減輕繼發性顱腦損傷。

3 mGluR調節劑的應用

隨著mGluR亞型的選擇性激動劑和拮抗劑的發展，近年來，人們對mGluR的復雜作用以及它們在腦內的生理功能已有了較多了解。如mGluR與多種腦疾病，如認知、學習障礙，癲癇、帕金森病等都有密切關系[5-8]。mGluR作為潛在的治療目標，針對其生理、病理的研究已受到很大重視。目前認為可能是由于不同亞單位的組合及突觸前后分布差異對功能產生影響，不同的mGluR的轉導機制不同，因此mGluR對Glu介導的突觸傳遞可以是增強作用也可以表現為抑制效應，這些已成為目前研究的熱點[9-10]。最近的研究發現許多苯甘氨酸衍生物都有雙向作用，既對mGluR起拮抗作用，同時又對mGluR起相對的激動作用。如新合成的4羧基-苯甘氨酸(4CPG)和4-羧基-3-羥苯基甘氨酸(4C3HPG)則是最強的mGluR I拮抗劑，但它們對mGluR II有激動作用。3，4-dihydroxyphenyphenylglycol(DHPG)在轉染細胞中只激活mGluR5而對mGluR1無作用，而選擇性激活mGluR5可減輕TBI后腦水腫、神經元變性、膠質細胞的激活和促炎性細胞因子的釋放[11]，是一種能區別mGluR I亞型的激動劑[12]。而MGS0039則是一種高選擇性和較強的mGluR II拮抗劑[13]。苯甘氨酸衍生物很多，但目前研究苯甘氨酸衍生物，如上述提到的DHPG、MGS0039、4C3HPG等，對mGluR都存在雙向調節作用，雖然發現這些衍生物對GLu的釋放起調節作用，但它們對mGluR亞型的確切作用有待進一步研究。谷氨酸及其受體的變化所致的興奮毒性在創傷性顱腦損傷后的作用機制極為復雜，涉及許多因素，并且各因素之聯系密切。進一步認識顱腦損傷后谷氨酸及其受體的變化、興奮毒性作用機制、預防性阻斷興奮毒性和繼發性損傷，可以改善創傷性顱腦損傷的預后。開發高選擇性的mGluR 調節劑，在創傷性顱腦損傷后的有限治療時間窗內，降低病死率，促進神經功能恢復等都具有重要的意義。

根據對大鼠彌漫性腦損傷后大腦皮質中I、II組代謝型谷氨酸受體表達的研究中發現，I組代謝型谷氨酸受體傷后表達增加并參與神經元損傷的病理過程；Ⅱ組代謝型谷氨酸受體表達減少，使神經元保護作用減弱[14]。但通過近期研究發現在彌漫性腦損傷后應用谷氨酸受體激動劑2R，4R-APDC誘導齒狀回顆粒細胞前體細胞的增殖，具有潛在的神經保護作用[15]。目前已發現多種新型谷氨酸受體調節劑如： (S)-4-羧基-3-羥苯基甘氨酸(S)-4C3HPG、DHPG、羧基-羥苯基甘氨酸(CHPG)、吡咯烷基二硫代甲酸銨(APDC)等對代謝型谷氨酸受體的調節作用已在中樞神經系統的缺血、出血及損傷方面的有所闡述，(S)-4C3HPG對阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥、精神分裂癥、癲癇癥及椎體外系疾病的治療，減輕腦缺血后的腦梗塞灶等慢性疾病及神經保護方面都有較好的效果[16-17]。但對這些谷氨酸受體調節劑于創傷后的急性期顱腦內環境變化的調控鮮有深入的研究和報道。現有的實驗證明代謝型谷氨酸受體調節劑(S)-4C3HPG在顱腦創傷急性期的作用中證實傷前30min予以(S)-4C3HPG可通過抑制谷氨酸釋放及炎癥介質產生，從而減輕顱腦創傷急性期的腦損傷[18]，證明此調節劑安全有效并且有腦保護作用。但是我們知道顱腦原發性損傷無法預防和逆轉，而繼發性損傷卻具有可逆性并對預后具有決定性作用。在繼發性損傷出現后應用谷氨酸受體調節劑神經功能損害并沒有隨谷氨酸濃度的降低而減輕。因此推測Glu在TBI后產生的興奮性毒性損傷是炎性損傷的啟動因素。后期致傷的因素重點是炎癥反應而非谷氨酸，因此顱腦創傷后期即使抑制了谷氨酸的釋放，也不會有效減輕損傷。但近期有報道證實對mGluR亞型的激活在TBI后期又可抑制炎癥反應，減輕水腫及神經元變性。因此TBI后急性期及后期選擇性應用代謝型谷氨酸受體調節劑來抑制腦脊液中谷氨酸濃度降低炎癥因子在傷后早期的表達水平，可能在較大程度上減輕繼發性顱腦損傷及帶來的神經功能障礙。因此在TBI后的急性期有限治療時間窗內如何合理運用mGluR調節劑來抑制腦脊液中谷氨酸濃度、降低炎癥因子的表達水平，是目前深入研究的方向之一。

4 展望

mGluR 的作用比較復雜，可能是由于不同亞單位的組合及突觸前后分布差異對功能產生影響,確切作用有待進一步研究。總之，谷氨酸及其受體的變化所致的興奮性毒性在TBI后腦缺血缺氧時的機制極為復雜，涉及許多因素，并且各因素之間聯系密切，對腦缺血時的損傷具有重要的作用。進一步認識TBI后谷氨酸及其受體的變化、興奮毒性作用機制，預防性阻斷興奮毒性可以改善腦損傷的預后[19]。開發高選擇性的GluR 阻滯劑，在顱腦損傷后有限的治療時間窗內，配合或合用效果好、不良應應小的神經保護藥，減少繼發傷帶來的神經功能障礙，降低病死率，促進神經功能恢復等都具有重要的意義。

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