谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽(yáng)421000）

谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽(yáng)421000）

γ氨基丁酸； 谷氨酸類； 黒質(zhì)； 神經(jīng)元； 帕金森病/病因?qū)W； 綜述

帕金森病是中老年人常見的神經(jīng)退行性疾病，其病理表現(xiàn)為中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的變性、缺失，殘存的神經(jīng)元以α-突觸共核蛋白（α-synuclein）主要成分嗜酸性包涵體-路易小體（LD）存在。帕金森病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前認(rèn)為是在環(huán)境因素及衰老的共同作用下，通過(guò)氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白酶體功能紊亂、免疫炎性反應(yīng)、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、興奮性毒性、細(xì)胞凋亡等機(jī)制導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元大量變性、丟失，造成紋狀體內(nèi)多巴胺和乙酰膽堿2種遞質(zhì)的平衡失調(diào)而發(fā)病。而多巴胺神經(jīng)元在興奮性谷氨酸（Glu）和抑制性γ-氨基丁酸（GABA）系統(tǒng)之間得到控制，這些系統(tǒng)之間的不平衡可能會(huì)導(dǎo)致興奮性毒性和多巴胺能細(xì)胞死亡。本文就Glu、GABA在帕金森病中作用的可能機(jī)制作一綜述。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，突觸傳遞最重要的方式就是神經(jīng)化學(xué)傳遞。神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前膜釋放后與突觸后膜受體結(jié)合，產(chǎn)生突觸去極化電位或超極化電位，導(dǎo)致突觸后神經(jīng)興奮性增高或降低。腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)分為4類，即生物原胺類、氨基酸類、肽類、其他類。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)包括：Glu、GABA、甘氨酸（Gly）、天門冬氨酸（Asp）。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)廣泛存在于哺乳動(dòng)物的腦組織內(nèi)，能夠維持哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)電生理平衡，與維持腦的正常功能有著重要關(guān)系。氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)分為興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)和抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)，Glu、Asp為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA、Gly為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)含量的改變與神經(jīng)退行性變、腦損傷、學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)。其中，Glu和GABA參與帕金森病的發(fā)病過(guò)程。

1 Glu及谷氨酸受體

Glu是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)含量最高、作用最廣泛的興奮性氨基酸，主要集中在前腦，從新皮質(zhì)到后腦逐漸減少。在興奮性突觸，Glu是儲(chǔ)存在囊泡中，可以釋放于突觸前神經(jīng)元、突觸后神經(jīng)元，以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞。細(xì)胞內(nèi)的Glu相對(duì)不活躍，其濃度比細(xì)胞外高10 000倍，由于細(xì)胞外Glu濃度調(diào)控，使Glu保持在一定的范圍內(nèi)。星形膠質(zhì)細(xì)胞可調(diào)控大部分的細(xì)胞外谷氨酸，其通過(guò)命名為興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（EAATs）的高親和力的蛋白載體促進(jìn)Glu的吸收，以及通過(guò)Glu的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為無(wú)活性的代謝物谷氨酰胺[1]。Glu本身是無(wú)毒的，但可通過(guò)刺激黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中Glu受體亞型的表達(dá)，調(diào)節(jié)多巴胺的活性和釋放而發(fā)揮毒性作用[2-3]。Glu受體可分為兩大類：將陽(yáng)離子離子通道受體稱為離子型受體；與G蛋白受體，稱為代謝型受體。

1.1 離子型谷氨酸受體 Glu能激活3種離子型受體，其均是四聚或五聚型蛋白質(zhì)，包括N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptors，NMDAs）、α-氨基-3-羥-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors，AMPARs）、紅藻氨酸受體。離子通道受體由不同的基因編碼不同的亞基組成。

NMDA受體是家族的離子型谷氨酸受體（iGluRs）和配體門控離子通道受體復(fù)合物，由Gly結(jié)合GluN1和GluN3亞基（Glun3a～b）和Glu結(jié)合GluN2亞基（GluN 2a～d）組成的四聚體結(jié)構(gòu)[4]。與其他配體門控陽(yáng)離子通道相比，NMDA受體有不同的特點(diǎn)，比如同時(shí)結(jié)合Glu和Gly共同激動(dòng)劑的能力，細(xì)胞外Mg2+通道電壓依賴性阻滯，以及具有高滲透性 Na+、Ca2+和 K+離子[5-6]。這些受體可滲透正離子，特別是Ca2+，它們有突觸和突觸外位點(diǎn)。有研究表明，根據(jù)其不同的亞基組成，NMDA受體介導(dǎo)的毒性不是突觸受體興奮性毒性，而是突觸外受體興奮性毒性[7]。而Zhou等[8]最近證實(shí)，選擇性激活突觸外NMDA受體不導(dǎo)致初級(jí)神經(jīng)元毒性，表明興奮性發(fā)病過(guò)程依賴突觸和突觸外NMDA受體共同激活持續(xù)的時(shí)間。

AMPA受體有4個(gè)亞基，分別為GluA1、GluA2、Glu-A3、GluA4，目前已被克隆。AMPA受體是一個(gè)由對(duì)稱的二聚體GluA2，或GluA1、GluA3、GluA4組成的四聚體結(jié)構(gòu)[9]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的AMPA受體主要滲透了Na+和K+；Ca2+在興奮性毒性機(jī)制中的核心作用，解釋了為什么AMPA受體扮演一個(gè)小角色。

紅藻氨酸受體的分子克隆已經(jīng)確定了5個(gè)亞基：GluK1、GluK2、GluK3、GluK4和GluK5。相比于NMDA和AMPA受體，目前對(duì)紅藻氨酸受體功能的了解仍很有限。紅藻氨酸受體相關(guān)的離子通道是可滲透的Na+和K+，低滲透鈣[10]。大腦中紅藻氨酸受體分布于海馬、杏仁核、大腦皮層、小腦和蒼白球。突觸后紅藻氨酸受體介導(dǎo)突觸傳遞，而突觸前紅藻氨酸受體調(diào)節(jié)各突觸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，從而影響短期和長(zhǎng)期的可塑性[10]。

1.2 代謝性谷氨酸受體（mGluRs） mGluRs通過(guò)環(huán)核苷酸或磷酸肌醇代謝激活細(xì)胞內(nèi)第二信使通路。活化的親代謝型谷氨酸能通過(guò)細(xì)胞膜上G蛋白亞基的釋放改變離子通道的功能。目前已經(jīng)確定了8個(gè)不同代謝型谷氨酸受體亞型：mGluR1～mGluR8。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和生理活動(dòng)的基礎(chǔ)分為三組：Ⅰ組（mGluR1和mGluR5）、Ⅱ組（mGluR2和 mGluR3）和Ⅲ組（mGluR4、mGluR6、mGluR7、mGluR8）。刺激組mGluRs激活酶磷脂酶C，導(dǎo)致三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油的形成，IP3通過(guò)刺激鈣從細(xì)胞內(nèi)釋放，增加胞漿鈣濃度，而二酰甘油作為蛋白激酶C的活化輔助因子。一項(xiàng)來(lái)自Ⅰ組代謝型谷氨酸受體在帕金森病發(fā)病的研究表明mGluR5拮抗劑可改善帕金森病動(dòng)物模型的行為[11]，并對(duì)1-甲基4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)帕金森病動(dòng)物的神經(jīng)毒性起保護(hù)作用[12]。小鼠缺乏mGluR5受體也顯示減少M(fèi)PTP毒性[13]。Ⅱ組和Ⅲ組mGluRs負(fù)耦合腺苷酸環(huán)化酶激活，阻止環(huán)磷酸腺苷ATP的形成。Ⅱ組和Ⅲ組mGluRs主要參與突觸前抑制。最近有研究報(bào)道，在帕金森病的早期階段，第3組mGluRs廣譜拮抗劑ACPT-I全身用藥，產(chǎn)生抗帕金森病效果的作用主要在丘腦底核而不是蒼白球的水平[14]。而有研究表明，第Ⅲ組mGluRs的激活可調(diào)節(jié)正常和帕金森病大鼠蒼白球神經(jīng)元的活動(dòng)[15]。

1.3 Glu在帕金森病中的興奮性毒性作用 在帕金森病中，過(guò)多的Glu能輸入到基底神經(jīng)節(jié)的不同腦區(qū)導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路的多巴胺能神經(jīng)元變性。過(guò)度激活NMDA受體參與了帕金森病的病理生理，高濃度谷氨酸能神經(jīng)元有神經(jīng)毒性[16]。NMDA受體的過(guò)度刺激，大量的胞外鈣內(nèi)流，激活鈣依賴性酶參與蛋白質(zhì)、核酸和磷脂的分解代謝及NO的合成[17]。這種Ca2+內(nèi)流引起的細(xì)胞死亡是由于細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞骨架的改變，并沒(méi)有衍生自由基[18]。為了調(diào)查慢性治療MPTP誘導(dǎo)的Glu代謝受阻，Meredith等[19]評(píng)估黑質(zhì)細(xì)胞外Glu水平，發(fā)現(xiàn)在MPTP/丙磺舒治療的小鼠與對(duì)照組動(dòng)物相比Glu含量有顯著增加。左旋多巴替代多巴胺引起的細(xì)胞外Glu顯著減少，可能是通過(guò)一個(gè)負(fù)反饋抑制Glu能輸入到黑質(zhì)。Meredith等[19]用D-天冬氨酸進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)證明，中腦谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)和功能可能有助于提高突觸Glu水平。

多巴胺能神經(jīng)元NMDA受體的發(fā)現(xiàn)，成為開發(fā)新藥預(yù)防或治療帕金森病的重要目標(biāo)。因此，谷氨酸受體拮抗劑，尤其是NMDA受體拮抗劑，已被證明成功地發(fā)揮保護(hù)作用[18]。在嚙齒類動(dòng)物中，低劑量的NMDA受體拮抗劑MK-801可以改善多巴胺耗竭引起的運(yùn)動(dòng)障礙，低劑量的NMDA受體拮抗劑也與多巴胺能藥物有協(xié)同作用[17]。此外，金剛烷胺通過(guò)NMDA受體非競(jìng)爭(zhēng)性地拮抗帕金森效應(yīng)[20]。mGlu2/3受體激動(dòng)劑治療被證明能減輕MPTP誘導(dǎo)的小鼠多巴胺能神經(jīng)元變性[21]。

2 GABA及其受體

在動(dòng)物體內(nèi)，GABA幾乎只存在于神經(jīng)組織中，主要貯存于灰質(zhì)，特別是紋狀體、黑質(zhì)、小腦的齒狀核等處，免疫學(xué)研究表明，其濃度最高的區(qū)域?yàn)榇竽X中黑質(zhì)。GABA屬?gòu)?qiáng)神經(jīng)抑制性氨基酸，由谷氨酸脫羧酶脫羧作用下脫羧而成，作用于動(dòng)物細(xì)胞中的GABA受體。與神經(jīng)遞質(zhì)GABA結(jié)合的受體主要有兩類：GABAA受體和GABAB受體。GABAA受體屬于配體門控離子通道超家族，由5個(gè)亞基圍繞1個(gè)中心氯離子通道構(gòu)成多聚跨膜受體。GABAA受體是一個(gè)氯離子通道，GABA的抑制性或興奮性是依賴于細(xì)胞膜內(nèi)外的氯離子濃度的，GABAA受體被激活后，導(dǎo)致氯離子通道開放，能增加細(xì)胞膜對(duì)氯離子通透性，使氯離子流入神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞膜超極化，抑制神經(jīng)元細(xì)胞激動(dòng)，從而減少動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)量。GABAB受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族，是促代謝型跨膜受體，通過(guò)G蛋白與鉀通道相關(guān)[22]。GABA有鎮(zhèn)靜神經(jīng)、抗焦慮、降低血壓、降低血氨、提高腦活力、促進(jìn)乙醇代謝、防止皮膚老化、消除體臭、改善脂質(zhì)代謝、防止動(dòng)脈硬化等作用。

2.2 GABA在帕金森病發(fā)病中的抑制作用 基底節(jié)內(nèi)非多巴胺遞質(zhì)通路中除丘腦底核到蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部為谷氨酸能興奮性投射外，其余均為GABA能抑制性投射。帕金森病狀態(tài)下，黑質(zhì)網(wǎng)狀部多巴胺神經(jīng)元減少使蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部傳出沖動(dòng)增加，尤其是丘腦底核到蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部興奮性通路活動(dòng)的增強(qiáng)可能是蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部傳出沖動(dòng)增加的主要原因，而蒼白球內(nèi)側(cè)部、黑質(zhì)網(wǎng)狀部至丘腦的沖動(dòng)為抑制性的GABA通路，最終導(dǎo)致丘腦皮層通路被過(guò)度抑制，從而出現(xiàn)一系列帕金森病癥狀[23]。GABA能調(diào)控黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元活性，在帕金森病臨終患者基底神經(jīng)節(jié)觀察到GABA和GABA合成酶谷氨酸脫羧酶（GAD）的丟失[24]。5-羥色胺和GABA隨著骨髓細(xì)胞注入6-OHDA誘導(dǎo)的大鼠能對(duì)抗氧化應(yīng)激介導(dǎo)的神經(jīng)損傷[25]。GABAB受體激動(dòng)劑巴氯芬通過(guò)調(diào)節(jié)GABA能通路抑制神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激，防止MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性[26]。

3 結(jié) 語(yǔ)

興奮性元和抑制性GABA系統(tǒng)之間的不平衡，導(dǎo)致黑質(zhì)致密部神經(jīng)興奮性毒性和多巴胺能神經(jīng)元死亡，是帕金森病發(fā)病的作用機(jī)制之一。因此，Glu和GABA在帕金森病的作用可能有助于開發(fā)更有效的神經(jīng)保護(hù)治療藥物，有助于改善患者的生活質(zhì)量。

[1]Rothstein JD，Dykes-Hoberg M，Pardo CA，et al.Knockout of glutamate transporters reveals a major role for astroglial transport in excitotoxicity and clearance of glutamate[J].Neuron，1996，16：675-686.

[2]Mueller HT，Haroutunian V，Davis KL，et al.Expression of the ionotropic glutamate receptor subunits and NMDA receptor-associated intracellular proteins in the substantia nigra in schizophrenia[J].Brain Res Mol Brain Res，2004，121（1/2）：60-69.

[3]Schiemann J，Schlaudraff F，Klose V，et al.K-ATP channels in dopamine substantia nigra neurons control bursting and novelty-induced exploration[J]. Nat Neurosci，2012，15（9）：1272-1280.

[4]Kvist T，Greenwood JR，Hansen KB.Structure-based discovery of antagonists for GluN3-containing N-methyl-d-aspartate receptors[J].Neuropharmacology，2013，75：324-336.

[5]Kiss L，Cheng G，Bednar B，et al.In vitro characterization of novel NR2B selective NMDA receptor antagonists[J].Neurochem Int，2005，46（6）：453-464.

[6]Mugnaini M，Dal Forno G，Corsi M，et al.Receptor binding characteristics of the novel NMDA receptor glycine site antagonist[3H]GV150526A in rat cerebral cortical membranes[J].Eur J Pharmacol，2000，391（3）：233-241.

[7]Hardingham GE，Bading H.Synaptic versus extrasynaptic NMDA receptor signalling：implications for neurodegenerative disorders[J].Nat Rev Neurosci，2010，11（10）：682-696.

[8]Zhou X，Hollern D，Liao J，et al.NMDA receptor-mediated excitotoxicity depends on the coactivation of synaptic and extrasynaptic receptors[J]. Cell Death Dis，2013，4：e560.

[9]Greger IH，Ziff EB，Penn AC.Molecular determinants of AMPA receptor subunit assembly[J].Trends Neurosci，2007，30（8）：407-416.

[10]Huettner JE.Kainate receptors and synaptic transmission[J].Prog Neurobiol，2003，70（5）：387-407.

[11]Phillips JM，Lam HA，Ackerson LC，et al.Blockade of mGluR glutamate receptors in the subthalamic nucleus ameliorates motor asymmetry in an animal model of Parkinson′s disease[J].Eur J Neurosci，2006，23（1）：151-160.

[12]Aguirre JA，Kehr J，Yoshitake T，et al.Protection but maintained dysfunction of nigral dopaminergic nerve cell bodies and striatal dopaminergic terminals in MPTP-lesioned mice after acute treatment with the mGluR5 antagonist MPEP[J].Brain Res，2005，1033（2）：216-220.

[13]Battaglia G，Busceti CL，Molinaro G，et al.Endogenous activation of mGlu5 metabotropic glutamate receptors contributes to the development of nigrostriatal damage induced by 1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyri dinein mice[J].J Neurosci，2004，24（4）：828-835.

[14]Lopez S，Jouve L，Turle-Lorenzo N，et al.Antiparkinsonian action of a selective groupⅢmGlu receptor agonist is associated with reversal of subthalamonigral overactivity[J].Neurobiol Dis，2012，46（1）：69-77.

[15]Sun XR，Chen L，Chen WF，et al.Electrophysiological and behavioral effects of groupⅢmetabotropic glutamate receptors on pallidal neurons in normal and parkinsonian rats[J].Synapse，2013，67（12）：831-838.

[16]Lynch DR，Guttmann RP.Excitotoxicity：perspectives based on N-methyl-D-aspartate receptor subtypes[J].J Pharmacol Exp Ther，2002，300（3）：717-723.

[17]Hallett PJ，Standaert DG.Rationale for and use of NMDA receptor antagonists in Parkinson′s disease[J].Pharmacol Therapeut，2004，102（2）：155-174.

[18]Koutsilieri E，Riederer P.Excitotoxicity and new antiglutamatergic strategies in Parkinson′s disease and Alzheimer′s disease[J].Parkinsonism Relat Disord，2007，13（3）：329-331.

[19]Meredith GE，Totterdell S，Beales M，et al.Impaired glutamate homeostasis and programmed cell death in a chronic MPTP mouse model of Parkinson′s disease[J].Exp Neurol，2009，219：334-340.

[20]Sarre S，Lanza M，Makovec F.In vivo neurochemical effects of the NR2B selective NMDA receptor antagonist CR 3394 in 6-hydroxydopamine lesioned rats[J].Eur J Pharmacol，2008，584（2/3）：297-305.

[21]Corti C，Battaglia G，Molinaro G，et al.The use of knock-out mice unravels distinct roles for mGlu2 and mGlu3 metabotropic glutamate receptors in mechanisms of neurodegeneration/neuroprotection[J].Neurosci，2007，27（31）：8297-8308.

[22]Chen K，Li H，Ye N，et al.Role of GABA receptors in GABA and baclofeninduced inhibition of adult rat cerebellar interpositus neurons in vitro[J]. Brain Research Bulletin，2005，67（4）：310-318.

[23]Lelan F，Damier P.Grafted dopaminergic neurons are targeted by the disease process in Parkinson′s disease[J].Med Sci，2009，25（1）：15-16.

[24]Haydar TF，Wang F，Schwartz ml，et al.Differential modulation of proliferation in the neocortical ventricular and subventricular zones[J].Neurosci，2000，20（15）：5764-5774.

[25]Kuruvilla KP，Nandhu MS，Paul J，et al.Oxidative stress mediated neuronal damage in the corpus striatum of 6-hydroxydopamine lesioned Parkinson′s rats：Neuroprotection by Serotonin，GABA and Bone Marrow Cells Supplementation[J].Neurol Sci，2013，331（1/2）：31-37.

[26]Tyagi RK，Bisht R，Pant J，et.al.Possible role of GABA-B receptor modulation in MPTP induced Parkinson′s disease in rats[J].Experimental and Toxicol Pathol，2015，67（2）：211-217.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.21.019

A

1009-5519（2015）21-3259-03

2015-07-10）

朱燚（1988-）女，湖南株洲人，碩士研究生，主要從事內(nèi)科醫(yī)師工作；E-mail：411471084@qq.com。

武衡（E-mail：wh720108@sina.com）。