谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用機制研究進展

朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學附屬第一醫院，湖南衡陽421000）

谷氨酸和γ-氨基丁酸在帕金森病中的作用機制研究進展

朱 燚綜述，武 衡審校

（南華大學附屬第一醫院，湖南衡陽421000）

γ氨基丁酸； 谷氨酸類； 黒質； 神經元； 帕金森病/病因學； 綜述

帕金森病是中老年人常見的神經退行性疾病，其病理表現為中腦黑質致密部多巴胺能神經元的變性、缺失，殘存的神經元以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。帕金森病的發病機制復雜，目前認為是在環境因素及衰老的共同作用下，通過氧化應激、線粒體功能障礙、蛋白酶體功能紊亂、免疫炎性反應、鈣穩態失衡、興奮性毒性、細胞凋亡等機制導致黑質多巴胺能神經元大量變性、丟失，造成紋狀體內多巴胺和乙酰膽堿2種遞質的平衡失調而發病。而多巴胺神經元在興奮性谷氨酸（Glu）和抑制性γ-氨基丁酸（GABA）系統之間得到控制，這些系統之間的不平衡可能會導致興奮性毒性和多巴胺能細胞死亡。本文就Glu、GABA在帕金森病中作用的可能機制作一綜述。

在中樞神經系統中，突觸傳遞最重要的方式就是神經化學傳遞。神經遞質由突觸前膜釋放后與突觸后膜受體結合，產生突觸去極化電位或超極化電位，導致突觸后神經興奮性增高或降低。腦內神經遞質分為4類，即生物原胺類、氨基酸類、肽類、其他類。氨基酸類神經遞質包括：Glu、GABA、甘氨酸（Gly）、天門冬氨酸（Asp）。氨基酸類神經遞質廣泛存在于哺乳動物的腦組織內，能夠維持哺乳動物神經系統電生理平衡，與維持腦的正常功能有著重要關系。氨基酸類神經遞質分為興奮性氨基酸類神經遞質和抑制性氨基酸類神經遞質，Glu、Asp為興奮性神經遞質，GABA、Gly為抑制性神經遞質，氨基酸類神經遞質含量的改變與神經退行性變、腦損傷、學習記憶密切相關。其中，Glu和GABA參與帕金森病的發病過程。

1 Glu及谷氨酸受體

Glu是中樞神經系統內含量最高、作用最廣泛的興奮性氨基酸，主要集中在前腦，從新皮質到后腦逐漸減少。在興奮性突觸，Glu是儲存在囊泡中，可以釋放于突觸前神經元、突觸后神經元，以及神經膠質細胞，特別是星形膠質細胞。細胞內的Glu相對不活躍，其濃度比細胞外高10 000倍，由于細胞外Glu濃度調控，使Glu保持在一定的范圍內。星形膠質細胞可調控大部分的細胞外谷氨酸，其通過命名為興奮性氨基酸轉運蛋白（EAATs）的高親和力的蛋白載體促進Glu的吸收，以及通過Glu的細胞內轉化為無活性的代謝物谷氨酰胺[1]。Glu本身是無毒的，但可通過刺激黑質多巴胺能神經元中Glu受體亞型的表達，調節多巴胺的活性和釋放而發揮毒性作用[2-3]。Glu受體可分為兩大類：將陽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，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合物，由Gly結合GluN1和GluN3亞基（Glun3a～b）和Glu結合GluN2亞基（GluN 2a～d）組成的四聚體結構[4]。與其他配體門控陽離子通道相比，NMDA受體有不同的特點，比如同時結合Glu和Gly共同激動劑的能力，細胞外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。有研究表明，根據其不同的亞基組成，NMDA受體介導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，選擇性激活突觸外NMDA受體不導致初級神經元毒性，表明興奮性發病過程依賴突觸和突觸外NMDA受體共同激活持續的時間。

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

紅藻氨酸受體的分子克隆已經確定了5個亞基：GluK1、GluK2、GluK3、GluK4和GluK5。相比于NMDA和AMPA受體，目前對紅藻氨酸受體功能的了解仍很有限。紅藻氨酸受體相關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突觸傳遞，而突觸前紅藻氨酸受體調節各突觸神經遞質的釋放，從而影響短期和長期的可塑性[10]。

1.2 代謝性谷氨酸受體（mGluRs） mGluRs通過環核苷酸或磷酸肌醇代謝激活細胞內第二信使通路?；罨挠H代謝型谷氨酸能通過細胞膜上G蛋白亞基的釋放改變離子通道的功能。目前已經確定了8個不同代謝型谷氨酸受體亞型：mGluR1～mGluR8。根據其結構和生理活動的基礎分為三組：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，導致三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油的形成，IP3通過刺激鈣從細胞內釋放，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。一項來自Ⅰ組代謝型谷氨酸受體在帕金森病發病的研究表明mGluR5拮抗劑可改善帕金森病動物模型的行為[11]，并對1-甲基4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導帕金森病動物的神經毒性起保護作用[12]。小鼠缺乏mGluR5受體也顯示減少MPTP毒性[13]。Ⅱ組和Ⅲ組mGluRs負耦合腺苷酸環化酶激活，阻止環磷酸腺苷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的激活可調節正常和帕金森病大鼠蒼白球神經元的活動[15]。

1.3 Glu在帕金森病中的興奮性毒性作用 在帕金森病中，過多的Glu能輸入到基底神經節的不同腦區導致黑質紋狀體通路的多巴胺能神經元變性。過度激活NMDA受體參與了帕金森病的病理生理，高濃度谷氨酸能神經元有神經毒性[16]。NMDA受體的過度刺激，大量的胞外鈣內流，激活鈣依賴性酶參與蛋白質、核酸和磷脂的分解代謝及NO的合成[17]。這種Ca2+內流引起的細胞死亡是由于細胞膜破裂，細胞骨架的改變，并沒有衍生自由基[18]。為了調查慢性治療MPTP誘導的Glu代謝受阻，Meredith等[19]評估黑質細胞外Glu水平，發現在MPTP/丙磺舒治療的小鼠與對照組動物相比Glu含量有顯著增加。左旋多巴替代多巴胺引起的細胞外Glu顯著減少，可能是通過一個負反饋抑制Glu能輸入到黑質。Meredith等[19]用D-天冬氨酸進行吸收實驗證明，中腦谷氨酸轉運體的表達和功能可能有助于提高突觸Glu水平。

多巴胺能神經元NMDA受體的發現，成為開發新藥預防或治療帕金森病的重要目標。因此，谷氨酸受體拮抗劑，尤其是NMDA受體拮抗劑，已被證明成功地發揮保護作用[18]。在嚙齒類動物中，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動障礙，低劑量的NMDA受體拮抗劑也與多巴胺能藥物有協同作用[17]。此外，金剛烷胺通過NMDA受體非競爭性地拮抗帕金森效應[20]。mGlu2/3受體激動劑治療被證明能減輕MPTP誘導的小鼠多巴胺能神經元變性[21]。

2 GABA及其受體

在動物體內，GABA幾乎只存在于神經組織中，主要貯存于灰質，特別是紋狀體、黑質、小腦的齒狀核等處，免疫學研究表明，其濃度最高的區域為大腦中黑質。GABA屬強神經抑制性氨基酸，由谷氨酸脫羧酶脫羧作用下脫羧而成，作用于動物細胞中的GABA受體。與神經遞質GABA結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個亞基圍繞1個中心氯離子通道構成多聚跨膜受體。GABAA受體是一個氯離子通道，GABA的抑制性或興奮性是依賴于細胞膜內外的氯離子濃度的，GABAA受體被激活后，導致氯離子通道開放，能增加細胞膜對氯離子通透性，使氯離子流入神經細胞內，引起細胞膜超極化，抑制神經元細胞激動，從而減少動物的運動量。GABAB受體屬于G蛋白偶聯受體家族，是促代謝型跨膜受體，通過G蛋白與鉀通道相關[22]。GABA有鎮靜神經、抗焦慮、降低血壓、降低血氨、提高腦活力、促進乙醇代謝、防止皮膚老化、消除體臭、改善脂質代謝、防止動脈硬化等作用。

2.2 GABA在帕金森病發病中的抑制作用 基底節內非多巴胺遞質通路中除丘腦底核到蒼白球內側部、黑質網狀部為谷氨酸能興奮性投射外，其余均為GABA能抑制性投射。帕金森病狀態下，黑質網狀部多巴胺神經元減少使蒼白球內側部、黑質網狀部傳出沖動增加，尤其是丘腦底核到蒼白球內側部、黑質網狀部興奮性通路活動的增強可能是蒼白球內側部、黑質網狀部傳出沖動增加的主要原因，而蒼白球內側部、黑質網狀部至丘腦的沖動為抑制性的GABA通路，最終導致丘腦皮層通路被過度抑制，從而出現一系列帕金森病癥狀[23]。GABA能調控黑質多巴胺神經元活性，在帕金森病臨終患者基底神經節觀察到GABA和GABA合成酶谷氨酸脫羧酶（GAD）的丟失[24]。5-羥色胺和GABA隨著骨髓細胞注入6-OHDA誘導的大鼠能對抗氧化應激介導的神經損傷[25]。GABAB受體激動劑巴氯芬通過調節GABA能通路抑制神經炎癥和氧化應激，防止MPTP誘導的神經毒性[26]。

3 結 語

興奮性元和抑制性GABA系統之間的不平衡，導致黑質致密部神經興奮性毒性和多巴胺能神經元死亡，是帕金森病發病的作用機制之一。因此，Glu和GABA在帕金森病的作用可能有助于開發更有效的神經保護治療藥物，有助于改善患者的生活質量。

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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，主要從事內科醫師工作；E-mail：411471084@qq.com。

武衡（E-mail：wh720108@sina.com）。