GABAA受體研究現狀

袁蓮芳，陳 果，賈宏閣，高 影，劉利寧，李毓新，師建國

(1.西安醫學院第二附屬醫院，陜西 西安 710038；2.第四軍醫大學西京醫院，陜西 西安 710032)

1 GABAA受體的分子結構

GABAA受體是由GABA識別點、苯二氮(BDZ)識別點和Cl-門控通道3部分組成的大分子蛋白復合體。目前的研究結果證明GABAA受體是由鑲嵌于神經細胞質膜雙脂層中的5個亞基(來自8個亞基族)組成的五邊形異質性多肽類寡聚體，其中心部位形成一個直徑為0.5 nm的GABA門控Cl-通道[2]，這5個亞基由2個α亞基(α1～6)、2個β亞基(β1～3)或θ亞基和1個γ亞基(γ1～3)/δ或ε亞基組成[3]。

2 GABAA受體的配體

3 GABAA受體的活性部位

藥理學分析和定點突變研究證實GABAA受體上有一些氨基酸殘基在GABA和BDZ類藥物與受體的結合過程中起重要作用。文獻報道，α亞基上的His101 和Gly200與γ亞基上的he77、Met130和Thr142是大鼠GABAA受體BDZ結合位點形成的關鍵氨基酸，α1亞基上Tyr159、yr161、Thr162、Thr206、Thr209、Val211影響配體與BDZ位點結合的親和力，β亞基上的Tyr157、Thr160、Thr202與Tyr205和α1亞基上的Phe64是GABA與GABAA受體結合所必需的氨基酸。此外，實驗結果表明受體上的一些氨基酸殘基在抑制劑巴比妥類以及神經活性類固醇類藥物等與GABAA受體結合時發揮重要作用[6]。

4 GABAA受體的亞基

通過cDNA克隆技術已測定出在哺乳動物大腦內有23個肽GABAA受體亞基的氨基酸基因序列[7]，依氨基酸序列相似程度，將亞基系列分為8個亞基族，分別命名為α1～6、β1～6、γ1～3、δ1、ε1、π1、ρ1～3、θ1，由400～550 個氨基酸殘基組成，其中包括約220個氨基酸殘基組成的胞外N端疏水域，含有2個(α1亞基)、3個(α2亞基、β亞基)和4個(α3亞基)N糖基化部位，都具有4個疏水的跨膜順序(TM1～4)，跨膜順序彼此之間通過親水性氨基酸相連接，TM1共同序列中心有一保守的脯氨酸存在，在受體通道形成、門控和巴比妥類作用等方面發揮重要作用，并且脯氨酸在疏水的TM1的p結構中形成一個回折，影響鄰近TM2的螺旋，TM2親水性氨基酸殘基形成Cl-通道，能選擇性通過帶負電荷的Cl-。受體所有亞基胞外區均有一個由15個氨基酸殘基形成的β環結構。γ2L亞基氨基酸序列中含有一個被蛋白激酶C磷酸化的氨基酸位點和一個被Ca2+/鈣黏蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ的氨基酸位點[8]。哺乳動物大腦中存在的天然GABAA由α、β和γ亞基組成(α3、β2、γ2)[9-10]，至少有12～24 個亞型具有重要的生理功能[11-12]。大腦中存在的受體亞型可能是由1個、2個、3個或5個不同亞基所組成的天然受體。不同的GABAA受體亞型分別表達在大腦特定的區域，多數神經元僅表達一個主要的亞型，即特定神經元表達GABAA受體含有特定的亞基組合。體外重組GABAA受體表達研究表明，亞基的組成決定受體的藥理學和電生理學性質，大量的受體亞型存在很有可能建立起新的帶有選擇性療效的作用靶。GABAA受體亞型的結構和藥理學研究可望在大腦不同區域為選擇性調節GABAA受體亞型開辟新的途徑。

5 GABAA受體亞基基因

A受體基因主要由5q34～35區域α1、γ2基因簇和15q11～13區域α5、β3、γ3基因簇共同構成。GABAA受體α1基因定位于5q34～35區域。γ2定位于5q31.1～33.1區域，與α1鄰近。α5、β3、γ3基因定位于15q11.2～12區域。β是GABAA受體的主要組成部分，γ3是GABAA受體中最重要的輔助結構。

5.1 α1γ2基因簇的研究 GABAA受體α1基因由Buckle等定位在5q34～35區域。α1活化主要依賴于細胞的靜息電位。GABAA受體γ2基因由Warrington在1992年首次定位在5號染色體5q31.1～33.1區域。該基因參與編碼GABAA受體亞型的復合配體門通道。

5.2 α5、β3、γ3基因簇的研究 GABAA受體α5基因被定位在15q11.2～12區域。目前對α5基因的認識還不多，主要是通過對Angelman和Prader-Willi綜合征的研究得知二者都存在發育遲滯、嚴重的癲癇發作等臨床表現。Feuch、Robinson和我國學者呂建軍等均經過研究得出結論是GABAA的α5，β3基因可能是兒童癲癇小發作(childhood absence epilepsy，CAE)的易感基因或與之存在連鎖不平衡。

6 GABAA受體亞基的變異

Baulac等2001年報道在一個以高熱驚厥伴全面性癲癇為表現型的家系中發現γ2基因lys289的突變。澳大利亞的Wallace等2001年對一個CAE伴FS的家系研究發現γ2基因內的arg43發生了突變。Kananura等也報道發現CAE和高熱驚厥與GABAA受體γ2基因錯義突變產生的無功能性的A受體γ亞單位相關聯。Baulac等通過對法國全身性癲癇家族進行研究，發現GABAA受體γ2亞基GABRG2的第8外顯子的K289M發生了變異，該變異與全身型癲癇伴熱性驚厥( generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)的表型密切相關。他們的研究顯示這個變異不同的神經元網絡有年齡相關性。Harkin等在GEFS+家族中發現了GABRG2的Q351基因變異，這個變異在Q351引入了一個過早的終止密碼子，位于M3、M4之間的細胞內環路。卵母細胞純合子表達下，GABA敏感性消失，提示有非功能的GABAA受體。利用綠熒光蛋白標記γ亞基，他們發現受體盡管已經組裝，但沒有顯示出外在表達，而是滯留在內質網。這就說明此變異可能導致縮減功能性GABAA受體復合物的表面表達，最終導致GABA能抑制降低、興奮性增高。Kananura等在CAE和熱性驚厥家族中發現GABRG2剪切位點變異。Chou等利用單核苷酸多態性方法研究熱性癲癇(febrile seizures，FSs)患者GABRG2基因型的分布。他們用PCR法辨別染色體5q33的GABRG2基因C/T以及A/G多態性，得出GABRG2基因可能是FSs的一個易感因素的結論。Svend等通過突變反應將α亞基121位異亮氨酸突變為纈氨酸后大大降低了GABAA受體對興奮劑的敏感性。通過α亞基的點突變可使該位點對地西泮不敏感。Cossette等報道過GABAA受體α1亞基(A322D)第三跨膜區域M3的高保守丙胺酸殘基變異，此變異與常染色體顯性青少年肌陣攣性癲癇有關。

7 GABAA受體在中樞神經系統的區域分布

廣泛分布于整個神經系統，以小腦最高，海馬其次，延髓和脊髓最低[13]。原位雜交研究表明，腦組織中各種GABAA受體mRNA具有不同但又交叉的區域分布。離體和在體顯示的受體異質中，α1β2γ2受體亞型的數量最多(占43%)，富含于海馬和大腦皮質中。其次為α2β2γ2和α3β2γ2，約為35%，分布于海馬、紋狀體及大腦皮質[14]。

8 GABAA受體的測定方法

目前測定GABAA受體的方法主要為放射性配基結合受體法，測出GABAA受體的最大結合容量和平衡解離常數值。另有免疫印跡和免疫檢測。用RT-PCR測定GABAA受體亞單位的基因表達也受到重視[15]。

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9 GABAA受體的神經藥理學研究

關于GABAA受體藥理學研究多集中于BDZ識別位點。研究表明，改變受體亞基組分的一個氨基酸片段，會使重組受體藥理學性質得到修飾。GABAA受體是一種多功能藥物作用靶標，它可以介導抗焦慮藥、鎮靜劑、抗驚厥藥、肌肉松弛和失憶作用，此介導作用通常是非選擇性的，即這些藥物將作用于GABAA受體家族的幾種亞型。

9.1 抗焦慮作用 近年來，不少制藥公司嘗試著研制無鎮靜組分和依賴效應的新型抗焦慮藥物。分子研究、動物研究和臨床研究的證據表明GABAA受體復合物在調節焦慮癥上起著主要作用，對抗焦慮作用的實驗如明暗選擇試驗和增強迷宮試驗[16]證明BDZ抗焦慮作用是通過能表達含α2受體的神經元群增強其GABA傳導進行選擇性介導的，而這些α2受體僅占所有BDZ敏感GABA受體的15%。鑒于未來抗焦慮藥物將只與15%的GABAA受體結合，那將極有希望消除長期困擾BDZ藥物的主要副作用，從而研制出真正意義上高效、低副作用的新型抗焦慮藥物。在α3[H126R]突變小鼠與野生型小鼠的行為去抑制實驗中證明含α3受體并不參與BDZ抗焦慮作用，因此，含α2而不含α3受體可作為未來選擇性抗焦慮藥物的一個高特異性靶標，由此得出，BDZ藥物的抗焦慮效應是由邊緣系統中大量表達的α2受體而非網狀激活系統中占主導的α3受體介導的。

9.2 鎮靜作用 鎮靜作用是許多BDZ位點配體的主要特性。與BDZ的鎮靜效應相似，安眠藥唑吡坦在體內也是通過α1受體介導的。

9.3 肌肉松弛作用 BDZ的肌肉松弛作用主要是由含α2、α3或α5受體介導的，因為在α1[H101R]突變小鼠肌肉緊張實驗中BDZ誘發產生了變化，Bohlhalter等進一步假設含α2受體是BDZ肌肉松弛效應的主要組分。

9.4 抗驚厥作用 BDZ位點配體的抗驚厥作用只是部分地由含α1受體介導，除含α1受體外，其它GABAA受體亞型也起介導作用，BDZ的抗驚厥效應體現在其拮抗戊四氮所誘發的緊張性抽搐。α1[H101R]小鼠表現出BDZ抗驚厥效應，是由其他非α1受體的GABAA受體亞型介導的，因為該效應能被BDZ拮抗劑氟馬西尼所拮抗。研究表明抗驚厥效應是部分而非完全由α1受體介導的。

9.5 失憶作用 BDZ誘發的順行性遺忘也是由含α1受體介導的，這是因為α1[H101R]突變小鼠中BDZ的記憶損傷效應顯著降低。

10 作用于GABAA受體的藥物

GABAA受體是臨床上廣泛使用的神經藥物的作用靶點，如鎮靜劑安定類、抑制劑巴比妥類、痙攣劑印防己毒素、乙醇(目前研究已證實，在basolateral鋸齒狀扁桃體腦回路徑中，乙醇通過增強GABAA受體介導的神經傳導來抑制長效勢差現象產生的誘導作用，乙醇的這一作用與它所誘導的與情緒相關的學習和記憶損傷密切相關)、麻醉劑神經固醇類和植物活性成分(黃酮類、生物堿類、呋喃香豆精類和二萜醌類)等。

10.1 GABA結合位點的興奮劑 GABA識別位點的興奮劑除GABA外，有蠅蕈醇及其衍生物二氫蠅蕈醇及硫代蠅蕈醇，蠅蕈醇是研究GABA識別位點藥理作用最廣泛使用的外源性興奮劑，其抑制作用較GABA強10倍，但毒性較大。

10.2 GABA結合位點的拮抗劑 GABA識別點的拮抗劑 Bic是從植物兜狀荷包牡丹中首次分離而得到的異喹啉類生物堿，具有拮抗GABA引起的抑制效應，是GABAA受體的競爭性拮抗劑。此外還有合成的拮抗劑毗拉西平，取代蠅蕈醇與受體結合的能力較Bic強10倍，但特異性較差，在高質量分數時也可取代氟硝西泮與BDZ識別位點結合。

10.3 BDZ識別位點的興奮劑、反相興奮劑和拮抗劑 臨床常用的地西泮類(BDZ類)藥物包括地西泮、硝西泮、氯硝西泮、氟硝西泮、氯氮及三唑侖等均可與BDZ識別位點高親和力穩定結合，都是BDZ識別位點的興奮劑。BDZ 類通過促進GABA與GABAA受體的結合易化GABA功能，起到加強GABA的抑制效應，從而發揮其鎮靜、催眠、抗焦慮、中樞性肌肉松弛和抗驚厥作用。有人稱BDZ類藥物是GABA受體的正性變構調節物，不僅具有抗焦慮鎮靜劑和肌肉松弛劑的作用，同時具抑郁等副作用。由于BDZ類藥物與BDZ受體結合沒有選擇性，因此在發揮抗焦慮和鎮靜催眠作用的同時，具有肌肉松弛、記憶力減退、耐受和成癮性等副作用，使其應用受到很大限制。三唑噠嗪也是BDZ識別位點的興奮劑，其增強GABA結合親和力不如BDZ類藥物強，但副作用相對小。在尋找作為GABAA受體正性變構調節物而起作用的、與BDZ識別位點結合的內源性配體時，在人尿中提取出了能與BDZ識別位點呈高親和力結合，但作用效果與BDZ類相反，即拮抗GABA的抑制作用，具有致焦慮、致驚厥作用，故稱之為反相興奮劑。氟馬西尼是BDZ識別位點的高效拮抗劑，能阻滯它們的正性、負性變構調節作用及其行為反應，但它本身沒有作用。

10.4 作用于Cl-通道的藥物 GABAA受體的另一組成部分是Cl-通道。Cl-通道也是藥物作用的一個位點，有的藥物不影響GABA與BDZ和受體識別位點結合的親和性，而是直接影響Cl-通道，產生效應。如抑制劑巴比妥類通過延長每個通道啟開的時間，除本身可產生超極化作用外，還可增強并延長GABA的超極化作用。而印防己毒素則關閉Cl-通道而阻滯GABA受體的作用。Bic和印防己毒素都能阻滯GABA的抗驚厥作用，但作用機理卻完全不同。另外巴比妥能加強[3H]-GABA對大腦膜的結合，此作用可被印防己毒素抑制，但不被BDZ識別位點拮抗劑氟馬西尼抑制。表明巴比妥類和印防己毒素有著相同或相近作用位點。神經活性甾體治療一系列臨床紊亂癥狀，如焦慮、癲癇和經前期綜合征等，通過作用于Cl-通道而產生療效。這類甾體按其功能可分為麻醉性甾體和興奮性甾體，前者能導致催眠、鎮痛、麻醉和抗驚厥等作用，后者能引發驚厥。興奮性類固醇能通過減少通道啟開頻率來拮抗GABAA受體介導的Cl-電流，這種特異結合能被巴比妥抑制[17]。

10.5 巴比妥類(BB) 巴比妥類藥物被廣泛用作抗抽搐藥、鎮靜催眠藥和麻醉藥，通常情況下，其對GABAA受體有以下3種不同的作用機理被人們接受：①加強GABA引發的電流反應；②直接激活GABAA受體通道；③在高質量分數情況下阻滯GABAA受體Cl-通道[18]。

10.6 其它作用于 GABAA受體的化合物 主要的還有麻醉劑、乙醇、不飽和的游離脂肪酸以及多價離子等。為了尋找高效低毒的新型神經活性藥物，近年來應用GABAA/BDZ受體結合分析方法，從傳統和民間藥用植物中篩選活性部位，并進一步分離有效成分，取得了可喜進展，如：黃酮類、生物堿類等[2]。

11 展 望

隨著分子生物學研究的深入及生物技術研究手段的發展，GABAA受體的結構及功能將逐漸被解釋清楚，在此基礎上，科學家將更深入了解GABAA受體各亞基的具體功能，加深對大腦功能包括癲癇在內的神經或精神疾病的病因學的理解，以期設計出新型有效的治療策略，并將開發更具有針對性的神經調控藥物。

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