代謝型谷氨酸受體調節(jié)劑在顱腦損傷后應用研究進展

王 昊綜述，戴雙雙，許民輝審校（.第三軍醫(yī)大學大坪醫(yī)院神經外科，重慶 40004 ；.第三軍醫(yī)大學基礎部生物化學與分子生物學教研室，重慶 400038）

在全世界范圍內，創(chuàng)傷性顱腦損傷（TBI）的高死殘率在現代社會中嚴重威脅著人類生命及生活質量。顱腦創(chuàng)傷后可導致無數的代謝和生化過程，其機制復雜，興奮性氨基酸的釋放、炎性反應、氧自由基反應、腦缺血、Ca2＋超載、缺血再灌注損害等病理性損害又進一步加重了腦損傷。多項藥物治療顱腦創(chuàng)傷的臨床多中心隨機雙盲研究中包括激素、自由基清除劑、鈣拮抗劑、谷氨酸（Glu）受體拮抗劑、生長激素／胰島素樣生長因子、緩激肽拮抗劑、抗癲癇藥等，迄今為止還沒有一種外源性藥物被證實對TBI有確切的療效［1］。隨著對顱腦損傷的繼發(fā)性損害機制及治療認識的進一步加深，內源性神經保護機制成為治療顱腦創(chuàng)傷關注的焦點［2］。

Glu作為神經系統(tǒng)主要的快速興奮性神經遞質，其興奮毒性作用是引起神經功能損害的主要原因。以往對Glu的興奮毒性作用被認為與一些慢性神經退行性變有關，如肌萎縮側索硬化癥、多發(fā)性硬化癥、帕金森氏病、阿爾茨海默病、抑郁癥、精神分裂癥等［3－4］。近年來學者對中樞神經系統(tǒng)急性損傷后Glu失調進行大量研究，認為在中樞神經系統(tǒng)急性損傷后Glu的大量釋放是造成一系列級聯反應進而導致細胞死亡的主要原因。Glu的興奮毒性作用是通過其受體（GluR）介導的，目前對于GluR功能的認識仍不完全。GluR家族的成員較多，這些受體廣泛的在各種神經元及膠質細胞中表達，既可以是突觸前受體，也可以是突觸后受體，既可以介導興奮性效應，也可以介導抑制性效應，并參與其他離子型受體的調節(jié)［5］，雖然發(fā)現多種GluR調節(jié)劑，但仍無法有效阻斷或減輕繼發(fā)性腦神經元的損害。因此必須了解創(chuàng)傷后Glu受體的生理、生化、藥理學變化特點才能有針對性地進行治療，以起到神經保護和減輕損傷的目的。

1 Glu與興奮毒性

Glu是中樞神經系統(tǒng)含量最多的氨基酸，Glu的興奮毒性作用主要是通過GluR介導的，腦組織損傷后Glu濃度明顯升高可使GluR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等［6］觀察小鼠TBI后24h內其腦脊液Glu濃度的動態(tài)變化規(guī)律：TBI后15min，Glu濃度達到第一個相對高峰，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TBI后Glu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(guī)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，巨噬細胞活化。

2 GluR

2.1 離子型GluR（iGluR） iGluR包括使君子酸受體（QAR）、海人藻酸受體（KAR）、N－甲基－D－天門冬氨酸受體（NMDAR）和α－氨基－3羥基－5甲基－4異惡唑受體（AMPAR）。NMDAR屬配體門控的離子通道，在興奮毒性作用中起較重要的作用，其可能是損傷后以持續(xù)性Ca2＋內流為特征。AMPAR和KAR過度興奮介導神經細胞急性滲透性腫脹，以Na＋內流，隨即Cl－和H2O被動內流為特征［7－8］。雖然抑制iGluR的釋放在動物實驗中證明對神經系統(tǒng)起到保護作用，然而在應用于人體時卻令人失望，并且應用單一的iGluR拮抗劑會加劇神經細胞凋亡［9］。

2.2 代謝型GluR（mGluR） mGluR屬于G蛋白耦聯受體家族，可通過G蛋白介導直接與離子通道耦聯，抑制K＋和Ca2＋通道開放，K＋電導降低，引起緩慢的去極化，增加細胞的興奮性［10］。mGluR還可以在突觸前、后調節(jié)興奮性和抑制性突觸傳遞。目前已知的mGluR家族有8個成員（Glu1～8），根據氨基酸序列同源性、藥理學特性、選擇性激動劑及細胞內信號轉導機制的不同分為3組（Ⅰ組、Ⅱ組、Ⅲ組），其分布具有差異和重疊性。Ⅰ組mGluRs包括mGluR1和mGluR5，主要分布于大腦皮質淺層、基底節(jié)、海馬齒狀回等處，與磷脂酶C（PLC）偶聯，活化PLC后促使磷脂酰肌醇水解生成三磷酸肌醇和二酰基甘油，使細胞內Ca2＋釋放，并激活蛋白激酶C（PKC），PKC可以催化細胞膜鈣通道磷酸化，促進Ca2＋內流。mGluR1還可刺激cAMP的生成和AA的釋放和降解。Ⅱ組mGluRs包括mGluR2和mGluR3，主要分布于大腦皮層和海馬等處，與Gi／o耦聯后被激活，抑制環(huán)磷腺苷的形成和電壓敏感的Ca2＋通道，激活K＋通道。Ⅲ組mGluRs包括mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8，主要分布于大腦皮層、calleja島、海馬等處，也是與Gi／o耦聯，激活后抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，Taylor等［11］報道選擇性激動小膠質細胞上的Ⅲ組mGluRs能夠抑制小膠質細胞活化，保護原代培養(yǎng)小腦神經元免受LPS及Aβ蛋白的損傷。Ⅱ、Ⅲ組mGluRs均與腺苷酸環(huán)化酶AC抑制相耦聯，對cAMP生成具有強烈的抑制作用，并可抑制電位門控Ca2＋通道活性。

mGluRs與中樞神經系統(tǒng)多種病理、生理過程有關，除參與學習、記憶、突觸神經遞質傳遞和可塑性調節(jié)以及疼痛反應等正常生理過程外，還與中樞神經系統(tǒng)損傷后NO產生、APPs表達、早基因（IEG）表達以及核糖體合成有關，并且與iGluRs具有相互調節(jié)作用，共同參與中樞神經系統(tǒng)損傷后繼發(fā)性病理過程。一般認為mGluRs在神經膜上分布不同，第Ⅰ組mGluRs主要分布在突觸后，調節(jié)iGluRs介導的興奮及電流，興奮后對神經細胞造成損傷［12］；Ⅱ組及Ⅲ組mGluRs主要分布在突觸前，調節(jié)Glu或其他神經遞質的釋放，激活時可對神經細胞產生保護作用。由此推斷，激活Ⅰ組mGluRs可以加重腦組織損傷，抑制其作用可以減輕損傷，起到神經保護作用［13］。而Ⅱ、Ⅲ組mGluRs的活化可以減輕腦組織損傷，被抑制后則產生相反的作用［14－15］。現階段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。

3 mGluR的藥理學及生理功能

在所有mGluR的激動劑及拮抗劑中，tACPD、L－AP4、LCCG－Ⅰ和L－CCGⅡ對mGluR的作用最強，其次是DCG－Ⅳ和L－SOP。其他一些能特異作用于mGluR的藥物是苯甘氨酸的衍生物，如（＋）MCPG、（S）3HPG、（S）4C3HPG、（S）3C4HPG和（S）4CPG。R型4CPG和3C4HPG則是AMPA和NMDA受體拮抗劑。Ⅰ組mGluR，激動劑的作用強度順序為QA＞Glu＞Ⅰbo＞L－CCG－Ⅰ＞tACPD。苯甘氨酸的許多衍生物是mGluRⅠ的拮抗劑，例如4C3HPG和4CPG是Ⅰ組mGluRs的特異性強拮抗劑。Ⅱ組mGluR，激動劑的作用強度順序為DCG－Ⅳ＞L－CCG－Ⅰ＞Glu＞tACPD＞ Ⅰbo＞QA，苯甘氨酸衍生物如4CPG、4C3HPG和3C4HPG對于mGluRⅠ是拮抗劑，而對mGluRⅡ卻是激動劑。Ⅲ組mGluR對L－AP4非常敏感，對L－SOP較敏感，但對L－Glu的敏感性很低。mGluR4對Ⅰbo高度敏感，mGluR7對L－AP4和L－Glu親和性很低，目前還未發(fā)現Ⅲ組mGluR特異性阻斷劑。但鼠脊髓片的生理學研究提示α－甲基－LAP4可能是Ⅲ類mGluR的阻斷劑。見表1。

表1 mGluR分類及其調節(jié)劑

4 特異性mGluR激動劑或拮抗劑在腦損傷后的作用

腦損傷后應用Ⅰ組mGluRs激動劑，如QA（在AMPA受體拮抗劑存在下）、3HPG、DHPG等能增強NMDA的興奮毒性作用，3HPG還可加速神經元由于缺氧和葡萄糖剝奪引起的損害作用［16］，4CPG和4C3HPG則是最強的 mGluRⅠ拮抗劑，但同時對mGluRⅡ有激動作用，初步證實（S）－4C3HPG可通過抑制Glu釋放及炎癥介質產生，從而減輕顱腦創(chuàng)傷急性期的損傷［17］。DHPGR在轉染細胞中只激活 mGluR5而對mGluR1無作用，是一種能區(qū)別mGluRⅠ亞型的激動劑［18］，mGlu5激動劑CHPG刺激紋狀體內Glu釋放可能參與A2A受體神經保護作用［19］。CHPG激活mGluR5還可以通過減少NO合酶的表達，明顯抑制小膠質細胞活性［20］，實驗證明，增強mGluR5的活性與選擇性激動劑如CHPG可能對腦外傷治療有一定作用［21］。Ⅰ組 mGluRs拮抗劑（RS）－1－aminoindan－1，5－dicarboxylic acid（AIDA）在腦損傷后的體內外實驗中已得到證實，AIDA可以阻斷在創(chuàng)傷誘導的mGluRs和磷脂酶C的活性，從而抑制星形膠質細胞IP3的高表達，減輕神經功能的缺失［22－24］。mGluR2／3的激動劑LY379268能使黑質6－OHDA損毀大鼠多巴胺更新增加，改善整體運動功能。實驗證明，LY379268 可以明顯減輕星形膠質細胞死亡，p53和BAX活性，和線粒體通透性，LY379268 通過拮抗mGluR3阻止了中樞神經系統(tǒng)損傷后因 NO失調產生的炎性反應［25］。（s）－alphaethylglutamic acid（EGLU）可以拮抗LY379268 的作用。LY354740 （100μM）可顯著減少損傷2h后引起的Glu釋放增加，同時神經元的死亡減少［26］。選擇性激動神經膠質細胞上mGluRs可發(fā)揮神經保護作用。如腦內微注射Ⅱ組激動劑DCG－IV能夠保護紋狀體部位多巴胺神經元免受1－甲基－4－苯基－吡啶離子（Mpp＋）的損傷，其機制與促進星形膠質細胞釋放神經源性生長因子有關［27］，實驗表明應用DCG－Ⅳ可以減輕神經遞質長時程抑制（LTD）作用。離體實驗表明Ⅱ組激動劑DCG－Ⅳ及4C3HPG通過促進星形膠質細胞釋放轉化生長因子，而保護原代培養(yǎng)皮層神經元免受NMDA毒性損傷［28］。（2R，4R）－APDC（APDC）可以使從大鼠分離出的神經元和神經膠質細胞的GLAST和GLT－1蛋白水平增高，增強了對Glu的攝取，降低興奮毒性，而起到腦保護作用［29］。Ⅲ組激動劑LAP4通過抑制膠質細胞化學趨化因子RanteS的產生，保護小腦神經元［30］。

綜上所述，mGluRs不同亞單位的組合及突觸前后分布差異對神經損害后的功能產生不同的影響，不同的mGluRs轉導機理不同，因此mGluRs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，目前已經開發(fā)出這些受體的激動劑、拮抗劑、增效劑、減效劑，這些研究在生理學、藥理學及在治療中的應用具有重要意義。

5 展 望

Glu及其受體的變化所致的興奮毒性在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，其調節(jié)劑在創(chuàng)傷后往往起到雙向作用，單一應用某種受體的調節(jié)劑都是片面的，因此mGluR對調節(jié)劑在TBI后的應用仍需進行深入的探索。mGluR家族成員眾多，在中樞神經系統(tǒng)損傷中的作用也十分復雜，可能是由于不同亞單位組合及突觸前后分布差異對功能產生影響，但其確切作用有待進一步研究。進一步認識TBI后Glu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。開發(fā)高選擇性的mGluR調節(jié)劑，在顱腦損傷后有限的治療時間窗內，配合或合用效果好、不良反應小的神經保護藥，減少繼發(fā)性損害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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