N-甲基-D-天冬氨酸受體在神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

陳曉雯 綜述,范衛(wèi)明審校

(濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,山東濱州 256600)

N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)是一種離子通道型谷氨酸受體，是神經(jīng)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。近年來研究表明，腦梗死、腦出血等腦血管疾病，阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，以及多發(fā)性硬化等機(jī)體眾多神經(jīng)系統(tǒng)病變，均有NMDAR活化或表達(dá)的改變，其可通過增加鈣內(nèi)流、調(diào)節(jié)下游信號分子等一系列途徑加重神經(jīng)損傷[1]。因此，NMDAR成為多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物的作用靶點(diǎn)。在這些疾病的病理過程中，炎性反應(yīng)同樣扮演重要角色[2]。那么NMDAR與炎性反應(yīng)是否也存在關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)是否與疾病的進(jìn)展有關(guān)。現(xiàn)重點(diǎn)闡述NMDAR在神經(jīng)系統(tǒng)炎性及神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)疾病中的作用。

在神經(jīng)系統(tǒng)中，參與炎性反應(yīng)的細(xì)胞主要是小角質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及通過血-腦屏障的白細(xì)胞，產(chǎn)生多種內(nèi)源性因子，如炎性因子白細(xì)胞介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)，花生四烯酸類物質(zhì)前列腺素、白細(xì)胞三烯，以及氣體信號分子一氧化氮等。NMDAR通過影響這些內(nèi)源性因子的表達(dá)參與炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)，這些內(nèi)源性因子也可反作用調(diào)節(jié)NMDAR的功能。通過觀察不同的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，NMDAR與炎性反應(yīng)的作用不斷被揭示。現(xiàn)對NMDAR在幾類常見與炎性密切相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用作一綜述。

1 NMDAR在腦血管疾病的作用

1.1缺血性腦血管病 缺血早期小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，分泌IL-1β、TNF-α、IL-6等多種炎性因子，高度表達(dá)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，促進(jìn)一氧化氮產(chǎn)生[3-4]。晚期白細(xì)胞浸潤并結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞，透過被破壞的血-腦屏障進(jìn)入腦組織，分泌一氧化氮、基質(zhì)金屬蛋白酶和彈性蛋白酶，增加核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)的合成，進(jìn)一步促進(jìn)炎性反應(yīng)[5-6]。有研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞活化及炎性因子的表達(dá)與NMDAR激活相關(guān)，基質(zhì)金屬蛋白酶降解緊密連接蛋白和血管基膜蛋白破壞血-腦屏障導(dǎo)致血管滲透性增加，也與NMDAR激活相關(guān)[7]。運(yùn)用NMDAR抑制劑可顯著減弱這些過程的發(fā)生及發(fā)展[8-9]。這些研究表明缺血造成的炎性神經(jīng)損傷與NMDAR的活化有關(guān)。但NMDAR通過怎樣的具體機(jī)制影響炎性反應(yīng)，近年來研究發(fā)現(xiàn)NMDAR不僅表達(dá)在神經(jīng)元上，在膠質(zhì)細(xì)胞上也有表達(dá)[10]。離體培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞也可檢測到有功能的NMDAR，用NMDRA可激活并分泌各種炎性因子。離體培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞激活(脂多糖刺激)后表達(dá)炎性因子IL-1β，此作用也可被NMDAR抑制劑阻斷。不僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在腸道神經(jīng)叢中也發(fā)現(xiàn)NMDA刺激或缺血-再灌可引起誘導(dǎo)型一氧化氮合酶及一氧化氮升高，且可被NMDAR受體拮抗劑阻斷[11]。因此，推測神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞NMDAR激活是影響炎性反應(yīng)的關(guān)鍵之一。不僅如此，炎性因子還可反作用于NMDAR，在加重神經(jīng)損傷過程中形成閉合的環(huán)路。離體培養(yǎng)的人胎腦神經(jīng)元，IL-1β、TNF-α刺激可上調(diào)腎型谷氨酰胺酶(KGA)表達(dá)，使谷氨酸產(chǎn)生增加，激活NMDA受體，增加神經(jīng)興奮性毒性。運(yùn)用NMDAR抑制劑后，此作用減輕[12]。近年來研究還發(fā)現(xiàn)IL-1受體Ⅰ在突觸豐富表達(dá)，并可與NMDAR的NR2B亞基結(jié)合，為IL-1調(diào)節(jié)NMDAR激活提供分子依據(jù)，也為IL-1受體拮抗劑(IL-1ra)神經(jīng)保護(hù)作用的可能機(jī)制提供線索[13]。一氧化氮通過影響一氧化氮-血紅素調(diào)節(jié)eIF2α激酶(HRI)，磷酸化真核翻譯起始因子2α(eIF2α)，上調(diào)NMDAR的NR2B亞基表達(dá)，并在一氧化氮的刺激下高通透Ca2+，影響突觸后神經(jīng)元活性[14]。這些研究均表明NMDAR可以作為治療和預(yù)防缺血性腦血管疾病相關(guān)炎性的靶點(diǎn)。

1.2出血性腦血管病 炎性機(jī)制參與了腦出血(ICH)引起的繼發(fā)性腦損傷。出血腦組織中血紅蛋白的分解物高鐵血紅素聚集，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，通過NLRP3信號通路分泌炎性因子IL-1β[15]。在ICH模型(腦內(nèi)注射高鐵血紅素或用高鐵血紅素處理小膠質(zhì)細(xì)胞)中發(fā)現(xiàn)NMDAR的NR1亞基表達(dá)及磷酸化，高鐵血紅素促進(jìn)NR1結(jié)合NLRP3。阻斷NR1后NLRP3及IL-1β表達(dá)明顯減弱，表明NMDAR協(xié)同NLRP3信號通路加重ICH相關(guān)炎性反應(yīng)[16]。

2 NMDAR在神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的作用

2.1阿爾茨海默病(AD) AD是一種以進(jìn)行性癡呆為主要特征的中樞神經(jīng)退行性疾病，主要臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶力衰退。近年來研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)炎性反應(yīng)主動(dòng)參與AD的發(fā)病過程，小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活，外周巨噬細(xì)胞及Th17細(xì)胞在腦組織浸潤，導(dǎo)致炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放增加，這些原因都能造成神經(jīng)炎性的加劇，減少組織細(xì)胞外淀粉樣肽β(Aβ)的清除，造成其在腦組織中沉積增加，加重AD病理改變[17]。那么神經(jīng)系統(tǒng)的炎性是否與記憶障礙的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，運(yùn)用側(cè)腦室注射鏈脲佐菌素(STZ)形成記憶障礙的AD模型，模型中NMDAR亞基NR2A蛋白表達(dá)減少，長時(shí)程增強(qiáng)作用(LTP)抑制，NR2B蛋白表達(dá)增強(qiáng)，長時(shí)程壓抑(LTD)增強(qiáng)，造成記憶障礙。進(jìn)一步檢測其中炎性因子(TNF-α和IL-1β)、活性氧、亞硝酸鹽及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶水平均顯著增加，運(yùn)用抗炎藥物治療減輕炎性相關(guān)蛋白的表達(dá)，記憶障礙也有所恢復(fù)[18]。在培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)炎性因子TNF-α誘導(dǎo)NMDAR的NR1亞基在細(xì)胞膜上表達(dá)，并通過中性鞘磷脂酶2將磷酸化的NR1亞基聚集在細(xì)胞膜的脂質(zhì)微區(qū)域，以此調(diào)節(jié)突觸可塑性，表明神經(jīng)炎性反應(yīng)通過調(diào)節(jié)NMDAR參與AD記憶障礙[19]。

2.2肌萎縮側(cè)索硬化 肌萎縮側(cè)索硬化是一種運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病，病理特點(diǎn)為累及上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的漸進(jìn)性神經(jīng)系統(tǒng)變性。有研究發(fā)現(xiàn)肌萎縮側(cè)索硬化患者或動(dòng)物模型腦脊液中谷氨酸水平明顯升高，激活NMDAR引起線粒體功能紊亂及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的退行性病死。在運(yùn)動(dòng)皮層中還可見大量被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、浸潤白細(xì)胞(特別是T細(xì)胞)，以及分泌的各種炎性因子(如TNF-α)[20-21]。TNF-α高度表達(dá)與NMDAR的激活明確關(guān)聯(lián)，在脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中TNF-α預(yù)后NMDAR興奮性突觸后電流明顯加強(qiáng)[22]。這些研究表明，肌萎縮側(cè)索硬化相關(guān)炎性因子表達(dá)后促進(jìn)谷氨酸釋放，NMDAR激活，從而對肌萎縮側(cè)索硬化的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

3 NMDAR在其他神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)性疾病的作用

3.1多發(fā)性硬化癥 多發(fā)性硬化癥是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎性脫髓鞘疾病。研究發(fā)現(xiàn)在MS中存在細(xì)胞毒性T細(xì)胞活化進(jìn)入腦組織參與炎性病理損傷，還有小膠質(zhì)細(xì)胞及透過血-腦屏障的血液內(nèi)炎性細(xì)胞釋放可溶性炎性細(xì)胞因子，如軸突特異性抗體、一氧化氮、氧自由基、蛋白酶及花生四烯酸類物質(zhì)等[23-24]。多發(fā)性硬化癥患者大腦中谷氨酸水平升高，上調(diào)NMDAR的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)作為多發(fā)性硬化癥的一種動(dòng)物模型，可上調(diào)炎性細(xì)胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6)的表達(dá)，但可被NMDAR拮抗劑阻斷。推測NMDAR及炎性反應(yīng)在多發(fā)性硬化癥的發(fā)生、發(fā)展中具有協(xié)同作用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)前列腺素變化也是多發(fā)性硬化癥的病理表現(xiàn)，在EAE運(yùn)用NMDAR抑制劑抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的NMDAR激活后，脊髓中的前列腺素D2水平明顯降低，進(jìn)一步證明抑制NMDAR能減輕多發(fā)性硬化癥炎性反應(yīng)[25]。

3.2慢性疼痛 慢性疼痛是多種不同疾病的癥狀表達(dá)，當(dāng)發(fā)生外周炎性或神經(jīng)損傷時(shí)，軀體感覺通路激活，產(chǎn)生超敏感性疼痛。慢性疼痛的發(fā)生和維持離不開痛覺敏化，近期研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)病機(jī)制與神經(jīng)系統(tǒng)炎性也密切相關(guān)。炎性疼痛和神經(jīng)病理性疼痛(NPP)是最為常見的慢性疼痛動(dòng)物模型。NPP可通過慢性壓迫背根神經(jīng)節(jié)(CCD)造成。疼痛的形成與痛覺敏化關(guān)系密切，特別是中樞痛覺敏化(Central Sensitization)。NMDAR的過度激活導(dǎo)致脊髓背角傷害性突觸信息傳遞增強(qiáng)，是中樞敏化產(chǎn)生的重要基礎(chǔ)。該模型中脊髓的星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞激活，合成并釋放IL-1β和TNF-α[26]。IL-1β磷酸化NMDAR的NR1亞基，參與NPP的中樞敏化，鞘內(nèi)注入含IL-1β短發(fā)夾RNA的重組腺病毒后，IL-1β表達(dá)下調(diào)，下調(diào)NR1亞基磷酸化，最終可緩解疼痛；TNF也參與中樞敏化的誘導(dǎo)，鞘內(nèi)注射TNF誘導(dǎo)小鼠脊髓背角中Cx43和GLT-1的下調(diào)，谷氨酸清除減少，TNF抑制劑依那西普可下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43和GLT-1的表達(dá)，減輕痛覺過敏。福氏佐劑(CFA)致痛模型模擬急性組織損傷所致的炎性疼痛，該模型中中樞敏化與痛覺的維持也密切相關(guān)，具體機(jī)制與神經(jīng)元NMDAR/PSD95/nNOS通路產(chǎn)生的大量一氧化氮有關(guān)，抑制NMDAR后一氧化氮產(chǎn)生及炎性疼痛均減弱，該模型中膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量的炎性因子(如IL-1、IL-6、TNF-α等)，作用于突觸末梢，使傷害性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸大量釋放，激活NMDAR，抑制膠質(zhì)細(xì)胞活化可減輕痛覺過敏。以上結(jié)果說明炎性反應(yīng)可加強(qiáng)NMDAR活化參與慢性疼痛的發(fā)生與發(fā)展。

另外，NMDAR在帕金森病、亨廷頓病、結(jié)腸炎及雙相情感障礙等神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)性疾病中都有重要的作用。近期全球爆發(fā)的齊卡病毒感染引發(fā)嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，可通過阻斷TNF-α和IL-1β減小NMDAR的Ca2+通量，減少神經(jīng)細(xì)胞死亡[27]。這些研究均表明炎性反應(yīng)與NMDAR活化密切相關(guān)。

4 問題和展望

NMDAR活化及表達(dá)在多種神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)性疾病中發(fā)揮重要作用，NMDAR通過影響炎性細(xì)胞的激活、炎性因子的表達(dá)參與炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)，這些炎性細(xì)胞、炎性因子也可反作用調(diào)節(jié)NMDAR的功能，影響相關(guān)疾病的進(jìn)程，為這些疾病的治療提供一個(gè)新的思路。但是，目前相當(dāng)多的研究都僅限于體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，少見于臨床實(shí)驗(yàn)。在NMDAR抑制劑應(yīng)用中還存在以下不足：一方面，由于NMDAR的作用廣泛，應(yīng)用NMDAR抑制劑可能會(huì)產(chǎn)生一些不良反應(yīng)；另一方面，NMDAR的活化與表達(dá)在某些炎性相關(guān)性疾病中反而有減少的傾向，這可能與不同的炎性時(shí)相或不同的NMDAR類型(亞基組成不同)有關(guān)。因此，NMDAR在神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)性疾病中具體的作用機(jī)制仍有待探索和研究。加強(qiáng)對NMDAR與神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應(yīng)相互作用的深入研究，可為預(yù)防和治療神經(jīng)系統(tǒng)炎性相關(guān)性疾病開啟新的思路及方向。