γ-氨基丁酸能系統在腦卒中后痙攣狀態中的研究進展

胡延超 李瑞青 郝文雪 李靜雯 馮曉東

(1河南中醫藥大學，河南 鄭州 450000;2河南中醫藥大學第一附屬醫院)

腦卒中后痙攣狀態(PSS)是腦卒中后常見的運動功能障礙，目前臨床上尚無明確定義，較為常用的定義是Lance教授提出的：包括上運動神經元綜合征(UMNS)在內的運動障礙，表現為牽張反射異常興奮并伴隨速度依賴，常導致隨意運動減弱或消失和姿勢異常等異常肌肉活動〔1〕。據統計，在所有輕至重度腦卒中患者中，多達42.6%會發展為PSS，而中到重度運動障礙的慢性腦卒中患者中高達97%的患者存在肢體痙攣〔2，3〕。PSS嚴重威脅著人類的身體和心理健康，并且給社會和家庭帶來了沉重的經濟負擔〔4〕。然而，關于PSS發病機制至今尚無明確闡釋。γ-氨基丁酸(GABA)能系統作為中樞神經系統中起主要抑制作用的神經系統，GABA能系統功能失調可能引起焦慮癥、飲酒障礙、特發性失眠、癲癇及痙攣性疾病等〔5〕，在PSS的生理病理過程中GABA 能系統發揮著重要作用。GABA作為谷氨酸(Glu)的代謝產物，GABA能系統和Glu代謝系統相互作用，共同維持中樞神經系統的平衡。因此，本文通過系統地闡述PSS發展過程中GABA能系統作用機制的研究進展，為研究PSS生理病理學機制提出新的思路，并為臨床治療PSS提供重要參考依據。

1 GABA概述

GABA是中樞系統中主要的抑制性神經遞質，其代謝過程主要包括生成、降解及轉運3個部分〔6〕。GABA為Glu代謝產物，主要由Glu結合Glu脫羧酶(GAD)在脫羧的作用下生成，其生成過程主要在神經元中進行。其降解過程主要發生在線粒體中，GABA轉氨酶(GABA-T)將GABA去氨基降解為琥珀酸(SA)半醛(SSA)，隨后SSA脫氫酶(SSADH)將SSA氧化為SA，大部分進入三羧酸循環，產生α-酮戊二酸，氨基化后轉化為Glu；另一小部分SA可能在SSADH的作用下還原成γ-羥基丁酸(GHB)〔7〕。GABA的轉運過程主要由GABA轉運體(GAT)參與其中，GAT屬于Na+、Cl-耦聯轉運體家族的成員，可將GABA逆化學梯度跨膜轉運至細胞內。GABA受體依據分子結構和藥理學特性的差異可分為A、B、C三個亞型〔8〕。GABAA由8個亞基族中的不同亞基組成，但必須同時包含α和β兩種亞基才能表達GABAA受體的特性，屬于配體門控離子通道受體，其主要拮抗劑包括荷包牡丹堿和印防己毒素〔9〕。GABAB受體與GABAA受體不同，為G蛋白耦聯受體，具有7次跨膜結構域，在G蛋白的調節下激活電壓依賴型Ca2+通道和內向整流型K+通道。依據激動劑和拮抗劑的敏感性差異，可將其分為GABAB1、GABAB2兩種亞型，GABAB1主要位于大腦皮質，而GABAB2主要位于脊髓水平〔10〕。GABAC受體與GABAA受體相似，同屬門控離子通道受體，由Cl-通道介導，但其對荷包牡丹堿和氯苯氨丁酸都不敏感，且目前關于GABAC受體的研究相對較少。

皮質興奮性反映了大腦皮層間興奮和抑制之間的平衡，Glu是皮質中的主要興奮性物質，而GABA是主要的抑制性神經遞質，Glu和GABA代謝的變化可能在控制皮層興奮性中起重要作用〔5〕。目前公認腦缺血病理過程中可能出現中樞系統大腦皮層興奮-抑制平衡失調而引起痙攣的發生。因此，GABA能系統的抑制性效應在PSS中發揮著重要作用，通過增強GABA能系統的抑制作用，可能調節GABA重攝取及代謝異常來保護神經功能。但GABA 能系統在其代謝過程各個階段和不同受體亞型中對PSS的具體作用機制尚不明確。

2 GABA代謝過程與腦卒中后痙攣狀態的關系

在 GABA代謝過程的合成階段中，GAD是GABA合成的關鍵酶，腦內分布與GABA相一致，故常作為GABA的標記酶。依據其分子量的大小可將其分為GAD65和GAD67兩種分型，但其酶學特性、腦內分布及調節方式不盡相同。GAD65主要存在于神經末梢中，其合成GABA主要分布在突觸囊泡中，主要介導快速抑制性突觸傳遞；而GAD67大部分位于胞體和樹突中，其合成GABA主要存在于胞質中。兩種形式的GAD都可合成GABA，影響GABA的生成，但GAD67優先合成細胞質中GABA，而GAD65優先合成GABA可用于囊泡釋放〔11〕。有研究發現〔12〕，在腦缺血的病理進程中可出現GAD免疫反應的異常表達，早期可發現短暫性GAD免疫反應增高，但GAD陽性反應隨著時間變化會逐漸降低甚至消失，表明腦缺血后病理變化可能與GAD表達降低，抑制GABA的合成有關。此外，痙攣狀態發生的可能機制之一是神經系統中GABA合成減少，中樞系統抑制效用降低，引起脊髓神經元的興奮性增加〔13〕。有研究表明〔14〕，通過增加GAD65的表達促進GABA合成可有效緩解痙攣狀態，其機制可能與GAD65主要介導快速抑制性突觸傳遞，可有效調節突觸抑制性信號有關。然而，目前關于GAD與PSS之間的作用機制尚缺乏相關研究，GABA的合成過程與PSS的關系有待進一步研究。

GABA降解是GABA代謝過程循環中的一個重要部分，而GABA-T和SSADH是GABA降解酶系中兩種關鍵酶，其代謝的異常會導致GABA和Glu含量的變化〔15〕。在GABA降解過程中，GABA在GABA-T和SSADH的作用下生成SA加入三羧酸循環進而產生α-酮戊二酸，最終生成為GABA的前體Glu，完成GABA支路的循環，又被稱為GABA旁路〔16〕。相關研究表明，PSS的發生與Glu和GABA的含量關系密切，在PSS患者腦脊液中可發現Glu含量升高及GABA含量降低〔17〕。而GABA含量的變化與GABA-T和SSADH密切相關，GABA-T受到抑制可使中樞神經系統內的GABA含量明顯升高〔18〕。Wang等〔19〕給予PSS患者針刺干預，發現可降低大腦皮質中GABA-T的表達促進GABA含量的提高，從而有效緩解痙攣狀態。此外，有研究〔20〕發現肌張力降低是GABA-T和SSADH缺乏癥患者常見的臨床表現之一，表明肌張力的變化與GABA-T和SSADH的代謝過程關系密切。毛雪蓮等〔21〕研究發現腦卒中后肌張力升高伴隨GABA-T和SSADH表達升高，通過降低GABA-T和SSADH的表達，抑制GABA降解來增加GABA水平，從而增加GABA能系統的抑制作用來改善痙攣狀態。以上研究表明，PSS的發生可能是GABA-T和SSADH的代謝異常，導致GABA水平降低，通過改善GABA-T和SSADH的表達來提高GABA水平可能是PSS的治療機制之一。

GABA的轉運過程主要依靠GAT進行，GAT主要分布于突觸周圍膜上，在神經元和膠質細胞上都可表達，可分為GAT-1、GAT-2、GAT-3和GAT-4四個亞型，其中GAT-1是最主要的GABA轉運體亞型，與GABA底物一樣分布于大部分腦區。GAT主要通過再攝取突觸間隙內GABA，終止其突觸傳遞的轉運過程，而GAT-1在這一過程中承擔了大部分轉運和再攝取功能〔22〕。所以，關于GABA 的神經抑制性效用，不僅與GABA 受體含量及表達水平有關，也和GAT的表達關系密切〔23〕。研究表明〔24〕，腦缺血發生后輕度增加了GAT-1的表達，進而影響腦區Glu-GABA平衡，致使細胞凋亡的發生。進一步研究發現，PSS病理過程中GAT-1的表達明顯升高，因此PSS的發生機制可能與GAT-1的表達異常有關〔25〕。此外，大量研究表明電針、中藥等傳統療法均可有效治療PSS，其機制可能是降低GAT-1的表達來調節GABA轉運過程中GAT的轉運和再攝取功能，進而改善腦卒中后神經抑制作用〔25，26〕。因此，PSS的發生與GABA轉運過程中GAT功能密切相關，其中主要是通過調節GAT-1的表達改善突觸間隙GABA的濃度，進而改善GABA的神經抑制功能。然而，目前關于GAT與PSS的研究主要集中于GAT-1這一亞型，有關其他亞型在腦卒中病理過程中的作用有待研究。

3 GABA受體與PSS的關系

現有研究表明，GABA與其相關受體結合是產生神經抑制性作用的主要途徑，因此GABA受體的變化與大腦中樞的神經抑制作用關系密切〔27〕。神經系統中信息傳遞主要依靠突觸結構進行細胞信號傳遞，而GABA能系統中突觸抑制性信號的傳遞主要在于GABA受體的表達，腦缺血后GABA受體的表達及功能可能出現不同程度的下調，從而可能削弱GABA能系統的神經抑制性作用〔28〕。目前關于GABA受體與PSS的研究最多的為B型受體的研究，例如臨床上較為常用的抗痙攣藥物巴氯芬，就是一種GABA衍生物，對GABAB受體具有高親和力，其機制可能與GABAB受體介導的G蛋白激活K+通道直接介導突觸后抑制有關〔29〕。有研究表明〔30〕，在PSS中GABAB1受體的表達明顯減少，而通過提高GABAB1受體的表達可促進大腦皮質中Glu和GABA的平衡，電針對PSS具有明顯改善。郭斌等〔31〕通過對PSS大鼠黑質紋狀體進行觀察，發現在針刺的干預作用下黑質紋狀體中GABAB1受體表達提高而mGlu1a受體表達降低，進一步證明了調節GABAB受體對腦區“GABA-Glu”平衡具有一定調控作用，從而緩解腦卒中后肌張力過高。與GABAB受體不同，GABAA受體屬配體門控受體，其信號傳遞可不經第二信使系統直接開啟離子通道進行跨膜傳遞，主要介導快速抑制性突觸傳遞〔32〕。王彭漢等〔33〕發現，GABAA受體功能減弱時更容易出現痙攣狀態，而通過針刺和藥物的干預可提高GABAA受體的表達改善GABA的突觸抑制傳遞功能，從而緩解痙攣狀態。以上研究表明，PSS與GABA受體的表達密切相關，通過調節GABAA和GABAB受體的表達可有效改善腦區的興奮-抑制平衡狀態，這可能是治療PSS的機制之一，但目前關于GABAC受體的研究相對較少，有待研究。

綜上，GABA能系統的抑制性效用對于中樞神經系統興奮性與抑制性之間的穩態平衡具有重要意義。GABA是主要的突觸前抑制媒介物，GABA能神經元作為中間神經元具有信息整合及信號輸出的功能，GABA能系統代謝異常引起高位中樞抑制系統失調，進而導致下級中樞運動神經元異常興奮，可能是引起PSS的機制之一。GABA能系統的抑制性效用主要與其受體結合及其代謝過程關系密切，通過調節其代謝過程中合成及降解酶系等代謝酶的表達及調控GABA受體表達促進GABA與其受體的結合，可有效促進GABA的抑制性傳遞功能，進而緩解PSS。由此可見，對于GABA能系統的深入研究可能發現PSS的病理機制及藥物、物理因子療法、針刺等干預方法緩解PSS的作用機制，為臨床治療提供新的思路和依據。