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摘 要：脑缺血一定时间后重新得到血液灌注时，不仅不能恢复脑组织和器官功能，其功能障碍会加重并损伤结构，损伤出现不可逆改变，称为脑缺血-再灌注损伤。谷氨酸是CNS兴奋性神经递质，有利于脑缺血神经元损伤的发生。该文根据现有的文献资料记载，综述了近几年脑缺血-再灌注损伤时兴奋性递质谷氨酸的释放机制的研究进展。
关键词：脑缺血再灌注 兴奋性递质 谷氨酸
中图分类号：R96 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0244-02
天冬氨酸、谷氨酸、2-羧基甲基-3-异丙烯基脯氨酸等为CNS兴奋性氨基酸（EAA）。实验表明，脑缺血-再灌注损伤时脑组织内神经递质性氨基酸代谢发生明显变化，即兴奋性氨基酸（谷氨酸和天冬氨酸）随缺血时间延长而逐渐降低，缺血再灌注时间越长，兴奋性氨基酸含量越低，脑组织超微结构改变也就越严重。其中多种原因导致的大量谷氨酸细胞外释放和谷氨酸受体（GluRs）的过度刺激神经毒性作用即是损伤脑组织的开启者又是接下来的执行者。
1 Ca2+-依赖性谷氨酸释放机制
在静息条件下细胞外Glu浓度维持比较低的水平[1]。细胞外Glu可来自于谷氨酸能神经末梢突触囊泡Glu。脑缺血时导致氧和血糖供应不足，能量生成酸大量释放到突触间隙。随着深入研究的发现，脑缺血早期是Ca2+依赖性出胞式的Glu的释放[2]，这一过程需要ATP，随着缺血时间的延长能量不断的消耗进而转变为Ca2+非依赖性的Glu释放[3]。因此，要抑制缺血早期Ca2+依赖性和非依赖性Glu释放可通过阻断Ca2+内流来完成[4]。
大量谷氨酸释放到突触间隙，随后启动如激活一氧化氮合酶、核酸内切酶、Ca2+依赖性蛋白溶解酶、磷脂酶等一系列神经损伤的病理生理反应[5]，这些反应存在一系列的相互因果。早期缺血Ca2+依赖型占主要的地位，因而引起细胞内钙超载，开放受体依赖型钙通道，磷脂酶被激活，可溶解细胞膜并生成大量花生四烯酸[6]，自由基由此产生。膜脂质过氧化被启动，提高了钙受体通道兴奋性，可破坏神经元骨架，突触前膜和后膜出现过度磷酸化之改变，这降低了线粒体滞留钙作用，形成线粒体漏道，线粒体转换孔开放，可以造成整个神经细胞能量衰竭。
2 代谢型受体调控释放谷氨酸
神经系统内EAA主要是谷氨酸，其受体包括海人藻酸受体[7]、γ-氨基丁酸受体（GABARs）、σ-氨基羧甲基噁唑丙酸受体、亲代谢受体4种亚型。此外，参与Glu释放的还包括阿片受体、乙酰胆碱受体、神经肽Y受体和腺苷样受体A1[8]。
大量谷氨酸可将代谢型谷氨酸受体和与G蛋白耦连的磷酯酰肌醇信号转导途径予以激活，最终使细胞膜发生细通透性改变[9]，细胞内进入大量Na+、Cl-和水，细胞出现肿胀，产生细胞毒性脑水肿，细胞出现诱导性凋亡和坏死病变[1]，这样的受体称为G蛋白耦连受体。CNS中有2种重要的G-蛋白耦连受体，它们是亲代谢型谷氨酸受体（mGluRs）和γ-氨基丁酸受体。
2.1 亲代谢型谷氨酸受体
mGlu1和mGlu5通过Gq蛋白耦连磷脂酶C水解磷酯酰肌醇并且动员细胞内Ca2+，mGlu4和mGlu6-mGlu8通过Gi蛋白负耦连腺苷酸环化酶降低环腺苷酸生成而抑制蛋白激酶A，mGlu2和mGlu3通过抑制Ca2+非依赖性的Glu释放调节细胞外的Glu水平。mGluRs主要通过Ca2+依赖的方式调节星形细胞释放Glu[10]。
2.2 γ-氨基丁酸受体（GABARs）
GABARs中的GABAB与mGluRs的结构相似，属G-蛋白耦连受体。GABAB可通过负反馈调节释放GABAA，也可降低释放Glu，维持脑的正常功能。研究表明，GABAB主要通过增加K+或减少Ca2+传导的形式抑制Glu释放[11]。
2.3 AMPA、KA受体
这两种受体通常称为非NADA受体，对Na+、K+有通透性，且一些受体亚基对钙也有通透性。AMPA受体由GluR1～GluR4四种亚基单位围绕一个亲水性中心孔道组成四聚体，对于含有GluR2亚基的AMPA受体可以限制阳离子的通过，对于不含GluR2亚基的AMPA受体对钙离子有通透性且可以进行双向整流。但GluR2和其他亚单位形成通道时，可限制钙离子的正常通过。脑缺氧缺血时，海马CA1区的GluR2明显下调形成的四聚体结构导致Ca2+内流，从而引起脑神经细胞中钙的超载[12]。KA受体是由GluR5- GLUR7及KA1-2组成的异质组合，且介导的是细胞坏死而并非凋亡[6]。
2.4 NMDA受体
NMDA受体是Ca2+依赖型的离子通道，可导致过度兴奋介导的迟发性神经细胞损伤[12]。NMDA受体被激活后可增加释放钙离子的浓度，细胞内Ca2+超载后一系列瀑布样病理生理工程被激发，致使神经元出现迟发性死亡之改变[13]。脑缺血时缺乏足够的能量，改变了钙泵功能，损伤线粒体，细胞膜去极化，释放大量Glu，NAMD受体被Glu激活，内流的钙离子可以将Ca2+依赖性蛋白酶激活[14]。
3 转运体调节释放谷氨酸
清除细胞外液谷氨酸依赖对谷氨酸具有摄取能力的神经胶质细胞和神经末梢膜上得谷氨酸、中性氨基酸转运蛋白家族，其中高亲和性谷氨酸转运蛋白有5种，中性氨基酸转运蛋白有2种。前者又被称为兴奋性氨基酸转运体（EAATs），主要作用是转运Na+、K+-偶联的L-谷氨酸和L-、D-天冬氨酸，是摄取EAA的主要转运蛋白[16]，谷氨酸转运体直接耦合Na+-K+-ATP酶并以一个功能复合体的形式调节转运谷氨酸[3]。摄取功能降低、释放增加、摄取逆向转运是脑缺血时细胞外液谷氨酸浓度持续升高的原因[15]。体内和离体实验均表明，脑缺血或低氧在异常升高谷氨酸浓度的同时，还可以降低转运体表达数量。脑缺血降低了转运体摄取谷氨酸的数量，甚或有逆向转运现象的出现。可见摄取减少或出现逆向转运是脑缺血时胶质细胞谷氨酸转运体功能障碍的主要表现，这是由于细胞内的谷氨酸含量持续降低造成浓度差，而细胞外的谷氨酸不能被细胞重新吸收，形成兴奋性神经毒素，进而促进细胞凋亡。具体机制分为两大类如下。 （1）Na+非依赖性谷氨酸转运体。这类转运体可在多种细胞内表达，已被成功克隆，主要包括胱氨酸和谷氨酸转运体，为Cl-依赖性，参与调节细胞外Glu稳态。胱氨酸经胱氨酸、谷氨酸转运体进入细胞内后，可用于在细胞内合成谷胱甘肽这一重要氧化剂。当细胞外Glu浓度升高时，引起神经元死亡的GluRs可以被激活，同时胶质细胞摄取胱氨酸的能力被阻止，降低了谷胱甘肽和细胞内谷胱甘肽的合成数量，细胞内大量堆积活性氧成分，发生氧化应激反应[16]；Glu为星形胶质细胞所摄取后可转化为谷氨酰胺，神经元摄取谷氨酰胺，可作为合成Glu的前体物质。胱氨酸分子为同等数量的Glu分子交换，在正常生理状态下，胱氨酸和Glu分别被转运体转运到细胞内和细胞外。Glu转运到细胞外后，易被谷氨酸转运体摄回细胞内，一般不会损伤神经元。脑缺血时，破坏了谷氨酸转运体功能，经转运体外流Glu造成神经元死亡并释放Glu。
（2）Na+依赖性的谷氨酸转运体是CNS摄取Glu的主要机制。目前已成功克隆出EAAT1～EAAT5五种高亲和力的Na+依赖性谷氨酸转运体。转运体将Glu摄取到细胞内且浓度在较低水平维持，避免损伤神经元。转运过程与Ca2+免受Glu兴奋性毒性的损伤同时进行。转运过程为：转运体每转运1个Glu分子，同向转运到细胞内有1个H+和3个Na+，逆向转运到细胞外1个K+。转运体功能细胞内ATP水平直接影响，当ATP减少时，可直接抑制谷氨酸转运体功能，当ATP耗尽时转运体会发生逆转运，造成细胞内Glu外流。
参考文献
[1] 王光胜.脑缺血/再灌注机制研究进展[J].医学综述，2011，7（24）：3753-3756.
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[3] 梅和珊，王永利.脑缺血时谷氨酸释放机制[J].中国药理学通报，2005，21（4）：393-396.
[4] NishizawaY.Glutamte release and neuronal damage in ischemia[J].Life Science，2001，69（4）：369-381.
[5] 朱贤富.脑缺血/再灌注机制的研究现状[J].医学综述，2010，16（18）：2786-2789.
[6] 王平，吕士申，安丽，等. 谷氨酸及其受体在缺血缺氧性脑损伤中的作用[J].中国儿童保健杂志，2012，20（1）：52-54.
[7] 宋文婷，徐立，张建勋.脑缺血后谷氨酸及其受体介导的神经细胞损伤及相关药物研究进展[J].中国药理学通报，2012，28（6）：747-750.
[8] Meldrum BS Glutamate and Glutamine in the Brain Glutamate as a Neurotransmitter in the brain：Review of physiology and pathology[J].J Nutr，2000，130（4S）：1007-1015.
[9] 龙锐，杜俊蓉.亲代谢型谷氨酸受体和相关神经疾病[J].中国药理学通报，2009，25（8）：998-1001.
[10] Camignoto G，Bezzip，PastiL et al.Prostaglandins stimulate calcium-dependent glutamate release in astrocytes[J].Nature，1998，391（6664）：281-285.
[11] 谢登梅，刘晓晴，李明.敏缺血性脑卒中与神经递质的关系[J].中外医学研究，2011，9（15）：154-157.
[12] Liang D，Dawson TM，DawsonVL.What have genetically engineered mice taught us about us about ischemic injury[J].CurrMol Med，2004（2）：207-225.
[13] Love S.Apoptosis and brain ischaemia[J]. Prog Neuropsy-cho-pharmacol Bio Psychiatry ，2003，27（2）：267-282.
[14] Marc A，Michael J.Ultrastructural relationship between the AMPA-GluR2 receptor submit and mu-opioid receptor in the mouse central nucleus of the amygdala Expermental Neurology，2011（22）：149-158.
[15] 张敏，李文斌，王彦华.胶质细胞谷氨酸转运体及其在脑缺血脑缺血适应当中的变化[J].生命科学，2010，5（22）：431-436.
[16] 邱瑜，陈专红，金正均.谷氨酸神经细胞毒作用的新途径——谷氨酸/胱氨酸转运体接机制[J].中国药理学通报，2000，16（3）：251-254.
关键词：脑缺血再灌注 兴奋性递质 谷氨酸
中图分类号：R96 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0244-02
天冬氨酸、谷氨酸、2-羧基甲基-3-异丙烯基脯氨酸等为CNS兴奋性氨基酸（EAA）。实验表明，脑缺血-再灌注损伤时脑组织内神经递质性氨基酸代谢发生明显变化，即兴奋性氨基酸（谷氨酸和天冬氨酸）随缺血时间延长而逐渐降低，缺血再灌注时间越长，兴奋性氨基酸含量越低，脑组织超微结构改变也就越严重。其中多种原因导致的大量谷氨酸细胞外释放和谷氨酸受体（GluRs）的过度刺激神经毒性作用即是损伤脑组织的开启者又是接下来的执行者。
1 Ca2+-依赖性谷氨酸释放机制
在静息条件下细胞外Glu浓度维持比较低的水平[1]。细胞外Glu可来自于谷氨酸能神经末梢突触囊泡Glu。脑缺血时导致氧和血糖供应不足，能量生成酸大量释放到突触间隙。随着深入研究的发现，脑缺血早期是Ca2+依赖性出胞式的Glu的释放[2]，这一过程需要ATP，随着缺血时间的延长能量不断的消耗进而转变为Ca2+非依赖性的Glu释放[3]。因此，要抑制缺血早期Ca2+依赖性和非依赖性Glu释放可通过阻断Ca2+内流来完成[4]。
大量谷氨酸释放到突触间隙，随后启动如激活一氧化氮合酶、核酸内切酶、Ca2+依赖性蛋白溶解酶、磷脂酶等一系列神经损伤的病理生理反应[5]，这些反应存在一系列的相互因果。早期缺血Ca2+依赖型占主要的地位，因而引起细胞内钙超载，开放受体依赖型钙通道，磷脂酶被激活，可溶解细胞膜并生成大量花生四烯酸[6]，自由基由此产生。膜脂质过氧化被启动，提高了钙受体通道兴奋性，可破坏神经元骨架，突触前膜和后膜出现过度磷酸化之改变，这降低了线粒体滞留钙作用，形成线粒体漏道，线粒体转换孔开放，可以造成整个神经细胞能量衰竭。
2 代谢型受体调控释放谷氨酸
神经系统内EAA主要是谷氨酸，其受体包括海人藻酸受体[7]、γ-氨基丁酸受体（GABARs）、σ-氨基羧甲基噁唑丙酸受体、亲代谢受体4种亚型。此外，参与Glu释放的还包括阿片受体、乙酰胆碱受体、神经肽Y受体和腺苷样受体A1[8]。
大量谷氨酸可将代谢型谷氨酸受体和与G蛋白耦连的磷酯酰肌醇信号转导途径予以激活，最终使细胞膜发生细通透性改变[9]，细胞内进入大量Na+、Cl-和水，细胞出现肿胀，产生细胞毒性脑水肿，细胞出现诱导性凋亡和坏死病变[1]，这样的受体称为G蛋白耦连受体。CNS中有2种重要的G-蛋白耦连受体，它们是亲代谢型谷氨酸受体（mGluRs）和γ-氨基丁酸受体。
2.1 亲代谢型谷氨酸受体
mGlu1和mGlu5通过Gq蛋白耦连磷脂酶C水解磷酯酰肌醇并且动员细胞内Ca2+，mGlu4和mGlu6-mGlu8通过Gi蛋白负耦连腺苷酸环化酶降低环腺苷酸生成而抑制蛋白激酶A，mGlu2和mGlu3通过抑制Ca2+非依赖性的Glu释放调节细胞外的Glu水平。mGluRs主要通过Ca2+依赖的方式调节星形细胞释放Glu[10]。
2.2 γ-氨基丁酸受体（GABARs）
GABARs中的GABAB与mGluRs的结构相似，属G-蛋白耦连受体。GABAB可通过负反馈调节释放GABAA，也可降低释放Glu，维持脑的正常功能。研究表明，GABAB主要通过增加K+或减少Ca2+传导的形式抑制Glu释放[11]。
2.3 AMPA、KA受体
这两种受体通常称为非NADA受体，对Na+、K+有通透性，且一些受体亚基对钙也有通透性。AMPA受体由GluR1～GluR4四种亚基单位围绕一个亲水性中心孔道组成四聚体，对于含有GluR2亚基的AMPA受体可以限制阳离子的通过，对于不含GluR2亚基的AMPA受体对钙离子有通透性且可以进行双向整流。但GluR2和其他亚单位形成通道时，可限制钙离子的正常通过。脑缺氧缺血时，海马CA1区的GluR2明显下调形成的四聚体结构导致Ca2+内流，从而引起脑神经细胞中钙的超载[12]。KA受体是由GluR5- GLUR7及KA1-2组成的异质组合，且介导的是细胞坏死而并非凋亡[6]。
2.4 NMDA受体
NMDA受体是Ca2+依赖型的离子通道，可导致过度兴奋介导的迟发性神经细胞损伤[12]。NMDA受体被激活后可增加释放钙离子的浓度，细胞内Ca2+超载后一系列瀑布样病理生理工程被激发，致使神经元出现迟发性死亡之改变[13]。脑缺血时缺乏足够的能量，改变了钙泵功能，损伤线粒体，细胞膜去极化，释放大量Glu，NAMD受体被Glu激活，内流的钙离子可以将Ca2+依赖性蛋白酶激活[14]。
3 转运体调节释放谷氨酸
清除细胞外液谷氨酸依赖对谷氨酸具有摄取能力的神经胶质细胞和神经末梢膜上得谷氨酸、中性氨基酸转运蛋白家族，其中高亲和性谷氨酸转运蛋白有5种，中性氨基酸转运蛋白有2种。前者又被称为兴奋性氨基酸转运体（EAATs），主要作用是转运Na+、K+-偶联的L-谷氨酸和L-、D-天冬氨酸，是摄取EAA的主要转运蛋白[16]，谷氨酸转运体直接耦合Na+-K+-ATP酶并以一个功能复合体的形式调节转运谷氨酸[3]。摄取功能降低、释放增加、摄取逆向转运是脑缺血时细胞外液谷氨酸浓度持续升高的原因[15]。体内和离体实验均表明，脑缺血或低氧在异常升高谷氨酸浓度的同时，还可以降低转运体表达数量。脑缺血降低了转运体摄取谷氨酸的数量，甚或有逆向转运现象的出现。可见摄取减少或出现逆向转运是脑缺血时胶质细胞谷氨酸转运体功能障碍的主要表现，这是由于细胞内的谷氨酸含量持续降低造成浓度差，而细胞外的谷氨酸不能被细胞重新吸收，形成兴奋性神经毒素，进而促进细胞凋亡。具体机制分为两大类如下。 （1）Na+非依赖性谷氨酸转运体。这类转运体可在多种细胞内表达，已被成功克隆，主要包括胱氨酸和谷氨酸转运体，为Cl-依赖性，参与调节细胞外Glu稳态。胱氨酸经胱氨酸、谷氨酸转运体进入细胞内后，可用于在细胞内合成谷胱甘肽这一重要氧化剂。当细胞外Glu浓度升高时，引起神经元死亡的GluRs可以被激活，同时胶质细胞摄取胱氨酸的能力被阻止，降低了谷胱甘肽和细胞内谷胱甘肽的合成数量，细胞内大量堆积活性氧成分，发生氧化应激反应[16]；Glu为星形胶质细胞所摄取后可转化为谷氨酰胺，神经元摄取谷氨酰胺，可作为合成Glu的前体物质。胱氨酸分子为同等数量的Glu分子交换，在正常生理状态下，胱氨酸和Glu分别被转运体转运到细胞内和细胞外。Glu转运到细胞外后，易被谷氨酸转运体摄回细胞内，一般不会损伤神经元。脑缺血时，破坏了谷氨酸转运体功能，经转运体外流Glu造成神经元死亡并释放Glu。
（2）Na+依赖性的谷氨酸转运体是CNS摄取Glu的主要机制。目前已成功克隆出EAAT1～EAAT5五种高亲和力的Na+依赖性谷氨酸转运体。转运体将Glu摄取到细胞内且浓度在较低水平维持，避免损伤神经元。转运过程与Ca2+免受Glu兴奋性毒性的损伤同时进行。转运过程为：转运体每转运1个Glu分子，同向转运到细胞内有1个H+和3个Na+，逆向转运到细胞外1个K+。转运体功能细胞内ATP水平直接影响，当ATP减少时，可直接抑制谷氨酸转运体功能，当ATP耗尽时转运体会发生逆转运，造成细胞内Glu外流。
参考文献
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