GABAA受体转运及其在神经性疾病中的作用

李翠限，王 莹，周 春，沈晓燕

(中山大学药学院药理毒理学实验室，广东广州 510006)

大脑中的快速突触抑制作用是由GABAA受体(GABAARs)所介导［1］。它是抗惊厥、抗焦虑和镇静催眠药物作用靶点［2］。此外，GABAARs功能表达的缺失在癫痫、焦虑症、认知缺陷、精神分裂症、抑郁症和药物滥用中至关重要。因此，揭示GABAA受体在神经元质膜积聚的调控机制引起了相当大的关注。

研究表明，GABAARs是配体门控离子通道超家族的成员，这个家族的蛋白质来自于一类同源亚基组合的杂戊聚体。迄今为止已发现了18种GABAA受体亚基。大多数的GABAARs均是由两个α亚基、两个β亚基和1个γ(或1个δ)亚基组成［3］。不同亚基组成的GABAARs有不同的生理和药理特性，在大脑中有着不同的表达水平及亚细胞定位区域。例如，α1、α2、α3或 α5与 β 和 γ 亚基一起组成的受体对苯二氮卓类敏感，大部分位于突触后膜并调节大脑内的相位性抑制。此外，GABAARs还分布于突触前膜［4］。

本文对神经元中GABAA受体的跨膜转运的调节、在突触后膜的积聚，以及与疾病的相关性进行综述。

1 GABAARs转运相关蛋白

经内质网装配后的GABAARs被转运到高尔基体，并被分装入囊泡转运至质膜。虽然对这一进程的了解仍然处于起步阶段，但越来越多研究表明一些受体相关蛋白在GABAARs的转运过程中发挥了重要的调控作用。

1.1 GABARAPGABAA受体相关蛋白(GABARAP)能与GABAA受体γ亚基胞内区相互作用。GABARAP主要集中在高尔基体和囊泡内，但它不表达于GABA能神经突触，这表明GABARAP的主要功能在于负责细胞内GABAARs的转运。过表达GABARAP增加细胞表面GABAARs受体表达，表达GABARAP变异体，则可以消除这些影响，可能是由于其增强了细胞内受体的转运［5］。最近研究显示，GABARAP对于NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)受体活化后的细胞表面GABAAR的表达增加是必要的［6］，GABARAP可能调节活化后的GABAARs向细胞表面的转运，而不是维持受体的基础水平。

1.2 NSFN-乙基马来酰亚胺敏感因子(NSF)是一种参与细胞内囊泡融合的蛋白，研究发现其可与GABARAP以及微管结合，并且NSF能与GABAAR的β亚单位直接结合［7］。NSF和GABARAP可能共同促进GABAARs从高尔基体向质膜转运。在神经元中，当GABARAP的脂质修饰被阻断，GABAARs和NSF的亚细胞分布才会被扰乱，最终导致GABAAR转运至细胞质膜的数目减少［5］。然而，另一项研究发现，在异源系统和神经元中过表达NSF可明显减少细胞表面GABAAR的水平［7］。这一作用结果与GABARAP过表达的观察结果是相反的。这可能说明NSF在内吞途径中还有其它的功能;然而，要确切了解NSF如何调节GABAAR水平尚需进一步的研究。

1.3 PRIPs磷脂酶-C相关催化失活蛋白(PRIPs)是肌醇三磷酸结合蛋白。PRIPs和GABARAP均可同GABAA受体β亚基胞内域结合，同γ2亚基也存在较弱的结合［8］。因此，PRIPs可能通过竞争抑制GABARAP的结合反应来调节GABAARs［8］。然而，最近研究发现，PRIP1-PRIP2 双敲除(PRIP-DKO)神经元中GABAARs和GABARAP的结合明显减少［9］，表明 PRIPs在 GABARAP和 GABAARs之间充当桥梁蛋白质，促进含γ2受体的转运。此外，PRIP-DKO小鼠对地西泮的敏感性降低，表明含γ2亚基的GABAARs发生改变［9］。PRIP1敲除小鼠显示了类似表型［8］。因此，PRIP 和GABARAP可能共同参与细胞内GABAARs转运到突触后膜。PRIPs可能通过控制磷酸化调控 GABAAR的功能。PRIPs磷酸化可动态调节GABAAR的功能，其中β亚基是蛋白激酶C(PKC)和环腺苷依赖蛋白激酶A(PKA)底物蛋白［10］。蛋白磷酸酶-1α(PP1α)导致的 GABAARs脱磷酸化终止了磷酸化依赖受体调控［11］。因此，PRIPs可能至少通过:调节GABAARs转运、GABAA受体的磷酸化和GABAARs的细胞内摄作用等3个不同的机制来调控GABAAR的功能，并且起着中心作用。

1.4 BIG2研究表明Brefeldin-A可抑制GDP/GTP交换因子2(BIG2)在高尔基体囊泡形成和转运中发挥重要作用［12］。酵母双杂交筛选显示，BIG2与β3亚基胞内域结合，由此被证明对β亚基的胞内域有较高的亲和力［13］。在海马神经元，BIG2主要位于高尔基外侧网络，也分布于转运的囊泡和突触胞膜［13］。这些数据揭示，BIG2的主要功能是在细胞内完成GABAARs向胞膜的转运，对GABAARs到细胞膜的囊泡转运起着重要的作用。

1.5GRIF/TRAK研究表明GABAA受体相互作用因子(TRAK)蛋白家族参与细胞内的囊泡转运。GRIF1(又称TRAK2)能与GABAARs的β2亚基相互作用，并且参与细胞内囊泡转运。GRIF1和TRAK1均可与微管相关马达蛋白kinesin 相互作用［14］。研究还发现 TRAK1 与 GABAARs［15］相互作用，表明这些蛋白对马达蛋白依赖的GABAARs的转运有一定的调节作用。有趣的是，小鼠TRAK1缺失会导致高渗压及GABAAR在大脑和运动神经元表达的减少［15］。

2 内吞和内吞后GABAAR的分拣

2.1GABAAR的内吞作用在异源细胞和神经元系统中，存在广泛的GABAARs内吞。笼形蛋白依赖的内吞作用可能是神经元GABAARs主要的内吞机制。笼形蛋白衔接蛋白2(AP2)的复合物在募集细胞膜关联蛋白进入笼形蛋白被膜小窝中起着关键的作用。在大脑中GABAARs与AP2密切相关，主要通过其GABAA受体β1-3和γ2亚基与AP2复合物的μ2亚基直接结合［16］。

现已确认在GABAA受体β2亚基中，存在一条对异源的笼形蛋白依赖的GABAAR的细胞内吞作用很重要的二亮氨酸基序［17］。有趣的是，这些结合基序包括主要的 PKA和PKC磷酸化位点，这些位点的磷酸化可减少与AP2μ2亚基的结合［18］。只有当β3亚基与AP2结合的序列相应的多肽脱磷酸化后才与AP2有高的亲和力［18］。

总之，这些结果表明GABAA受体亚基的不同AP2结合位点的磷酸化能调节GABAARs细胞表面的稳定性和突触抑制的强度。此外，他们还提出了一种新的机制，即具有调节蛋白激酶和磷酸酶活性的神经递质和(或)生长因子信号通路，通过控制GABAAR磷酸化的量，从而影响GABAAR的内吞，最终影响突触抑制的效能［19］。

2.2GABAAR的再循环和溶酶体的降解大多数GABAARs一旦被内吞会在短时间内重新循环至质膜上;但是，经过长时间后则会被溶酶体降解。因此GABAARs的内吞对控制着细胞表面受体水平以及突触抑制的效率具有重大作用。Huntingtin相关蛋白1(HAP1)是一种GABAA受体相关蛋白，能与β亚基的胞内环相结合。HAP1是一种有含有若干中央螺旋域的胞质蛋白，可能具有调节蛋白质之间的相互作用的功能。在神经元中过表达HAP1能抑制GABAA受体的降解，因此能增加受体的再循环。内吞后GABAAR分拣的机制仍有待探寻，而在该过程中的HAP1的具体作用也是一个研究热点。最近研究［20］发现，GABAARs转运至突触是通过驱动蛋白家族动力蛋白5(KIF5)介导的，而连接KIF5与受体之间的接头蛋白正是HAP1。至于HAP1是促进了GABAARs再循环还是阻止其溶酶体降解仍有待解决。

3 GABAAR转运失衡及相关疾病

研究维持体内突触抑制稳定的上述机制对GABAAR的机能障碍相关的多种神经性和精神性疾病有着重要的意义。包括癫痫症，焦虑症，Huntington病，Angelma症，染色体异裂症，精神分裂症，药物滥用。在这节中，我们主要关注一些这类疾病相关的最新研究发现。

3.1癫痫癫痫状态表现为兴奋和抑制活性之间明显的失衡。研究表明［19］，在癫痫持续状态(SE)和颞叶癫痫(TLE)动物模型和患者中，癫痫发作活动会导致GABAAR的转运和(或)亚单位表达的改变。这些变化包括上调和下调，取决于特殊的GABAAR亚基和癫痫状态的发展阶段。

在实验诱导的癫痫持续状态的动物中，由于GABAARs内吞增多，可观察到突触GABAARs的含量减少［21］。这些丢失的突触受体通常是对苯二氮敏感的受体，这可能是SE病人迅速产生耐药性及持续发作的原因。

在颞叶癫痫动物模型中也观察到GABAAR表达的改变;但这些模型，至少在齿状回，通常表现为突触GABAARs表达的增加 。GABAAR相关蛋白如桥尾蛋白、突触后GABAAR的集聚规模和密度表达均相应增加［22］。这表明有异常的GABA能神经突触的形成，这可能是GABA能轴突发育异常的结果。

人类基因研究为GABAAR的功能异常在癫痫病症的发生中的作用提供了进一步的证据。在癫痫患者中已经发现γ2、α1和δ亚基多个不同的突变位点。虽然这些突变在癫痫中的确切作用机制还未被完全阐明，但是重组的突变受体在装配、转运和功能方面的异常已有报道［23－24］。例如，在α1亚基(A322D)的一个错义突变导致亚基留存于ER中，随后泛素依赖性降解［25］。这导致GABAARs的α1亚基在细胞表面在整体水平偏低。因此，基于防止或逆转GABAARs的异常内化将有可能成为治疗SE的新策略。

3.2药物滥用GABAARs在介导滥用药物成瘾性中起着重要的作用。特别是长期饮酒或使用苯二氮卓类药物(这两者都是GABAARs的变构调节剂)，可导致耐药性，依赖性和停药后的戒断症状。实验证明，培养的神经元细胞和动物模型在给予乙醇和苯二氮卓后，各种GABAA受体亚基的mRNA和蛋白质表达水平发生了改变［26］。研究表明GABAARs的长期可塑性与GABAA受体亚基的磷酸化变化和特殊GABAAR的亚基内化的改变有关。例如，与GABAA受体亚基结合的PKC在长期接触酒精后会发生改变［27］。

研究表明 GABAARs的 α1亚基内化的增强导致了GABAAR的转运的改变。有趣的是，因长期使用酒精后可导致苯二氮卓类交叉耐受性的现象，很可能有着类似的机制。因此，对耐受性诱导产生的GABAAR转运改变的理解不仅可促进我们对导致酗酒的疾病进程理解，还可推进不导致耐受的治疗失眠和焦虑症药物的研发。

3.3精神分裂症在精神分裂症患者尸检组织研究中发现，参与GABA能神经运输几种蛋白质表达发生改变。在精神分裂症受试者前额叶皮层的中间神经元亚群中观察到一种GABA的主要合成酶谷氨酸脱羧酶67(GAD67的)和γ-氨基丁酸膜转运体GAT1的mRNA水平明显减少［28－29］。此外，锥体神经元轴突起始段含α2亚基的GABAARs代偿性上调［28］已得到实验证实。这些受累的中间神经元和锥体细胞之间GABA能信号减少被认为在精神分裂症相关的认知缺陷中起重要作用。

动物模型的体内分析将有助于测定异常GABA能神经的可塑性在精神分裂症的病理生理学的影响程度。例如，缺乏GABAARα3亚基的小鼠出现前脉冲抑制选择性缺失(PPI)，而经抗精神病药氟哌啶醇治疗后可恢复正常［30］。PPI的不足与包括精神分裂症在内的多种精神障碍疾病有关，同时也是处理感觉运动信号能力下降的一项指标。在α3亚基基因敲除小鼠的丘脑网状核中，突触内GABAARs和桥尾蛋白簇有明显的减少［31］，并导致这一大脑的关键区域的整个发育过程中缺失具有抑制功能的受体。综上可以认为，感觉门控对抑制性神经递质的失衡是高度敏感的;选择性GABAAR群功能减退可导致精神分裂症相关认知障碍。使用药物干预增加 GABAAR的功能和(或)转运相关的GABAAR亚群可能有助于缓解某些精神分裂症和其他精神疾病症状。

4 结论与展望

快速抑制性GABA能神经突触的传递是神经兴奋性的主要决定因素。该过程依赖于具有独特的生理学和药理学性质的每个GABA受体亚型是否能被定向转运至它们可以分别调节的相位性和紧张性抑制的合适的突触或突触外位点。

GABAARs在内质网中的合成和装配是决定细胞质膜受体多样性的重要调控点。对基因敲除小鼠的研究表明受体亚单位有优先结合伴侣关系，但是这些伴侣的优先选择性是如何调控的尚需进一步的研究。

GABAARs在细胞表面高速扩散，促进了它们向突触位点的运输或进入被膜小窝以便被网格蛋白依赖性内吞消除。而内吞作用受到磷酸化依赖性机制所调控，并且受体与网格蛋白相关蛋白的结合可被特定GABAAR亚单位中的丝氨酸或者酪氨酸残基磷酸化进行负性调节。这也使调控GABAAR的磷酸化的细胞信号途径可以影响GABAAR细胞表面的稳定性。有趣的是GABAAR的脱磷酸化及它们增强的内化可能与SE时产生的妥协性突触抑制有关。但是，对调控GABAAR再循环及溶酶体降解的过程的理解才刚刚起步。

细胞质膜上GABAARs的稳定很可能是受到多重机制的影响。突触外受体介导紧张性抑制;肌动蛋白结合性蛋白增进了突触外特定区域含α5的受体的稳定;多功能桥尾蛋白在维持含α2和γ2的突触受体稳体性中发挥了强大作用。因此，进一步的研究需阐明:特异性桥尾蛋白拼接变异体结合的GABAARs亚单位的分类和这些结合基序在每种受体亚型在抑制性突触部位的聚集方面的作用。

以上问题的解决可以让我们对这些问题有关键性的理解:是何种物质控制了抑制性突触的强度，以及这一过程中怎样的改变造成癫痫、精神失常一系列中枢神经系统的病理改变。这些研究将有助于治疗药物新靶点的发现，将会使对每一种亚型的GABAARs的药理性调节成为可能。

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