NMDA受体参与β淀粉样蛋白介导的突触可塑性损伤研究进展

陆周一 徐淑君 鲍晓明 王钦文

(宁波大学医学院，浙江 宁波 315211)

阿尔茨海默症(AD)已成为继心脏病、癌症以及脑卒中之后导致人类死亡的主要疾病。目前AD的具体发病机制仍然没有被完全阐述清楚，越来越多的研究证据显示，与学习认知功能相关的神经元突触可塑性异常在AD发病过程中扮演着重要的角色。其中以N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体发挥的作用最为关键，其亚单位在AD病理过程中的作用在医学界引起了广泛关注。故研究NMDA受体介导的突触可塑性损伤机制对阐明AD发病机制具有重要意义。β-淀粉样蛋白(Aβ)已被证明具有神经毒性，在AD的发病过程中起到主导性作用，大量的研究结果显示Aβ在AD突触可塑性损伤中作为一项重要因素而存在〔1〕。因此对Aβ引起的由NMDA受体介导的突触可塑性损伤机制的研究成为了目前研究AD发病机制的一大热点。

1 Aβ引起的突触可塑性改变

越来越多的证据显示，Aβ具有细胞毒性作用，Aβ二聚体也被认为是损伤突触可塑性的最小结构单位。Aβ通过影响神经元树突生长、树突棘密度以及突触后膜相关受体的形态与功能等方面来破坏突触的可塑性，而神经元的突触可塑性是公认的学习记忆活动在细胞水平的神经生物学基础。

Aβ片段对突触可塑性的病理性作用及其具体作用机制虽然被人们重视，但医学界对此仍知之甚少。现有的研究发现淀粉样蛋白前体(APP)经相应的分泌酶切割后形成的不同种类Aβ片段于胞外聚集后对神经突触产生作用。通过毒理学模型观察到Aβ寡聚体可以导致神经元树突棘的广泛损伤，并引起海马区神经元的兴奋性中毒〔2，3〕。从死亡AD病人大脑皮层溶液中获得的Aβ二聚体和体外实验中所用的一种60 kD大小的球状构型Aβ片段(Aβ42)都能有效地抑制海马区谷氨酸能神经元的长时程增强(LTP)〔4〕。

对此，我们不难发现Aβ足以引起严重的突触可塑性损伤。随着AD病程的进展，患者海马区和内嗅皮层的神经元会最先受到伤害，而他们组成的一个网络是行使正常情景记忆功能必不可少的要素。更重要的一点是，组成这一网络的主要成分是谷氨酸能神经元〔5〕。由此可见谷氨酸能受体在Aβ诱发的突触可塑性损伤过程中扮演了重要的角色。其中NMDA受体作为一种重要的兴奋性谷氨酸受体，介导了脑内多数的兴奋性突触传递，并与感觉、记忆以及疾病的多样性密切相关。这些显著的特点使其在近年来的脑科学研究中备受青睐。

2 NMDA受体参与Aβ诱导突触可塑性损伤的机制

2.1 Aβ引起NMDA受体表面表达下降 AD患者脑内神经突触的特征性改变之一是相关突触受体数量的减少。作为海马区中与学习记忆功能密切相关的受体类型，NMDA受体在这一损伤过程中首当其冲。有研究发现，可溶性或自然分泌的寡聚体Aβ处理体外培养的神经元后，NMDA受体NR2B亚单位(NR2B)的表面表达下降;在AD的转基因鼠中同样发现NMDA受体的表面表达下降，这个下降能被γ分泌酶的抑制剂所逆转〔6〕。进一步的研究发现Aβ处理后纹状体富含酪氨酸磷酸酶61(STEP 61)通过泛素化途经的降解减少，在细胞内的含量增加，引起NR2B亚单位1472酪氨酸磷酸化位点去磷酸化，进一步导致NMDA受体内吞增加〔7〕。此外，Aβ处理可以引起突触后致密物蛋白95(PSD-95)含量的降低，从而导致NMDA受体和α-氨基羟甲基恶唑丙酸(AMPA)受体的稳定性减弱，进而影响了突触可塑性〔8〕。

2.2 NMDA受体参与Aβ引起的兴奋性毒性 以探索淀粉样蛋白在神经退行性改变中的作用为出发点，多数的研究将重点放在了认识Aβ所具有的增强谷氨酸能受体介导的兴奋性毒性的能力。有研究结果显示低剂量的Aβ可以加重NMDA受体激活所引起的延迟认知障碍〔9〕。经Aβ预处理的细胞在NMDA受体激活后表现出胞内Ca2+含量的大幅度增长，并且发生NMDA受体激活易化现象〔10〕。这一兴奋性中毒的机制可能是Aβ易化了NMDA受体，使其长时间处于兴奋状态而导致过量的Ca2+进入细胞内。这些非正常含量的Ca2+在胞内可以进一步引起微管的断裂，线粒体损伤和突触的减少〔11〕。同时也有另外的学说认为Aβ通过减少对谷氨酸的吸收或者增加对谷氨酸的释放，从而导致突触间隙谷氨酸浓度的异常增高，进而引起了 NMDA 受体的持续性兴奋〔12～14〕。

进一步的研究表明NR2A亚单位在兴奋性毒性和突触可塑性的损伤中起到了重要的作用。NMDA受体复合体由NR1、NR2(2A-2D)和NR3等亚单位组成。其中NR1为受体的功能执行结构，构成离子通道;NR2具有调节受体通道动力学的作用;NR3不单独构成离子通道，也不与NR1、NR2组成通道，而是作为一种可能的调节亚单位而存在。有实验发现经Aβ处理后的细胞会出现短暂的NR1/NR2A亚单位的高表达，并有胞内能量系统损伤与Ca2+含量的异常改变。Aβ处理可以促进NR2A亚单位的磷酸化以及易化NR2A亚单位与Src激酶之间的相互影响，而且使用NMDA受体非竞争性拮抗剂金刚烷胺或者NR2A亚单位选择性拮抗剂NVP-AAM077处理实验组可以有效抑制NR2A亚单位磷酸化程度的增加并且阻止 Src、NR2A、PSD-95之间的结合〔15〕。这一结果提示经Aβ处理后的NMDA受体活化加快了NR2A-PSD-95-Src复合物的形成，从而加速Src激酶引起的NR2A亚单位的酪氨酸磷酸化，这一正向的反馈机制又诱发了NMDA受体的过度活化。新的实验发现NR3亚单位可以减少NMDA受体介导的Ca2+的扩散。进一步的实验显示敲除NR3A亚单位的转基因小鼠皮层神经元比野生型小鼠的神经元对NMDA受体介导的兴奋性毒性表现出更高的敏感性，因此NR3亚单位被认为具有神经保护作用〔16〕。目前对NMDA受体亚单位与Aβ介导的AD之间关系的研究发展迅速，但各类亚单位在这一病理性变化过程中的功能尚不明确。因此，进一步探究病理状态下Aβ与各类NMDA受体亚单位之间相互作用的具体机制对今后AD的研究有着深远的意义。

2.3 NMDA受体参与Aβ引起的LTP抑制 多年来的研究结果显示，作为学习记忆功能基础的谷氨酸受体依赖的LTP与LTD对可溶性Aβ片段表现为高度易损。其中NMDA受体通道作为一种重要的电压、配体双重门控通道，其相关功能得到了较多的研究。

在静息膜电位下，Mg2+将NMDA受体通道阻滞并使其处于未激活状态。当给予一定强度、一定频率的刺激后，突触后膜去极化，使位于NMDA受体通道内的的Mg2+移开，从而使递质与NMDA受体结合，打开通道，引起Ca2+内流，细胞内Ca2+浓度、Ca2+/CaMKII活性升高，从而产生LTP。

对NMDA受体非竞争性拮抗剂在临床治疗AD中保护作用的研究结果显示，Aβ引发的LTP抑制是由NMDA受体介导的，这一过程可能的原因是Aβ寡聚体诱导了异常的神经元Ca2+内流〔17～19〕，突触位置Ca2+稳态的破坏将严重损伤突触间信号传导与LTP〔20〕。Aβ寡聚体可以特异性结合到NMDA受体的相应位点上，并选择性增强NMDA受体诱发的神经元放电和由NMDA受体介导的快速选择性突触电流〔21〕，在这一过程中Aβ显然起到了一种类似受体激动剂的作用。进一步的研究发现Aβ可能是通过干扰NMDA受体介导的信号通路相关的下游元件起到其破坏作用〔22，23〕。目前已发现的相关下游因子包括钙离子依赖性钙调蛋白磷酸酶、钙离子依赖的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)!蛋白磷酸酶1以及 cAMP反应元件结合蛋白(CREB)等〔22，23〕。

3 NMDA受体及其亚单位相关的治疗AD药物靶点的研究

美金刚作为一种在临床应用较为广泛的NMDA受体拮抗剂，其逆转Aβ诱导的LTP损伤的具体机制受到了大量的关注。对美金刚治疗作用的认识也从另一个方面为了解NMDA受体在LTP抑制的过程中所起到的作用开辟了一条新的途径。研究发现，一定浓度的美金刚反转由Aβ诱发的齿状回穿通路和CA3-CA1通路的LTP抑制，而采用同样浓度的美金刚处理正常对照组时，美金刚却表现出了抑制LTP的能力。这一发现提示美金刚更倾向于抑制病理情况下激活的NMDA受体，美金刚有可能主要作用于突触外分布的含NR2C和NR2D亚单位的NMDA受体，而突触外的NMDA更容易在病理情况下被激活〔24～26〕。由于美金刚对LTP的作用随浓度的增加呈现先促进后抑制的趋势，以及它的低选择性，在临床应用上存在一定的限制。研究发现NR2B选择性的拮抗剂苄哌酚醇能有效的反转Aβ以及肿瘤坏死因子α(TNFα)引起的LTP抑制，提示选择性的NR2B拮抗剂可能是治疗早期AD病人的认知功能损伤的一个潜在药物〔27〕。

4 总结与展望

多年来对AD的研究已经大体上阐明了Aβ、谷氨酸受体、突触可塑性和学习记忆之间的联系。总的来说，现有的研究成果倾向于支持NMDA受体在介导Aβ寡聚体破坏突触可塑性中起着重要作用这一观点。其具体机制的起始因素与Aβ作用后NMDA受体兴奋性增强，Ca2+内流增多关系密切。虽然美金刚已被FDA批准用于临床中重度AD的治疗，但还无法从根本上治愈AD，其完整的作用机制也尚不明了，而对选择性NMDA受体拮抗剂是否比美金刚更有效果的判断也还需进一步的探索。目前对受体的研究已开始深入到亚单位水平，对此的研究有助于在未来开发出具有更高针对性和更小副作用的新型药物。

今后对Aβ致病机制的研究工作的重点是提出一个统一的理论，从而有效地解释多种表象上有冲突的实验发现。同时还应全面联系各类实验方法所得到的结果与数据，从一个更深入更广泛的层面来说明Aβ致病的机制与过程。而进一步观察环境和系统性因素如何影响Aβ对突触可塑性作用的研究也将有助于提升我们对临床重要可变因素的理解，从而更好地设计治疗方案。

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