神经递质在缺血性脑血管病的中的作用的研究进展

梁 涛，徐祖才综述，张 骏审校

脑血管疾病(cerebral vascular disease，CVD)由于其发病率、患病率、死亡率及复发率高，已经成为威胁人类健康和影响社会经济发展的重大疾病。据美国的一项调查，有2.9%大于18 岁的美国人有卒中史，大于20 岁的美国人中有6 800 000有过卒中史(2007～2010 数据)。据统计，2010 年，美国CVD 患者住院期间平均花费5455.208 美元，共计花费206 亿美。缺血性脑血管病(ischemic cerebralvascular disease，ICVD)是CVD 的主体，约占87%，而每个ICVD 患者一生需花费140048 美元［1］。随着社会人口寿命的延迟和人口老龄化的加快，我国ICVD 的比例越来越高，所造成的危害日趋严重，所消耗的卫生资源也越来越多。神经递质(neurotransmitter)是神经末梢分泌的化学组分，是在化学突触传递中担当信使的特定化学物质，能作用于所支配的神经元或效应细胞膜上的受体，从而完成信息传递功能。神经递质按照其化学结构的不同可分为氨基酸类、胺类、胆碱类、肽类等。发生ICVD 时可导致多种神经递质释放紊乱，神经递质的紊乱与ICVD 的发生、发展及预后密切相关。本文就神经递质在ICVD 的作用的研究进展进行论述。

1 氨基酸类

氨基酸递质可分为兴奋性氨基酸类递质和抑制性氨基酸类递质，前者主要包括谷氨酸、门冬氨酸等，后者主要包括γ-氨基丁酸、甘氨酸等。

1.1 兴奋性氨基酸类 谷氨酸(glutamate，Glu)是中枢神经系统中最普遍存在的兴奋性神经递质，它作为神经递质有重要的生理功能，但当其细胞外浓度超过生理水平时，它会对脑组织产生毒性。脑缺血时氧和葡萄糖的快速消耗，使ATP 耗竭，无法维持离子稳态可引起细胞外谷氨酸增多，谷氨酸可导致细胞内钠、钙离子增多。细胞内高钙可导致线粒体功能障碍，进而导致蛋白酶的活化、氧自由基的积累及一氧化氮的释放，最终导致神经细胞的凋亡［2］，我们称之为兴奋性毒性。谷氨酸受体可分为促离子型受体和促代谢型受体，促离子型受体可再分为KA 受体(kainate receptor)、AMPA 受 体(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor)和NMDA 受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor)3 种类型。目前研究较多的是NMDA 受体，Lai 等总结发现谷氨酸的兴奋性毒性可能是过多的谷氨酸激活了离子型NMDA 受体，而该受体的大量激活导致钙内流。细胞外谷氨酸浓度突然上升通过直接结合与间接耦合两种两种方式。最终激活人第10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)、细胞周期素依赖蛋白激酶5(cyclin-dependent kinase 5，CDK5)、死亡相关蛋白激酶1(death-associated protein kinase 1，DAPK1)产生兴奋性毒性导致细胞死亡［3］。另外小胶质细胞表达功能性的NMDA 受体，通过产生炎症反应，导致了大脑中的神经细胞死亡［4］。Kohara 等［5］在脑缺血大鼠模型中的实验表明代谢型谷氨酸受体拮抗剂对大鼠神经功能具有显著的保护作用。Mdzinarishvili 使用银杏提取物显著降低了脑缺血小鼠模型中神经细胞水肿及变性，其机制可能是抑制了谷氨酸的释放，从而减少了兴奋性毒性［6］。近来Cho SI 发现谷氨酸N2B 受体拮抗剂通过产生抗氧化作用，具有显著神经保护作用［7］。尽管在动物模型试验上取得令人欣慰的效果，但谷氨酸受体拮抗剂的临床应用仍然缺乏确切的疗效。Liu 指出NMDA 受体有NR2A 和NR2B 两种亚基，激活突触或突触外NR2B 产生兴奋性毒性，增加神经细胞凋亡。激活突触或突触外NR2A 可拮抗NMDA 受体介导的和非NMDA 受体介导的神经元损伤，促进神经元存活，具有神经元保护作用［8］。

1.2 抑制性氨基酸类 γ-氨基丁酸(γ-aminobutyfic acid，GABA)是哺乳类动物中枢神经系统中最主要的抑制性氨基酸递质。主要功能是专一性地与受体蛋白结合，引起突触后膜的氯离子流，从而产生神经元的抑制效应。它作为主要抑制性神经递质，可以拮抗缺血引起的谷氨酸兴奋毒性，保护神经元的损伤。大量研究表明，脑缺血后为了对抗谷氨酸的大量释放，GABA 的含量明显增多。研究发现通过下调PTEN 的表达，发现PTEN 在脑缺血时对海马区域的GABA受体具有保护作用，保存了GABA 的功能，提供了新的神经保护策略［9］。但Liu 总结发现在缺血性脑血管病急性期使用GABA 受体激动剂并没有带来显著收益［8］。Yao 发现低水平的甘氨酸(glycine，Gly)通过长程增强NMDA 受体，对神经细胞有毒害作用，而高水平甘氨酸时通过作用于甘氨酸受体及NMDA 受体亚群却可以产生神经保护作用［10］。

总的说来，虽然兴奋性氨基酸毒性是造成缺血性脑血管病中神经细胞死亡的主要原因之一，而抑制性氨基酸可对兴奋性氨基酸起对抗作用，但目前兴奋性氨基酸的受体阻滞剂或释放抑制剂对缺血性脑损伤的临床治疗效果并不理想，其原因，一是对治疗的时间窗要求短，二是潜在的神经精神方面的不良反应大［11］。所以仍需要进一步更为深入的研究。

2 胺 类

多巴胺(dopamine，DA)是脑内重要的神经递质。研究发现，脑缺血后细胞外液多巴胺含量显著升高［12］。近来多巴胺与兴奋性氨基酸的相互作用受到人们的关注。多巴胺本身就是一个调节钙离子的神经递质，脑缺血时谷氨酸浓度升高，多巴胺通过调节DCD(delayed calcium deregulation)可防止过量谷氨酸所诱导的神经元凋亡。这种效应是通过D2 受体介导的，且这种保护作用可被D2 受体拮抗剂消除［13］。Martín 发现在大鼠脑缺血模型中多巴胺D2 受体的变化可能与神经功能恢复密切相关［14］。Zou 等的研究发现多巴胺调节AMDA 受体介导的兴奋性毒性的途径主要有两条。即磷脂酰肌醇-3 激酶的活化(PI-3K)和下调AMPA 受体在细胞膜上的表达。其共同作用使细胞膜上的AMPA 受体表达减少，从而使缺血细胞免受死亡［15］。有研究表明，激活多巴胺D1受体可通过PKA(protein kinase A)和腺苷A1 受体降低缺血后纹状体神经元兴奋性突触传递，使用D1 受体激动剂后可显著减少纹状体细胞的死亡［16］。Okada 研究发现使用多巴胺D4 受体拮抗剂可上调神经元凋亡抑制蛋白(neuronal apoptosis inhibitory protein，NAIP)的表达，NAIP 可保护神经细胞免受氧化应激诱导的细胞凋亡［17］。而另一项研究发现使用左旋多巴可加强缺血性卒中的功能恢复，其可能的机制是左旋多巴增加了神经胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)的表达，GDNF 在组织的重组及可塑性方面具有重要功能，从而使缺损的神经功能得以恢复［18］。Ruscher 在大鼠脑缺血模型中发现使用左旋多巴显著改善了大鼠的运动功能的恢复，可能是因为增加细胞DA-1 和DA-2 受体的的时间表达和增强了星形胶质细胞多巴胺和cAMP(cyclic adenosine monophosphate)调节的磷蛋白的反应［18］。在一项随机、双盲临床试验，伴有体象障碍的患者中使用多巴胺受体激动剂罗替戈汀，结果表明使用罗替戈汀组患者的选择性注意力得以改善［19］。也有报道［20］使用多巴胺D2/3 受体激动剂罗匹尼罗成功治疗一个前额叶皮质梗死后抑郁，可能是改善与增加了前额叶皮质和基底神经节的血流量。另外据一项双盲，安慰剂对照，随机交叉设计的研究发现使用左旋多巴改善了慢性缺血性脑血管病患者的学习能力［21］。但根据一个系统评价表明没有足够的证据表明多巴胺影响了脑卒中后运动功能恢复［22］。

3 肽 类

3.1 P 物质 P 物质(substance P，SP)广泛存在于神经纤维内，是人们最早发现的神经肽之一，其通过与其受体结合实现生理作用。脑缺血时血清P 物质浓度显著升高［23］。Turner 发现P 物质与脑水肿及炎症反应有关［24］。炎症反应是缺血性脑血管发生发展中的重要一环，P 物质是神经源性炎症的介质之一［25］。实验表明，中枢神经系统损伤后P 物质增加，参与炎症反应导致血脑屏障损伤，脑水肿的发生。使用P 物质拮抗剂可有效降低脑水肿及神经功能缺损［26］。Gabrielian 进一步试验证明卒中后P 物质在血管周围聚集，P物质作用于神经激肽1(neurokinin，NK1)受体增加了血脑屏障的渗透性产生血管性水肿。使用NK1 受体拮抗剂明显降低颅内压［27］。同时Turner 也发现使用NK1 受体拮抗剂对脑水肿、血脑屏障的通透性及功能有效［28］。

3.2 其他肽类 δ 阿片肽可介导神经细胞离子平衡，激活内源性神经元保护途径。此外，δ 阿片受体激动剂已被证明可减少细胞凋亡，促进神经元的存活［29］。也有研究发现血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)和垂体腺苷酸环化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase activating peptide，PACAP)在神经元细胞和免疫细胞的损伤后表达上调，通过抑制巨噬细胞及小胶质细胞产生如TNF-α 和IFN-γ 等炎症因子，且PACAP 可延长缺血相关疾病的治疗时间治疗窗，提示一个神经保护作用［30，31］。Kim 也发现神经肽Y 的C-339T 基因的多态性可能为脑卒中的遗传危险性因素［32］。Lee 通过基因分析证实 神经肽Y 的基因的2 个常见多态性序列之间的相互作用可能与缺血卒中临床表现的差异相关［33］。

4 其他神经递质

前列腺素(prostaglandin，PG)是广泛存在于人体内一类不饱和脂肪酸组成的、具有多种生理功能的活性物质。按其结构，前列腺素分为A、B、C、D、E、F、G、H、I 等多种类型。不同前列腺素的类型具有不同的功能。作为神经递质，它广泛分布于神经系统。前列腺素E 在体内发挥着重要的功能，目前已知有前列腺素E2 有EP1、EP2、EP3、EP4 四种受体。Zhen 通过实验发现PGE2 受体EP1 的缺失加重了神经细胞的损伤，说明EP1 受体具有神经保护作用［34］。EP2 基因敲除的小鼠较野生型小鼠在脑缺血后神经功能缺损症状更严重［35］。Ikeda-Matsuo 进一步实验发现前列腺素E2 可加重谷氨酸毒性作用，其机制可能为前列腺素E2 诱导合成微粒体前列腺素E 合成酶1(microsomal prostaglandin E synthase-1，mPGES-1)和环氧合酶2(cyclo-oxygen-ase 2，COX-2)，mPGES-1 与COX-2 共同作用使谷氨酸过量释放，进一步使用EP3受体拮抗剂显示出EP3 拮抗剂可消除这种作用，推测PGE2通过激活EP3 对缺血性卒中产生有害的作用［36］。同时PGE2 的受体EP3 通过增强炎症反应及凋亡可加重皮质的缺血［37］。而给予EP4 受体激动剂后可显著减少脑缺血小鼠的梗死面积和改善长期预后，提示EP4 受体具有神经保护作用［38］。

ICVD 可导致神经递质的紊乱，而神经递质的功能的紊乱既可以对神经元进行保护，也可以加重神经功能缺损症状，综上所述，缺血性脑血管病与神经递质的关系是错综复杂的，既相互作用也相互制约，所以对其更深入的研究，可能是治疗缺血性脑血管病的一个新方向。

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