精神分裂症谷氨酸假说及外周血生物标志物检测*

黄晓江　熊　鹏　曾　勇　李　明　陈　鹏

精神分裂症谷氨酸假说及外周血生物标志物检测*

黄晓江熊鹏曾勇李明陈鹏

【摘要】精神分裂症是病因尚未完全阐明的重性疾病，其诊断具有很强的主观性，缺乏客观生物诊断指标。本文从谷氨酸假说角度，综述谷氨酸介导的兴奋性毒性效应在精神分裂症中研究进展，并探讨外周血特异性生物标志物，为其诊疗提供新思路。

【关键词】精神分裂症谷氨酸兴奋性毒性效应NMDA受体血清标志物

近来谷氨酸假说在精神分裂症发病机制中逐渐受到重视，特别是N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体功能失调及动物模型研究、神经生化研究、遗传特性研究、基础药理研究和临床病理特征研究逐渐将这一假说推向成熟。本文从精神分裂症谷氨酸假说机制，综述谷氨酸介导的兴奋性毒性效应在精神分裂症中研究进展，并尝试讨论在外周血中的有关生物标志物，为精神分裂症的诊断和治疗提供新策略。

谷氨酸(Glutamate，Glu)是一种脑内兴奋性神经递质，不能通过血脑屏障，只能脑内代谢产生［1］。正常情况下Glu被摄入、聚集、贮存于神经元囊泡内，当神经元去极化时，Glu释放于突触间隙，与突触后Glu受体结合，介导兴奋性突触传递和其他生理作用，多余的Glu由位于神经元细胞膜和胶质细胞膜上Na+依赖性谷氨酸转运体(glutamate transporter，GLT)迅速摄回胶质细胞并由谷氨酰胺合成酶转变为谷氨酰胺，再转运至突触前神经末梢，经线粒体内的谷氨酰胺酶脱氨生成谷氨酸完成再循环，另一部分在谷氨酸脱羧酶作用下生成γ－氨基丁酸(GABA)。病理情况下，突触间隙中Glu浓度过高，介导“兴奋性毒性效应”对中枢神经系统产生损伤。通常细胞外液中没有使Glu失活的水解酶系统，突触间隙Glu的清除和失活都依赖于星形胶质细胞膜上的GLT，当其表达或功能缺失时，可引起Glu浓度过高或低于正常，引发疾病。谷氨酸受体分为两类:一类为离子型受体，包括: N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)海人藻酸受体(KAR)和α-氨基-3羟基－5甲基-4异恶唑丙酸受体(AMPAR) ;另一类属于代谢型受体(mGluRs)，与膜内G-蛋白偶联，激活后通过G-蛋白效应酶、脑内第二信使等产生较缓慢的生理作用Glu与离子型受体(主要是AMPA和NMDA受体)结合，Ca2+离子通道打开，使膜去极化，兴奋性增高NMDAR由亚基NR1、NR2、NR3组成，NR1是功能亚基，与NR2、NR3亚基组成异聚体。NR1亚基是甘氨酸或D-丝氨酸结合位点，而谷氨酸与NR2、NR3亚基结合，两个位点同时连结后才能激活NMDA受体。NMDAR具有电压依赖的Mg2+阻断作用，对Ca2+有高通透性，正常情况下可诱导长时程增强作用(LTP)、介导突触可塑性等;病理情况下介导兴奋性毒性作用、诱导神经元凋亡及神经元退行性病变［2］

1　谷氨酸介导的兴奋性毒性与精神分裂症研究进展

谷氨酸系统参与精神分裂症的病理过程主要来源于这样的观察，谷氨酸受体拮抗剂如环苯己哌啶(PCP)和氯胺酮中毒后，人们往往表现出类精神分裂症样症状，这些综合征可以归入精神分裂症的阳性症状和阴性症状及认知功能障碍中去［3］。精神分裂症患者尸脑研究证实PFC区存在NMDA受体数目减少和去磷酸化，与精神分裂症阴性症状和认知功能障碍密切相关。推测是脑内NMDA受体功能原发性低下(或PCP和氯胺酮与脑内NMDA受体结合，抑制了谷氨酸与NMDA受体结合，引起NMDA受体功能不足)，抑制了GABA神经元活性，使GABA释放减少导致对谷氨酸能神经元抑制减弱，进而谷氨酸能神经元脱抑制性导致Glu大量释放，最终发生精神病性症状［4，5］。

动物模型研究发现给予啮齿动物NMDA受体拮抗剂后发现在纹状体和前额叶皮质谷氨酸释放增加［6］，在前额叶皮质谷氨酰胺的合成也增加［7］。在健康成人参与的一项试验中，服用氯胺酮麻醉剂后，质子磁共振波谱(H-MRS)显示受试者前扣带回谷氨酸和谷氨酰胺量均增加［8］。对于未服过药的首发精神分裂症患者H-MRS亦发现高水平谷氨酸和谷氨酰胺，提示未治疗的精神分裂症患者存在谷氨酸能神经元过度兴奋，而治疗后处于缓解期的患者谷氨酸和谷氨酰胺水平下降或与健康对照组水平相似［9～12］。在一项纵向研究中显示，对药物治疗反应较好的首发精神分裂症患者经抗精神病药物治疗4周后，PANSS阳性症状分和阴性症状分至少下降30%，谷氨酸水平在纹状体明显下降［10］，而抗精神病药治疗效果差的患者前扣带回皮质谷氨酸水平仍较高［13］。最近的一篇综述也显示，未服药的精神分裂症患者存在较高谷氨酸水平，提示谷氨酸兴奋性毒性存在，而治疗有效的患者谷氨酸水平和健康对照组相似［14］。但也有少数研究持不同结论，Marsman A等［15］研究显示精神分裂症患者较健康对照组随着年龄的增加谷氨酸和谷氨酰胺水平快速下降。脑细胞外高浓度的谷氨酸水平是神经元功能失调和变性的潜在因素［16］，不断累积的谷氨酸引起细胞兴奋性毒性，导致Ca2+内流，激活多种效应酶，最终导致神经元死亡。最近一项Meta分析表明精神分裂症患者神经纤维网减少，树突棘和树突长度减少，胶质细胞和神经元密度降低，皮质体积缩小以及脑室扩大，提示在早期可能存在NMDA受体功能低下，导致了神经元异常、大量凋亡，可能与谷氨酸介导的兴奋性毒性有关［17］。

2　外周血特异性生物标志物

精神分裂症谷氨酸假说在分子生物学研究方面主要集中于谷氨酸受体及相关酶、转运体、受体结合蛋白等mRNA的表达和基因多态性研究，在外周血中讨论与谷氨酸假说相关的特异性生物标志物，可进一步支持该假说，并对进一步探讨精神分裂症的发病机制及诊疗具有重大意义。

2.1NMDAR抗体NMDAR抗体靶抗原为NR1/NR2功能二聚体。抗NMDAR是NMDAR拮抗剂，与PCP、氯胺酮等类似可使NMDA受体功能减退，与突触后膜抗原决定簇特异性结合，但不影响AMPAR、GABAR等突触蛋白，不改变突触数量也不影响神经元存活［18］。通过抗原抗体特异性反应NMDA受体密度可选择性和可逆性下降、功能缺失，且与抗体滴度成正比，谷氨酸信号传递受抑制，导致谷氨酸蓄积，使NMDAR、AMPAR过度激活，引起突触后钙离子超载，诱导神经元死亡，与认知功能障碍密切相关。同时NMDA受体密度减少和功能失调可使GABA能神经元活性下降，谷氨酸能抑制减弱，导致突触间隙和胞外谷氨酸浓度升高，引起精神病性症状。最近的一项Meta分析［19］显示，在9篇研究中，其中5篇显示精神分裂症、分裂情感性精神病、双相情感障碍、重度抑郁症患者相比健康对照组血清抗NMDAR阳性具有高度特异性，这些由不同IgG、IgM和IgA组成的阳性抗体包括抗NR1、抗NR1/NR2B和抗NR2A/NR2B，其抗体滴度是健康对照组的3倍，但是首发和慢性精神分裂症组及分裂情感性精神病之间并无显著差异;抗NR2A/NR2B平均滴度在首发精神分裂症和急性躁狂发作者较健康对照组有显著性差异，58%首发患者抗体滴度在治疗第8周下降，而13%急性躁狂者在第4天就下降。

2.2神经调节因子1(neuregulin 1，NRG1)NRG1多肽在神经系统调节中具有重要作用，表皮生长因子4(ErbB4)是其关键性受体，NRG1-ErbB4信号转导与NMDA受体功能调节、突触可塑性及神经元的增生和再生紧密相关，参与谷氨酸、多巴胺、γ-氨基丁酸等神经递质传递［20］。动物模型研究敲除小鼠NRG1或ErbB4基因后，表现出精神分裂症谷氨酸能低下样改变，如高活动性、刻板行为增加、前脉冲抑制受损等，空间记忆、反向学习等认知功能下降，突触可塑性降低［20～22］。研究发现NRG1-ErbB4 mRNA与蛋白的表达在精神分裂症患者前额叶和海马内均异常，前额叶内NRG1-ErbB4受体活性水平显著增高，减弱NMDA受体功能，引起精神病性症状［23～24］。一项地佐环平(MK-801)诱导的动物模型研究［25］显示，NRG1-ErbB4信号转导增强经由突触后支架蛋白PSD-95介导NMDA受体功能低下且全额叶皮层较海马明显。但国内张海三等［26］采用双抗体夹心法研究显示，首发精神分裂症患者血清NRG1蛋白浓度显著低于健康对照组，利培酮治疗4周后恢复正常。

2.3蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)PKC是在磷脂和甘油二酯(diacylglycerol，DAG)存在下，依赖Ca2+激活的蛋白丝氨酸/苏氨酸酶，在细胞信号转导、蛋白质磷酸化、生长因子应答等发挥重要作用。PKC家族A组称为传统或经典型PKC，由α、βⅠ、βⅡ、γ亚类组成、Bo Kyung Leea等［27］研究显示神经元谷氨酸兴奋毒性促进Na+/H+交换器1(NHE-1)磷酸化作用，进而激活PKC-βⅠ、βⅡ，最终导致神经元死亡，同时PKC-β抑制剂较NHE-1抑制剂更好地保护神经元。2.4神经元特异性烯醇化酶(NSE) NSE是烯醇化酶中的γ亚基，为神经组织所特有，正常情况下NSE不能分泌到细胞外液，当脑实质破坏和脱髓鞘病变时，NSE从神经元释放入脑脊液和血液中，与脑损伤程度呈正相关［28］。季莉等［29］对60例精神分裂症患者研究显示，治疗前血清NSE水平显著高于健康对照组，提示精神分裂症患者存在脑实质破坏，用阿立哌唑治疗8周后血清NSE水平显著下降并与对照组相近，NSE水平下降程度与认知功能的改善呈显著正相关。2.5雌激素雌激素由内分系统产生，亦参与神经系统功能调节。有研究［30］报道对谷氨酸兴奋性毒性引起的神经元损伤雌激素可发挥重要的抵抗和保护作用，可能通过抑制NMDAR介导的动作电位，抑制高压电激活的Ca2+通道同时减少Ca2+内流从而减轻Glu兴奋性毒性导致的神经元损伤或死亡［31～33］。Occhiuto F等［34］研究发现雌激素可降低皮层神经元内Glu脱氢酶含量，提示谷氨酸水平降低，提高受损神经元存活能力。最近一项研究［35］显示雌二醇还能增强星形胶质细胞中谷氨酸转运体-1(GLT-1)和谷氨酸-天冬氨酸转运体(GLAST) mRNA和蛋白表达，增加谷氨酸的摄取，降低兴奋性毒性，转化生长因子-α(TGF-α)可能介导了这一过程，应用雌二醇竞争性拮抗剂他莫昔芬后GLT-1表达减少。于鲁璐等［36］对55例男性精神分裂症患者研究显示，治疗前患者血清雌激素水平显著低于正常对照组，治疗12周后雌激素水平提高与正常对照组接近，且患者雌激素水平与PANSS阴性症状分呈负相关。

3　小结与展望

精神分裂症的病理机制目前仍不完全清楚，谷氨酸假说为探讨精神分裂症的发病机制、病理过程提供了一个相对合理的解释，在早期阶段谷氨酸NMDA受体功能减退构成了发病基础，长久的进展导致疾病发作与慢性化。展望今后，应加强谷氨酸能与多巴胺能、5-羟色胺能、胆碱能等相互作用研究，对NMDA受体功能失调从不同层面深入研究，发现更多的特异性生物标志物，找到既能增强NMDA受体功能又不产生兴奋性神经毒性的药物。

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(收稿日期:2014－09－04)

通讯作者:曾勇，教授，硕士生导师，E-mail: zhangsl900@163.com

*基金项目:国家自然科学基金项目(编号:81360210)

doi:10.3969/j.issn.2095－9346.2015.01.022

【中图分类号】R749.3

【文献标识码】A

【文章编号】2095－9346(2015)－01－0066－04

作者单位:650031云南昆明，昆明医科大学第一附属医院