NMDA 受体在HIV 相关认知功能障碍发病机制及治疗靶点中的作用

1 HAND 的毒素来源

HIV 不易通过血脑屏障(BBB)，它首先与淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞上的趋化因子受体5(CCR5)和趋化因子受体4(CXCR4)结合，再伴随这些细胞进入CNS［4］。此外，游离HIV 颗粒也可通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)依赖性胞饮作用渗入脑微血管内皮细胞，进而上调细胞间黏附分子-1(ICAM-1)的表达，增加游离HIV 颗粒和感染的单核巨噬细胞进入CNS。巨噬细胞跨过BBB 进入CNS 后，释放病毒颗粒并将其播散到邻近的小胶质细胞、星形胶质细胞［5］。然而HIV 并不感染神经细胞，原因可能是神经细胞膜表面不表达HIV 感染所必需的CD4 分子。被HIV 感染的巨噬细胞和小胶质细胞释放HIV 病毒蛋白如Tat、gp120，或促使受感染细胞内HIV 进一步复制，或激活邻近细胞产生过量的细胞因子、自由基、一氧化氮(NO)、类花生酸类物质(AA)、血小板活化因子(PAF)和氨基酸等神经毒性分子，这些效应分子以复杂的形式相互作用，干扰神经元赖以生存的细胞内信号转导通路，引起神经元结构、功能的异常改变。

2 HIV-1 与NMDA 受体的联系

2.1 HIV-1 引起谷氨酸系统紊乱谷氨酸由突触前膜释放后主要作用于突触后膜的NMDA 受体，并且氨基酸转运蛋白能够使突触间隙的谷氨酸保持在正常浓度。当HIV-1感染巨噬细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞后，可从两方面引起谷氨酸系统的紊乱。一方面，被感染细胞释放的神经毒性物质可直接或间接引起细胞内谷氨酸的释放增多，后者过度激活NMDA 受体从而介导兴奋毒性作用;另一方面，星形胶质细胞被HIV-1 感染后，兴奋性谷氨酸转运体1 型(EAAT1)和2 型(EAAT2)的表达下降，减弱了其对胞外谷氨酸重吸收的能力。而HAND 患者体内约有19%的星形胶质细胞被HIV-1 感染［6］，HIV-1 病毒蛋白在这些细胞里积累，增加炎症趋化因子、细胞因子和谷氨酸的合成和释放而造成对神经细胞的损伤。

2.2 Tat 蛋白激活NMDA 受体 Tat 蛋白是HIV-1 病毒基因组编码的一种碱性蛋白分子，由感染HIV-1 的T 细胞及单核巨噬细胞释放。HIV-1 侵入细胞后，反式激活病毒RNA的转录以生成完整的mRNA。研究发现，Tat mRNA 含量在HAD 患者体内有所增高［7］。此外，Tat 蛋白显著增加星形胶质细胞的表达和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的释放，并能够被HIV-1 感染的细胞分泌，穿过细胞膜到达患者的血清、脑脊液和大脑，并能改变非感染细胞的结构和功能，促进艾滋病的发生和发展［8］。Tat 蛋白能够结合到低密度脂蛋白的受体关联蛋白(receptor-related protein，LRP)，激活NMDA 受体［7］，并可促进NMDA 受体NR2A 和NR2B 磷酸化，导致受体持续兴奋［9］，增加Ca2+内流，激活神经元一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，nNOS)，最终引起神经元损伤或凋亡。LRP 的形成以及NMDA 受体、nNOS 的激活，是Tat 蛋白引起细胞凋亡的早期过程［10］。此外，Tat 蛋白能够致敏神经细胞［3］，使正常浓度的谷氨酸也能够产生显著的兴奋毒性和细胞内Ca2+的紊乱。另一方面，在HIV-1 感染的神经细胞培养物中，NMDA 受体拮抗剂MK-801 能够阻断Tat 引起的钙离子内流增加和神经细胞死亡［9］。

2.3 Gp120 激活NMDA 受体 Gp120 是一种强烈的神经毒素，位于HIV-1 包膜糖蛋白Gp160 的基因编码，其前体为Gp160，经蛋白酶裂解成Gp120 和Gp41。Gp120 能够促进HIV-1 经由CD4 受体上的CCR5 和CXCR4 受体进入细胞内［4］。Gp120 结合到巨噬细胞和小胶质细胞后，引起细胞产生炎性细胞因子和类花生酸类物质等神经毒素，直接或间接激活NMDA 受体。Gp120 也能诱发小胶质细胞钙离子内流并且增加细胞外单信号调节激酶(ERK)的磷酸化，从而导致小胶质细胞的活化［11］;还可通过氧化细胞膜上的鞘磷脂水解酶，扩大神经元树突上脂筏的结构，改变NMDA 受体的空间结构和密度来激活受体活性，直接提高神经元上NMDA 受体的Ca2+内流。此外，Gp120 还可以影响星形胶质细胞摄取谷氨酸并阻断神经元谷氨酰胺的供给［12］。而谷氨酰胺参与受体的运输和表达，与突触的活性有关，它的减少将影响到患者的学习和记忆能力，引起记忆缺陷。

2.4 其他HIV-1 蛋白激活NMDA 受体 HIV-1 的其他蛋白如Gp160、Gp41 和R 病毒蛋白等，也被认为能够引起谷氨酸系统的紊乱。其中Gp41 可促进神经胶质细胞释放谷氨酸，而且释放谷氨酸的效应可能强于Gp120［12］，这表明该蛋白能促成HIV 感染引起的兴奋毒性效应。Gp160 是Gp120的前体物质，也能够诱导NMDA 受体改变细胞内Ca2+水平，发挥神经毒性［13］。R 病毒蛋白转基因鼠在皮质和基底神经节显示高水平的谷氨酸和低水平的谷氨酸转运蛋白，且能够激活星形胶质细胞的死亡信号，促进细胞凋亡［14］。

3 NMDA 受体在HAND 中的兴奋毒性效应

3.1 NMDA 受体特性根据细胞表面受体的分布特点，NMDA 受体可分为突触内、突触旁和突触外三类。突触内NMDA 受体位于突触后致密区，结合来自突触前囊泡释放的突触内谷氨酸;突触旁NMDA 受体位于突触旁区域，当突触前膜接受较强的刺激，释放更多的谷氨酸时发生反应;在生理情况下，突触外NMDA 受体对突触内释放的谷氨酸几乎不能产生反应［15］。Hardingham 等［3］指出，钙离子经激活的突触内NMDA 受体进入细胞，诱导环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)水平上调，脑源性神经生长因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)表达增加，促进神经细胞生长;而突触外NMDA 受体的激活则下调CREB 水平，使得BDNF 表达降低，导致细胞凋亡。此后大量的研究表明突触内、外NMDA 受体在基因表达与调控上具有相反的作用，选择性阻断突触外NMDA 受体可以有效缓解与谷氨酸相关的兴奋毒性损伤［16］。

在病理情况下，突触后神经元活性下调，谷氨酸转运蛋白功能下降，正常分泌的谷氨酸不能被重吸收，扩散至突触外间隙激活突触外NMDA 受体［17］，使流入细胞内的Ca2+增多，甚至造成神经元胞质内钙超载而引起神经细胞损伤。因此，NMDA 受体的两面性被认为是与突触内、外NMDA 受体的不同功能有关，突触内受体能抗氧应激和抑制凋亡蛋白发挥神经保护作用，突触外NMDA 受体则引起氧应激、细胞凋亡信号转导途径［18］。

3.2 突触内、外NMDA 受体亚型突触内、外NMDA受体的主要亚型分别为NR2A、NR2B。NR2A 和NR2B 在通道动力学、突触上分布及其下游结合蛋白信号通路等方面均有较大差异。NR2A 具有启动快速、通量较小的特点;NR2B与谷氨酸的亲和力以及开放概率较低，但衰减时间较慢，对钙离子的通透性较高。短暂快速的钙内流可提高细胞兴奋性，诱导突触长时程增强(LTP)，激活细胞保护机制［16］;持续大量的钙内流，导致细胞内钙超载，诱导突触长时程抑制(LTD)，同时激活细胞凋亡和氧应激信号的转导途径。因此，突触内、外NMDA 受体的不同作用很可能与其亚型组成不同有关。突触内NR2A 的激活能够促进细胞存活，而突触外NR2B 的激活则引起兴奋毒性，促进细胞死亡。

3.3 突触外NMDA 受体NR2B 亚型在HAND 中的作用

Jing［19］发现，脑组织感染HIV-1 后释放IL-1，刺激星形胶质细胞，引起NR2B 受体过度激活。Xiong［20］在研究中发现，被HIV-1 感染的单核巨噬细胞的分泌物MCP-1 能够激活爪蛙卵母细胞的NR2B 受体，并提出了NMDA 受体亚型NR2B可能是HIV-1 感染后引发神经系统功能病变的主要机制。此外，用病毒蛋白gp120 刺激巨噬细胞，其释放的可溶性物质能够加强海马CA1区域的兴奋性突触后电流而导致神经元的损伤，而在NR2B 兴奋性突触后电流的加强程度强于NR2A。NR2B 受体拮抗剂能够阻断被感染的巨噬细胞所引起的神经元损伤［21］。因此，在CNS 内被HIV-1 感染的细胞释放的神经毒性物质最终可能是激活突触外NR2B 受体，引起神经细胞内钙超载而出现神经损伤。

综上所述，突触外NR2B 受体的激活很可能是参与到HAND 发病机制中的关键所在，选择性阻断突触外NR2B 受体的激活被认为是治疗认知功能障碍性疾病的重要策略。

4 NMDA 受体是HAND 的潜在治疗靶点

高效抗逆转录病毒治疗(HAART)是过去治疗AIDS 的主要方法，它能够降低HIV mRNA 水平，使其处于一个低水平的复制状态，在一定程度上控制了AIDS 的发病率和死亡率。但是HAART 药物难以通过BBB，所以该疗法不能彻底根除脑内的HIV，对HAD 不能发挥明显疗效。而针对HAND的有效治疗策略，目前仍在不断研究。

4.1 抗NMDA 受体兴奋毒性治疗由于NMDA 受体介导的兴奋毒性效应主要源于该受体的过度激活，因此阻断它的激活是HAND 的一个治疗方法。NMDA 受体拮抗剂在体内、外试验中均能对HIV-1 感染或者gp120 蛋白引起的毒性损伤起到缓解作用。然而，NMDA 受体对于神经系统中的许多生理功能活动具有重要作用，广泛阻断NMDA 受体的活性会引起许多不良后果。对此，选择性阻断NMDA 受体亚型或选择性阻断突触外NMDA 受体可能会成为一个新的改进方法。

美金刚是一种电压依赖性、中等程度亲和力的非竞争性NMDA 受体拮抗剂，具有活跃的药理动力学性质，能够迅速结合到NMDA 受体上。而且美金刚更容易结合到突触外NMDA 受体上阻断其兴奋毒性作用，而不破坏突触内NMDA受体的正常生理功能。这可能是因为:(1)组成突触内外NMDA 受体的信号传导系统不同，美金刚不容易进入突触内NMDA 受体调控的离子通道;(2)突触内、外的NMDA 受体具有不同的NR2 受体亚型;(3)突触内外NMDA 受体具有不同的激活方式，突触内NMDA 受体可快速地被谷氨酸激活，而突触外NMDA 受体的激活则需要一个缓慢、持久的过程［22］。在神经细胞培养物中，美金刚能够阻断gp120 或者其与Tat 联合的毒性作用。其他NMDA 受体拮抗剂如MK-801、AP-5 等在体外实验也能够表现出阻断gp120 的神经毒性作用［12］。此外，MK-801、选择性NR2B 受体拮抗剂艾芬地儿能够有效阻断NMDA 受体发挥的兴奋毒性，而选择性NR2A 受体拮抗剂TCN201 却没有发现有效的神经保护作用［23］。

4.2 间接抑制NMDA 受体的过度激活谷氨酸的合成与释放与位于突触前的谷氨酸羧肽酶(GCPII)有关，GCPII可催化N-乙酰天冬氨酰谷氨酸(NAAG)水解为乙酰氨基酸(NAA)和谷氨酸。而GCPII 抑制剂能够降低突触间隙谷氨酸的浓度，进而缓解谷氨酸的兴奋毒性。有研究指出GCPII抑制剂能够引起细胞内NAAG 含量增多，而谷氨酸含量减少，并且在神经损伤的动物模型中能够表现出神经保护作用［24］。2-PMPA 是其中一个有效的选择性GCPII 抑制剂，在大鼠海马神经细胞培养物中能够抑制NAAG 的水解，阻止GP120 引起的细胞凋亡［25］。

谷氨酰胺酶能够催化谷氨酰胺水解为谷氨酸，是中枢神经系统内谷氨酸的重要来源。巨噬细胞、神经胶质细胞被HIV-1 感染后会增加细胞内信号转导和转录激活子1(STAT1)的磷酸化，促进STAT1 结合到谷氨酰胺酶启动因子上，使得谷氨酰胺酶的mRNA 以及蛋白水平增高，进而释放出高水平的谷氨酸［26］，而谷氨酰胺酶抑制剂能够抑制这一过程。

4.3 其他治疗策略 HIV-1 介导的神经毒性能够抑制谷氨酸转运蛋白GLT1、GLAST、EAAT1 等的活性以及表达，降低了突触对谷氨酸的再摄取能力，导致谷氨酸的堆积。因此，也有研究尝试通过加强星形胶质细胞内EAAT1 和EAAT2 的活性和表达，增加对胞外谷氨酸的转移和重吸收能力，迅速清除胞外谷氨酸的浓度，从而避免NMDA 受体的过度激活［27］。然而，这些研究还处在早期阶段，需要更多的实验去验证。

5 展望

目前的研究进展让我们认识到NMDA 受体的异常活动在阐明HAND 及其他认知功能障碍性疾病的发生机制中具有重要作用地位，尤其是突触外NMDA 受体介导的兴奋毒性作用引起越来越多地关注。在HAND 的治疗方案中，国内外均在尝试以NMDA 受体作为疾病的治疗靶点而不断开展基础研究以及临床实验，期望在不久的将来能够有所突破。

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