缺血性脑病中NMDA受体的研究进展

徐润楠，孙立元

(桂林医学院脑与认知神经科学重点实验室，广西 桂林 541199)

随着全球人口老龄化的到来，缺血性卒中的发病率逐年增高，并已在全球范围内成为导致死亡和残疾的主要原因。世界卫生组织的报告显示，脑卒中是世界范围内仅次于冠心病与癌症的第三位死亡原因，每年约有580万人因此死亡。

目前，脑缺血疾病的治疗主要有血管及细胞两种方案。溶栓是目前最常用的血管方案，也是目前公认治疗急性缺血性脑卒中最有效的方法。但溶栓治疗严格的时间窗(<4.5 h)限制了它的广泛应用。发达国家溶栓成功率仅在10%左右，常用的溶栓剂t-PA，本身会导致凝血因子降解[1]，溶栓治疗会增加患者脑出血风险[2]。细胞方案是使用神经保护剂来干预半暗带区细胞死亡的通路，来提高半暗带细胞的存活率。脑缺血后，快速耗竭的能量导致细胞内外离子浓度差的失衡。下降的神经元、胶质细胞膜电位，以及缺血区细胞外液中兴奋性氨基酸，尤其是谷氨酸显著上升，造成N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)等谷氨酸受体大量激活，引起大量的Ca2+内流，产生兴奋性毒性，在脑缺血和再灌注过程的各个环节中产生的大量自由基，作用于细胞膜生成有细胞毒性作用的脂质过氧化物等，最终导致神经元死亡。因此，NMDA受体及其拮抗剂的研究，对于了解脑缺血后的病理过程以及探讨脑缺血后的神经保护方案具有重要意义。

1 NMDA受体的结构与功能

NMDA受体是一种能与兴奋性氨基酸(excitatory amino acids，EAA)中的谷氨酸结合的通道型受体，兴奋性谷氨酸受体中配体门控离子通道受体的亚型。目前已知其3种亚基：NR1、NR2和NR3[3]，其中NR1作为功能部分构成离子通道，生物体中的NR1基因只有1种，NR2具有4种亚型(NR2A-D)，其作为NMDA的调节蛋白并不独立表达，不同亚型常与NR1共同表达于某些区域，NR3有2种亚型(NR3A、NR3B)与NR1及NR2形成异构体发挥作用[4]，是抑制功能性NMDA受体通道开放的显性负向家族[5]。

EAA是一类神经递质，是由2个羧基和1个氨基构成的酸性游离氨基酸。包括谷氨酸(Glu)以及天门冬氨酸(ASP)，在正常生理状态下与受体结合产生兴奋性突触后电位，而Glu在CNS中枢神经系统中含量高、分布广、作用强，在整个CNS中表达并在突触功能中发挥关键的生理作用。NMDA是其最重要、最具特点的受体之一，它特殊的门控方式使其区别于其他谷氨酸受体：NMDA既受谷氨酸递质门控，又受电压门控。在处于激活态时，除对Na+、K+通透外，NMDA受体还对Ca2+具有极高的通透性。Ca2+进入树突棘对于突触传递的长期增益(LTP)和长期抑制(LTD)都是必不可少的[6]。LTP被普遍视为构成学习与记忆基础的主要分子机制之一。近年来研究还发现，因为与LTP的相关性，NMDA受体在慢性疼痛中也发挥重要的作用[7]。上调 NR2A 亚基的表达会损伤大鼠的空间记忆[8]，NR2B 过度表达的小鼠空间记忆能力明显增强[9]。

2 脑缺血时NMDA受体亚型的表达

脑缺血时，由于ATP供能出现障碍，导致离子泵功能减退，离子平衡被打破使得细胞膜去极化，电压依赖性的钙通道(VDCCs)被激活，大量Ca2+内流，导致胞浆内Ca2+浓度升高，突触末梢Glu释放。同时由于缺血缺氧导致的供能障碍，导致谷氨酸转运体(GLT-1、GLAST、EAAT3、EAAT4、EAAT5)供能减退，谷氨酸清除能力下降。两者共同作用导致谷氨酸在突触间隙中的浓度过度升高，谷氨酸过量积聚于突触间隙过度激活NMDA受体，导致Ca2+进一步积蓄，引发Ca2+超载。以往的研究显示，脑缺血会引起不同脑区的NMDA受体表达上调[10-11]。然而也有研究显示同侧半球中MCAO 2 h显著降低NMDA受体的NR1，NR2A和NR2B亚基的mRNA以及相应蛋白的表达，而对于非NMDA受体的亚基则没有，在MCAO大鼠的三种不同亚型的离子型谷氨酸受体中，NMDA受体可能会优先响应于缺血信号输入而下调[12]。

2.1 NR1的表达

NR1是NMDA受体的功能亚基，大鼠胚胎发育14 d后NR1亚基mRNA开始表达，NR1基因紊乱可直接导致NMDA受体的功能丧失。NR1亚基存在调节Ca2+的氨基酸序列，且此序列不存在于NR2以及其他非NMDA受体亚基中[13]。并且研究发现NR1表达增加NMDA诱导的兴奋性毒性[14]。NMDA受体的激活与S897位点的NR1磷酸化和去磷酸化有密切关系[15]，而在NMDA诱导的神经损伤中，S897位点的NR1去磷酸化，与缺血缺氧导致的神经损伤结果相似[16]。有研究显示，NR1及NR1 mRNA在大鼠海马各区均有不同程度的表达；MCAO后NR1及NR1 mRNA的表达水平上调。而也有研究显示，无论是脑缺血后的皮质半暗带，还是基底节区，NR1的表达均降低。这种差异或与模型以及检测时间有关，有研究显示，在CA1区，NR1 mRNA表达在缺血再灌注后显著增加，在缺血再灌注后 24 h达到峰值，然后逐渐下降直至缺血再灌注后第7 天[17]。

2.2 NR2的表达

NR2B在脑缺血引起的神经元损伤中起到了重要作用[18]，而NR2A在脑缺血中的作用仍存在争议，可能与其在脑缺血过程中，既介导Ca2+超载的促神经损伤通路，亦介导C-末端依赖的神经保护通路有关。在脑缺血的早期，NR2A引起的神经损伤占据主导地位，而后期NR2A的活性趋于正常后，又主要发挥神经保护作用。以往的研究显示，NR2亚基的C末端与NMDA受体信号复合物(NSC)中的PDZ结构域蛋白之间的相互作用成为新兴的治疗靶点[19]。并且MCAO后3 h再灌注后，皮质中NR2A和NR2B受体mRNA的表达上调，该作用伴随着NR2A和NR2B免疫反应性的增加，在再灌注的6 h，在半影中观察到了NR2A mRNA的急剧活化，并且在再灌注的24 h恢复到了对照水平。监测实验大鼠血液中的NR2A自身抗体显示其在再灌注的第5～6天可靠增加，并在实验的第20天保持升高[20]。以往的研究显示，NR2B蛋白的C肽末尾段可以与细胞死亡的相关蛋白激酶1(DAPK1)结合形成NR2BCT聚合物，从而使NR2B亚单位磷酸化，后者可以提高NR1/NR2B 通道的传导性[21]。相关研究通过侧脑室注射NR2B拮抗剂Ro25-6981干预局灶性脑缺血大鼠，结果显示缺血2 h后给药能够降低局灶性脑缺血大鼠神经缺损评分，缩小梗死体积，起到神经保护作用[22]。

2.3 NR3的表达

NMDA型谷氨酸受体的过度活化导致兴奋性毒性，进而导致中风和神经退行性疾病的损害。NMDA受体通常由NR1 / NR2亚基组成，但可能包含调节性NR3亚基。在包含NR3的异源表达系统和转基因小鼠中，亚基可降低振幅，并显著降低NMDA受体相关通道的Ca2+渗透性[23]。在大鼠MCAO模型中，提高NR3A的表达水平可以减轻大鼠神经损伤，缩小梗死体积[24]。

3 展望

NMDA受体是脑缺血后谷氨酸钙超载损伤通路的关键受体。其活化状态影响着脑缺血后神经元损伤的进展和过程，相关抑制剂的研究也一直是热点问题。然而在临床研究中这些药物疗效不佳，甚至有明显的中枢毒副作用，致使患者幻觉、紧张、冷漠、记忆障碍、恶心、呕吐等[25]。这种结果可能与以下几个方面有关：① NMDA受体不但促进了脑缺血损伤的进展，也在脑缺血进展的某些时期起到神经保护作用。②受体拮抗剂发挥的单一作用，这种抑制单一的神经元死亡通路的治疗手段与缺血级联反应的复杂性是相悖的。③非选择性的NMDA受体拮抗剂选择性较低，NMDA受体是神经生理活动的重要受体，非选择性的NMDA受体拮抗剂即便具有较为明显的疗效，其过强的毒副作用也不可忽略。因此，进一步筛选副作用较轻的NMDA受体拮抗剂，或在使用NMDA受体的同时也联合运用改善灌注，抑制炎症的药物，也许能够更好地改善患者预后。同时进一步探讨选择性NMDA受体，在脑缺血后合适的时间点选择性抑制NMDA受体亚基，使其能够改善缺血后神经损伤而无明显毒副作用，也是一种值得深入探讨的选择。