目前精神分裂癥(Schizophrenia, SCZ)的病因尚未明確，已知其在世界范圍人群中的患病率約為1%[1]。研究表明，精神分裂癥是一種復(fù)雜的多基因遺傳疾病，目前已有大量研究致力于尋找精神分裂癥相關(guān)的變異基因[2～4]，其中興奮性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(Excitatory Amino Acid Transporters，EAATs)相關(guān)基因的研究越來(lái)越受關(guān)注。

1 谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體簡(jiǎn)介

谷氨酸(Glutamate, Glu)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System, CNS)重要的興奮性氨基酸。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中約40%的神經(jīng)突觸為谷氨酸能突觸[5,6]，其在人類生理?xiàng)l件下的神經(jīng)發(fā)育、突觸可塑性、學(xué)習(xí)與記憶等方面發(fā)揮著重要作用[7]。谷氨酸能突觸中氨基酸水平過(guò)高會(huì)導(dǎo)致谷氨酸受體的過(guò)度激活，從而導(dǎo)致神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)鈣離子水平升高，引起興奮性神經(jīng)元損傷或細(xì)胞死亡[8，9]，這種興奮性毒性與精神分裂癥、癲癇、中風(fēng)、肌萎縮側(cè)索硬化、特發(fā)性震顫等神經(jīng)精神疾病的發(fā)生發(fā)展均具有相關(guān)性[10～12]。細(xì)胞外液中缺乏使谷氨酸失活的水解酶系統(tǒng)，因此維持神經(jīng)元的正常功能、終止該興奮性毒性的有效機(jī)制是通過(guò)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的主動(dòng)運(yùn)輸功能將突觸間隙的谷氨酸清除來(lái)實(shí)現(xiàn)[13]。目前已知的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體有兩種，一種是低親和力谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，也稱為囊泡型轉(zhuǎn)運(yùn)體(Vesicular Glutamate Transporters，VGLUTs)，主要由三個(gè)亞型(VGLUT1，VGLUT2和VGLUT3)組成；另一種為高親和力谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，也即興奮性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(EAATs)，包括五種亞型(EAAT1-5)。以上兩種不同類型的轉(zhuǎn)運(yùn)體參與谷氨酸的緩沖、清除和循環(huán)，在維持突觸內(nèi)和突觸間隙谷氨酸的水平方面起著重要的作用[14]。VGLUTs主要負(fù)責(zé)將位于突觸囊泡外的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至囊泡內(nèi)，維持突觸內(nèi)谷氨酸的濃度。而突觸間隙谷氨酸水平主要受EAATs的調(diào)控，突觸內(nèi)的谷氨酸釋放至突觸間隙后激活EAATs，使其將細(xì)胞外的谷氨酸攝入至突觸細(xì)胞或膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，從而維持細(xì)胞外谷氨酸濃度在正常生理水平。

2 EAATs分布及作用機(jī)制

EAATs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中包含5種不同的膜結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞型(EAAT1-EAAT5)，分別位于不同的腦區(qū)。EAAT1也稱為溶質(zhì)載體家族1成員3(Solute Carrier Family 1 Member 3，SLC1A3)，或者谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Glutamate-aspartate Transporter 1，GLAST1)[15]。1994年Kirschner MA等[16]用熒光原位雜交(Fluorescence in Situ Hybridization，F(xiàn)ISH)技術(shù)將人類EAAT1基因定位于染色體5p13。Stoffel W等[17]在1996年確定人類GLAST1基因包含10個(gè)外顯子，跨越至少85千堿基對(duì)(kilobase, kb)。目前人類基因組序列第38版(The Genome Reference Consortium Human Genome Build 38，GRCh38)中收錄的EAAT1基因的細(xì)胞遺傳學(xué)定位于5p13.2，跨越81 979個(gè)堿基對(duì)，包含12個(gè)外顯子。EAAT2又稱溶質(zhì)載體家族1成員2(Solute Carrier Family 1 Member 2，SLC1A2)，或者谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Glutamate Transporter，GLT-1)，是1992年首次被Pines G等[18]發(fā)現(xiàn)存在于大鼠中的GLT-1mRNA及其編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸序列。1994年Arriza JL等[19]發(fā)現(xiàn)在人腦組織中存在GLT-1的同源物，將其命名為EAAT2。1995年Li X等[20]將人類SLC1A2基因定位至染色體11p13-p12。目前GRCh38中收錄的EAAT2基因的細(xì)胞遺傳學(xué)定位于11p13，跨越168 858個(gè)堿基對(duì)，包含16個(gè)外顯子。EAAT1和EAAT2在腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的質(zhì)膜中均有表達(dá)，其中EAAT1主要在小腦中Bergmann神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中分布，此外在前腦、脊髓以及內(nèi)耳、視網(wǎng)膜等部位也有少量分布。EAAT2則分布較廣泛，在大腦皮層、前腦、海馬等部位的星形膠質(zhì)細(xì)胞膜上以及在發(fā)育階段的神經(jīng)元均有分布。EAAT1和EAAT2負(fù)責(zé)攝取細(xì)胞外或突觸間隙過(guò)量的谷氨酸[21～23]。其中EAAT2顯得尤其重要，其負(fù)責(zé)清除約90%以上的谷氨酸[24,25]，對(duì)于維持成人大腦突觸間隙中谷氨酸的正常水平起至關(guān)重要的作用[26]。

EAAT3也即溶質(zhì)載體家族1成員1(Solute Carrier Family 1 Member 1，SLC1A1)或興奮性氨基酸載體1(Excitatory Amino Acid Carrier 1，EAAC1)，其細(xì)胞遺傳學(xué)定位于9p24.2，跨越97 042個(gè)堿基對(duì)，包含14個(gè)外顯子。EAAT3主要定位于突觸后神經(jīng)元，在海馬CA1-4區(qū)及椎體細(xì)胞層表達(dá)豐富，可維持γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric Acid，GABA)的濃度，而在大多數(shù)區(qū)域中對(duì)谷氨酸再攝取作用較小[27]。EAAT4基因定位于19p13.12，包含14個(gè)外顯子，其特異性定位于小腦中的浦肯野細(xì)胞突觸后表達(dá)，而EAAT5基因定位于1p32.3，包含13個(gè)外顯子，主要在視網(wǎng)膜中表達(dá)于光感受器、膠質(zhì)細(xì)胞及雙極細(xì)胞等[28～31]。

EAATs對(duì)谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)主要利用鈉鉀泵形成的電化學(xué)濃度梯度差異來(lái)完成，細(xì)胞每攝取一個(gè)谷氨酸并同向轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)鈉離子和1個(gè)氫離子，同時(shí)將1個(gè)鉀離子以及1個(gè)氫氧根離子(或碳酸氫根離子)排出細(xì)胞外。

3 EAATs與精神分裂癥

3.1 EAATs與精神分裂癥的關(guān)系 近年來(lái)越來(lái)越多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明了精神分裂癥與EAAT1和EAAT2基因具有相關(guān)性。Karlsson RM等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，EAAT1基因敲除的小鼠與同窩野生型小鼠比較具有自我忽視、快感缺失、社會(huì)退縮以及較差的筑巢能力及學(xué)習(xí)障礙等表現(xiàn)，并且得出結(jié)論該基因缺失可產(chǎn)生與精神分裂癥陰性癥狀和認(rèn)知癥狀相關(guān)的表型異常。EAAT2基因敲除的小鼠其依賴于N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate Receptor，NMDAR)活性的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(Long-term-potentiation，LTP)作用受損[33]。敲除了GLT-1(即EAAT2的同源物)的小鼠其腦內(nèi)細(xì)胞外或突觸間隙中谷氨酸水平增加，導(dǎo)致興奮性毒性相關(guān)的神經(jīng)變性和進(jìn)行性麻痹[34]。

對(duì)精神分裂癥患者的臨床研究也發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥患者腦內(nèi)EAAT1和EAAT2蛋白表達(dá)水平降低，并指出EAATs表達(dá)水平降低與患者的認(rèn)知功能受損有關(guān)。多項(xiàng)研究表明，精神分裂癥患者腦內(nèi)EAAT2蛋白表達(dá)水平降低[35～37]，且患者言語(yǔ)學(xué)習(xí)及言語(yǔ)流暢性等認(rèn)知功能的受損與該基因表達(dá)水平的降低相關(guān)[38]。2004年Egan MF等[37]對(duì)217例歐洲裔美國(guó)人的精神分裂癥患者腦部尸檢結(jié)果顯示其前額皮質(zhì)中的EAAT2表達(dá)較低，還發(fā)現(xiàn)這些患者的一級(jí)親屬中語(yǔ)言學(xué)習(xí)和言語(yǔ)流暢性具有顯著影響，并指出該結(jié)果可能是由于EAAT2的減少導(dǎo)致的。2013年Shan D等[14]對(duì)美國(guó)西奈山醫(yī)療中心和布朗克斯退伍軍人管理醫(yī)療中心腦庫(kù)提供的23例精神分裂癥患者和27例正常對(duì)照組的腦組織尸檢研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比精神分裂癥患者的EAAT1和EAAT2蛋白在顳上回中的表達(dá)減少，并且患者海馬中EAAT2蛋白表達(dá)也有減少。該研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)EAAT3或突觸前囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VGLUT1-2表達(dá)的任何變化。

人類遺傳學(xué)相關(guān)的研究也表明，EAAT1、EAAT2及EAAT3基因多態(tài)性與精神分裂癥具有相關(guān)性。Deng X等[39]在2004年對(duì)100例精神分裂癥患者和100名正常對(duì)照的研究發(fā)現(xiàn)，在日本人群中多個(gè)EAAT2基因位點(diǎn)多態(tài)性與精神分裂癥具有相關(guān)性，并得出結(jié)論，至少有1個(gè)精神分裂癥易感基因位點(diǎn)可能位于SLC1A2基因內(nèi)部或附近。2014年Spangaro M等[40]對(duì)192例精神分裂癥患者EAAT1和EAAT2的基因多態(tài)性與認(rèn)知功能的研究發(fā)現(xiàn)，EAATs低表達(dá)相關(guān)的基因型與患者執(zhí)行功能、工作記憶功能等認(rèn)知功能障礙顯著相關(guān)，指出EAATs表達(dá)活性的降低與精神分裂癥患者認(rèn)知功能受損相關(guān)。2014年P(guān)oletti S等[41]對(duì)50例來(lái)自米蘭的精神分裂癥患者的研究發(fā)現(xiàn)，攜帶EAAT2 SNP rs4354668低活性表達(dá)的G等位基因的患者其灰質(zhì)體積顯著減小，工作記憶功能顯著降低。僅有一項(xiàng)關(guān)于日本人群中EAAT3的研究表明該基因多態(tài)性與精神分裂癥之間有關(guān)聯(lián)。2012年Horiuchi Y等[42]對(duì)43例有精神分裂癥的日本患者和11名日本對(duì)照受試者死后前額葉皮質(zhì)尸檢結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，rs7022369風(fēng)險(xiǎn)等位基因純合個(gè)體中EAAT3表達(dá)水平增加(P=0.003)，指出EAAT3基因可能參與精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制。

以上研究結(jié)果提示，EAAT1、EAAT2及EAAT3基因可能與精神分裂癥的發(fā)生發(fā)展具有相關(guān)性，并且EAAT1和EAAT2的基因多態(tài)性可能在精神分裂癥患者的執(zhí)行功能、工作記憶功能等認(rèn)知功能障礙中起一定作用。尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)EAAT4及EAAT5與精神分裂癥相關(guān)研究的報(bào)道。

3.2 EAATs與精神分裂癥的治療 正常濃度的谷氨酸在人類記憶和認(rèn)知功能中起重要作用[43]，興奮性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體在維持谷氨酸的正常濃度且避免興奮性毒性神經(jīng)元損傷[44，45]方面發(fā)揮著重要的作用。因此，靶向增強(qiáng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)和功能的潛在藥物可以作為對(duì)抗相關(guān)疾病的有效治療方式[46]。已有研究發(fā)現(xiàn)，利魯唑[47]可通過(guò)激活核因子κB(Nuclear Factor κB，NF-κB)增加EAAT2的表達(dá)。而在一項(xiàng)關(guān)于治療精神分裂癥患者陰性癥狀的隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照研究中，F(xiàn)arokhnia M等[48]使用利魯唑輔助利培酮進(jìn)行治療發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組相比，利魯唑組治療的患者陰性癥狀(P<0.001)以及PANSS總分(P=0.001)和一般精神病理學(xué)分量表評(píng)分(P<0.001)均顯著改善，且兩組之間在不良反應(yīng)發(fā)生的頻率上沒(méi)有顯著差異。本研究結(jié)果表明，利魯唑可能是一種安全有效地治療慢性精神分裂癥患者陰性癥狀的藥物。結(jié)合利魯唑的作用機(jī)制，推測(cè)其對(duì)精神分裂癥陰性癥狀的治療作用可能是通過(guò)增加EAAT2的表達(dá)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

另外，近年來(lái)已有多項(xiàng)動(dòng)物研究對(duì)抗精神病藥物對(duì)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)水平的作用進(jìn)行了探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氟哌啶醇、氯氮平等抗精神病藥可改變大鼠腦內(nèi)EAAT1和EAAT2基因的表達(dá)水平，并可影響前額皮質(zhì)的谷氨酸攝取[49～51]。由此可見(jiàn)，作用于谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因表達(dá)通路的藥物可能作為新型抗精神病藥物研究的靶位點(diǎn)。

4 小結(jié)

目前，人類遺傳學(xué)研究證據(jù)表明精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制可能與多個(gè)基因相關(guān)，而關(guān)于精神分裂癥的治療，目前雖有多種抗精神病藥物可供臨床醫(yī)師選擇，但仍有部分難治性患者經(jīng)過(guò)多種抗精神病藥物的系統(tǒng)治療后療效欠佳，社會(huì)功能嚴(yán)重受損，給其家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，因此尋找精神分裂癥治療新的作用靶點(diǎn)仍然是該研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。本綜述結(jié)果可見(jiàn)，谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白EAAT1、EAAT2及EAAT3基因與精神分裂癥的病理生理過(guò)程可能具有相關(guān)性，而影響谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)或功能的藥物可能成為治療精神分裂癥尤其是其陰性癥狀的一條新途徑。