黃麗琴 張兆輝

武漢大學(xué)人民醫(yī)院，湖北 武漢 430060

神經(jīng)退行性疾病是一組具有不同臨床表型和遺傳病因的異質(zhì)疾病。大多數(shù)神經(jīng)退行性疾病是散發(fā)的，少數(shù)可以追溯到特定的基因突變。神經(jīng)退行性疾病的機(jī)制至今仍未完全闡明，但大量證據(jù)表明興奮性毒性是神經(jīng)變性的基本機(jī)制。在所有神經(jīng)退行性疾病中，以阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）最為常見。AD主要表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知和記憶喪失，其特征性病理改變?yōu)棣?淀粉樣肽（Beta-amyloid peptide，Aβ）在細(xì)胞外沉積形成的老年斑、細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)（nerve fiber tangles，NFTs）出現(xiàn)、膽堿能神經(jīng)元缺失、廣泛的神經(jīng)元丟失以及膠質(zhì)細(xì)胞增生［1-2］。研究發(fā)現(xiàn)特定大腦區(qū)域的突觸谷氨酸受體調(diào)節(jié)破壞了谷氨酸信號，而這與AD患者早期認(rèn)知缺陷密切相關(guān)［3］。

1 谷氨酸

1.1 分布、生成及Glu/Gln 谷氨酸轉(zhuǎn)運周期谷氨酸是哺乳動物大腦中最豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，每千克中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織中含有5～10 mmol/L 的谷氨酸［4-7］，該水平比許多其他重要的神經(jīng)遞質(zhì)，如多巴胺、血清素和去甲腎上腺素等高出1 000倍［8］。谷氨酸存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種類型細(xì)胞中，分布于包括細(xì)胞質(zhì)和線粒體在內(nèi)的許多亞細(xì)胞室［5］，并廣泛參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種功能和代謝過程［9-10］。

谷氨酸的產(chǎn)生和獲得途徑有兩種。第一種是通過能量代謝由丙酮酸脫氫酶和星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性酶丙酮酸羧化酶的作用間接從葡萄糖和氨基酸衍生物中產(chǎn)生［11-12］。第二種是由星形膠質(zhì)細(xì)胞通過谷氨酸再攝取從突觸間隙中回收谷氨酸，然后通過谷氨酰胺合成酶轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺直接重新合成［5］。生理情況下，神經(jīng)元內(nèi)的谷氨酸主要儲存在軸突的突觸囊泡中，充分去極化后，谷氨酸通過突觸鈣內(nèi)流從電壓門控鈣通道釋放。谷氨酸釋放導(dǎo)致突觸谷氨酸濃度顯著上升（1 000 倍）［5］，其進(jìn)一步激活突觸后谷氨酸受體，刺激Na+和Ca2+內(nèi)流進(jìn)入突觸后神經(jīng)元使細(xì)胞膜去極化，最終導(dǎo)致動作電位發(fā)生［5，13］。谷氨酸一旦釋放就迅速被清除，其水平僅在12 ms 內(nèi)達(dá)到1 mmol/L，然后迅速下降到納摩爾水平［6］。突觸間隙的谷氨酸未被及時清除將導(dǎo)致不良后果。首先，高濃度的谷氨酸持續(xù)存在于細(xì)胞外空間，在最初的信號發(fā)出后，谷氨酸將會持續(xù)刺激突觸后受體，從而削弱對下一個到達(dá)信號的檢測［6］；其次，谷氨酸還可能激活附近的棘突和樹突上的谷氨酸受體，在不該觸發(fā)的地方觸發(fā)活動，從而損害突觸傳遞的時間和空間特異性［14-15］；此外，突觸外的谷氨酸受體激活將可能導(dǎo)致過多的Ca2+內(nèi)流誘導(dǎo)信號級聯(lián)，啟動細(xì)胞死亡程序［6，16-17］。因此，維持大腦中谷氨酸神經(jīng)傳遞對神經(jīng)系統(tǒng)功能正常運行至關(guān)重要。

谷氨酸能在特定區(qū)域保持適宜濃度主要是通過神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的谷氨酸/谷氨酰胺（glutamate/glutamine，Glu/Gln）循環(huán)實現(xiàn)［18-19］，即從神經(jīng)元釋放的谷氨酸通過興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運體從突觸間隙被星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取，以防止過度的谷氨酸受體激活，然后被谷氨酰胺合成酶轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，新合成的谷氨酰胺被運回突觸前神經(jīng)元后被谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)化為谷氨酸［18-20］。Glu/Gln循環(huán)的正常運行是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)谷氨酸濃度保持穩(wěn)定的重要保障。

1.2 谷氨酸轉(zhuǎn)運體谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白主要分為兩大類，一類存在于細(xì)胞內(nèi)將谷氨酸轉(zhuǎn)運到突觸囊泡的低親和力轉(zhuǎn)運體，即囊泡膜谷氨酸轉(zhuǎn)運體（vesicular glutamate transporters，VGLUTs），另一類位于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜上的高親和力轉(zhuǎn)運體，即興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運體（excitatory amino acid transporters，EAATs）［6，21］。后者是Glu/Gln循環(huán)正常運行的關(guān)鍵［22］。

基于細(xì)菌谷氨酸轉(zhuǎn)運體的晶體結(jié)構(gòu)，EAATs有8個跨膜結(jié)構(gòu)，1 個羧酸端和1 個氨基端，而且很可能是以三聚體形式存在［5，23］。正常情況下，EAATs攝取谷氨酸分子的同時將同向轉(zhuǎn)運2 個或3 個Na+和1 個H+到細(xì)胞內(nèi)，并同時將1 個K+泵出細(xì)胞外。EAATs通過利用Na+和K+的電化學(xué)梯度作為能量源來對抗細(xì)胞內(nèi)外的谷氨酸濃度梯度，有效地在細(xì)胞內(nèi)積累谷氨酸［5-6］，同時使得大腦細(xì)胞外谷氨酸濃度保持低微摩爾水平［20，24］。

EAATs 家族成員有5 個，即EAAT1-5，它們的氨基酸序列同源性為50%～60%［8］。嚙齒類動物的EAAT1、EAAT2 和EAAT3 在其他研究中通常分別被稱為谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體（glutamate-aspartic acid transporter，GLAST）、興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白1（glutamate transporters 1，GLT-1）和興奮性氨基酸載體1（excitatory amino acid carrier 1，EAAC1）［6］。5 個家族成員中，以EAAT1和EAAT2在人腦中的表達(dá)最多。一項使用無標(biāo)記定量串聯(lián)質(zhì)譜來調(diào)查出生后人類腦組織的區(qū)域蛋白表達(dá)得研究證實了EAAT1 和EAAT2在所有采樣區(qū)域中大量表達(dá)，包括小腦皮層、丘腦中背核、紋狀體、杏仁核、海馬、初級視覺皮層和背側(cè)前額葉皮層［25］。EAAT1 和EAAT2 被稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸轉(zhuǎn)運體，因為它們是星形膠質(zhì)細(xì)胞上僅存的EAAT亞型，主要分布于細(xì)小的星形細(xì)胞突起上而不是谷氨酸突觸上［14，26-27］。其中EAAT2 是主要的谷氨酸轉(zhuǎn)運體，約90%的谷氨酸轉(zhuǎn)運由其介導(dǎo)［3，28］。此外，EAAT2 除在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)外，在神經(jīng)元特別是在海馬和視網(wǎng)膜神經(jīng)元上也有少量表達(dá)［27］。EAAT3和EAAT4是神經(jīng)元轉(zhuǎn)運體［5］。一般認(rèn)為，EAAT3亞型僅存在神經(jīng)元上［29］，定位于神經(jīng)元樹突棘而不是軸突終末，但也有證據(jù)表明它在少突膠質(zhì)細(xì)胞上也有表達(dá)［30］。EAAT3在神經(jīng)元中表達(dá)水平很低，即使是在表達(dá)水平最高的區(qū)域海馬中，EAAT3 的 濃 度 也 僅 為0.013 mg/g［29］，比 同 區(qū) 域 的EAAT2水平低100倍，因此，它對谷氨酸清除的貢獻(xiàn)可能很?。?］。EAAT4 的表達(dá)譜比EAAT3 更受限制，它主要在小腦的浦肯野細(xì)胞上表達(dá)，約占小腦分子層蛋白的0.2%［31］，比該區(qū)域占主導(dǎo)地位的EAAT1約少90%，與EAAT2 水平相似［32］。EAAT4 在星形膠質(zhì)細(xì)胞上也可觀察到［33］。EAAT5位于視網(wǎng)膜桿狀雙極細(xì)胞的突觸末梢以及桿狀和錐狀光感受器上［31］，可能作為視網(wǎng)膜神經(jīng)元中氯離子通道而不是谷氨酸轉(zhuǎn)運體［34］。

1.3 谷氨酸受體谷氨酸受體是最豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)受體，在哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中已識別出20 多種不同的谷氨酸受體，它們位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的幾乎所有區(qū)域的突觸前和突觸后神經(jīng)元上［35］，谷氨酸通過多種受體蛋白參與介導(dǎo)大腦和脊髓中常見的興奮性突觸傳遞［36］。

谷氨酸受體主要分為兩類：親離子型受體（ionotropic glutamate receptors，iGluRs）和親代謝型受體（metabotropic glutamate receptors，mGluRs）［37］。iGluRs 是配體門控離子通道，在哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)快速興奮傳遞［20，35］。通過與突觸前釋放的谷氨酸結(jié)合，iGluRs 可以在毫秒級的時間尺度上將興奮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到突觸后神經(jīng)元上，而這個過程中將產(chǎn)生一種對大腦功能至關(guān)重要的突觸電流來調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)和記憶［35］。

iGluRs 可進(jìn)一步分為N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-Methyl-D-Aspartate receptor，NMDAR）、α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑烯丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR）和紅藻氨酸受體（kainate receptor，KAR）［35］。NMDAR 通常被認(rèn)為是由兩個甘氨酸結(jié)合的NR1 亞基和兩個谷氨酸結(jié)合的NR2或NR3亞基組成的異四聚體，負(fù)責(zé)突觸的傳遞和可塑性［2］。激活NMDAR的配體需要同時占據(jù)谷氨酸位點和輔助因子甘氨酸位點［38］。正常靜息膜電位下，細(xì)胞外Mg2+通過與孔內(nèi)的一個位點結(jié)合而阻斷離子通道，使谷氨酸和甘氨酸的位點被占用［39］。Mg2+阻斷誘導(dǎo)的通道具有電壓依賴性，谷氨酸、甘氨酸等激動劑對NMDAR（尤其是NR1/NR2b 亞型）的過度刺激可誘導(dǎo)神經(jīng)元去極化，Mg2+被擠出通道，Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)鈣負(fù)荷和分解代謝酶活性增加，從而引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，包括線粒體膜去極化、半胱天冬酶（cysteine aspartatespecific proteinase，caspase）活化、有毒氧和氮自由基的產(chǎn)生［40］，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死。這種調(diào)節(jié)細(xì)胞興奮性和生物化學(xué)的生物功能表明NMDAR 在興奮性突觸傳遞、可塑性和興奮性毒性中發(fā)揮重要作用［41］。AMPAR 是突觸后離子通道，由四個亞基（GluA1-4）組成，參與調(diào)節(jié)大腦中大多數(shù)快速興奮性氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)［35］。AMPAR 主要介導(dǎo)鈉內(nèi)流［20］，而對外部Ca2+的滲透性較NMDAR 弱［35］，其對Ca2+的通透性與受體復(fù)合體中GluR2亞基的表達(dá)相關(guān)，GluR2的低表達(dá)時，AMPAR 對Ca2+的通透性高。有研究發(fā)現(xiàn)降低GluR2 水平或選擇性阻斷Ca2+滲透性時AMPAR 卻被證明對神經(jīng)變性有保護(hù)作用［42］，但具體機(jī)制尚不明確。KAR 由5 個亞基組成，即GluK1-5［36］，主要介導(dǎo)Na+內(nèi)流［20］。

mGluRs 屬于G 蛋白偶聯(lián)受體家族，通過各種第二信使系統(tǒng)發(fā)出信號［43］。mGluRs家族可分為8個受體亞型（mGluR1-8）。根據(jù)各亞型的序列同源性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制和藥理特征，它們又被分為3 組［35］。I 組受體包括與Gq/G11 偶聯(lián)的mGluR1 和mGluR5［44］，主要位于iGluRs附近的突觸后致密區(qū)調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性［5］，在突觸可塑性中起主要作用［45］。谷氨酸與Ⅰ組mGluRs 的結(jié)合可以激活兩種主要信號通路［46］：（1）與Gα蛋白結(jié)合，激活磷脂酶C（phosphatidase C，PLC），從而誘導(dǎo)1，4，5-三磷酸肌醇（inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3）和二酰基甘油的產(chǎn)生，IP3與IP3受體（IP3 receptor，IP3R）相互作用，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣庫釋放Ca2+［35］；（2）與Gα蛋白和瞬時受體電位通道3（transient receptor potential channel 3，TRPC3）介導(dǎo)的慢興奮性突觸后電位的形成有關(guān)［47］。而Ⅱ組亞型（mGluR2、3）和Ⅲ組亞型（mGluR4、6、7、8）主要通過與Gi/Go 結(jié)合來激活絲裂原激活的蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶通路，最終負(fù)責(zé)負(fù)向調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶［44］。

1.4 興奮性毒性谷氨酸興奮毒性是指在病理條件下，突觸前膜釋放過量谷氨酸或谷氨酸再攝取功能受損導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸濃度升高，神經(jīng)元由于過度暴露于高濃度谷氨酸環(huán)境導(dǎo)致iGluRs 過度激活，從而引發(fā)鈣緩沖功能的損害、自由基的產(chǎn)生、線粒體通透性轉(zhuǎn)變和繼發(fā)性興奮性毒性，最終導(dǎo)致包括樹突和細(xì)胞體在內(nèi)的典型突觸后結(jié)構(gòu)的喪失造成神經(jīng)元凋亡或壞死的過程［20］。急性興奮性毒性被認(rèn)為是由突觸后膜的過度去極化介導(dǎo)的［48］。在谷氨酸和氧/葡萄糖剝奪誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中觀察到海馬神經(jīng)元的Na+-K+-Cl-共轉(zhuǎn)運蛋白1（NKCC1）參與了細(xì)胞損傷的初始階段，損傷主要由Na+和Cl-過量進(jìn)入細(xì)胞導(dǎo)致，抑制NKCC1 活性或者清除細(xì)胞外Na+或CI-可使NMDAR介導(dǎo)的損傷減輕［37］。另一種觀點認(rèn)為，通過谷氨酸受體通道持續(xù)的Ca2+內(nèi)流是神經(jīng)細(xì)胞死亡的共同途徑。過量谷氨酸增加細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等敏感細(xì)胞器中Ca2+濃度升高，從而激活多種pH 調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如Na+-H+交換器（NHE），NHE活化導(dǎo)致Na+-Ca2+交換器活性降低，而抑制NHE被發(fā)現(xiàn)可減輕各種細(xì)胞缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡［49］。此外，阻斷Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到線粒體的流動也可以降低細(xì)胞對凋亡刺激的敏感性［50］。

有觀點認(rèn)為興奮性毒性級聯(lián)可分為三個階段［5］。第一階段細(xì)胞死亡途徑始于短暫暴露于低濃度谷氨酸后NMDAR的激活。第二階段涉及20%～30%的細(xì)胞死亡途徑，該階段具有氧化性谷氨酸毒性的特點，因為維生素E、I組代謝受體激動劑、caspase抑制劑、細(xì)胞外胱氨酸升高和細(xì)胞外谷氨酸去除可以特異性抑制該階段［51］。第三階段表現(xiàn)為氧化性谷氨酸毒性高于NMDAR激活所需的谷氨酸濃度，缺乏突觸后谷氨酸受體的神經(jīng)元也會在這一過程中被殺死，表明氧化性谷氨酸可能是興奮性毒性級聯(lián)的一部分，并且氧化性谷氨酸毒性可能比興奮性毒性造成更大的損傷，這可能提供一種獨立于iGluRs 的細(xì)胞死亡形式［5］。

2 AD與谷氨酸代謝

谷氨酸信號的神經(jīng)傳遞在學(xué)習(xí)和記憶中起著至關(guān)重要的作用，其異常代謝參與了多個神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病，其中包括AD。研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸突觸密集地分布在AD 的易感區(qū)域海馬中，谷氨酸的穩(wěn)態(tài)破壞能促進(jìn)AD 神經(jīng)病理特征的發(fā)展和認(rèn)知功能下降［3］。甚至有學(xué)者認(rèn)為，與NFTs 或Aβ負(fù)荷相比，AD 大腦中谷氨酸系統(tǒng)的變化與認(rèn)知缺陷的關(guān)系更顯著［52-54］。

2.1 谷氨酸轉(zhuǎn)運體障礙AD 患者中谷氨酸循環(huán)在許多階段存在缺陷，如谷氨酸攝取功能降低［55］。有學(xué)者在AD 患者早期大腦中發(fā)現(xiàn)GLT-1 的表達(dá)水平下調(diào)或活性顯著降低［3，56］，而該現(xiàn)象已被證明與突觸喪失和認(rèn)知能力下降密切相關(guān)［3］。

在動物實驗中，缺乏GLT-1 等位基因的小鼠與缺乏淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的小鼠雜交后，小鼠出現(xiàn)加速的認(rèn)知缺陷［52，57］。當(dāng)一個缺乏GLT-1 等位基因的小鼠模型與表達(dá)APP和早老素（presenilin 1，PS1）突變的小鼠雜交時，谷氨酸轉(zhuǎn)運異常導(dǎo)致的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)清除障礙將造成小鼠Aβ生成增多和記憶障礙加速［55，58］。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在表達(dá)APP 突變K670N 和M671L、PS1 突變M146V 和Tau P301L 突變的3 種轉(zhuǎn)基因AD 小鼠中，GLT-1表達(dá)呈年齡依賴性強(qiáng)烈降低［3］，而使用β-內(nèi)酰胺類抗生素頭孢曲松治療后，AD 小鼠GLT-1 活性恢復(fù)，且伴隨Tau蛋白病理和淀粉樣斑塊減少［52］以及突觸完整性恢復(fù)和認(rèn)知障礙改善［3］。同時，在體外實驗中，Aβ寡聚體和斑塊前Aβ被證明可以降低培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中的GLT-1 和GLAST［59］，減少谷氨酸攝取，從而導(dǎo)致興奮性毒性［60］。以上研究結(jié)果表明谷氨酸轉(zhuǎn)運功能障礙與AD 病理密切相關(guān)［59］，GLT-1 參與了AD的發(fā)病機(jī)制。除上述研究提及的GLT-1外，在AD 患者的大腦中，GLAST 和EAAC1 的攝取也發(fā)生了變化［61-62］，提示GLAST和EAAC1也可能參與AD的發(fā)病機(jī)制。

2.2 Aβ與谷氨酸穩(wěn)態(tài)研究表明可溶性Aβ寡聚物可以通過影響谷氨酸轉(zhuǎn)運體來減少神經(jīng)元谷氨酸再攝取，最終誘導(dǎo)記憶功能障礙。實際上，Aβ還能通過誘導(dǎo)谷氨酸釋放來增強(qiáng)突觸外NMDARs（eNMDARs）的激活［63］。正常情況下，內(nèi)源性Aβ可能增加微型興奮性突觸后電流（miniature excitatory postsynaptic current，mEPSC）頻率，表明生理突觸谷氨酸釋放增加突觸NMDAR（sNMDAR）激活［64］。在病理情況下，可溶性Aβ寡聚物可以通過與高Ca2+通透性的配體門控離子通道α7 煙堿乙酰膽堿受體（α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAChR）高親和力結(jié)合來誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放谷氨酸，使細(xì)胞外空間的谷氨酸的局部水平接近數(shù)十微摩爾［64］。釋放的谷氨酸反過來激活eNMDARs，eNMDARs 的過度刺激使得mEPSC 頻率迅速下降，并伴隨一氧化氮產(chǎn)生、Tau 過度磷酸化和caspase-3 的激活，最終破壞突觸可塑性和長時程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP），突觸喪失［64］。

此外，Aβ的產(chǎn)生和NMDAR 活化之間還存在直接相互作用，即Aβ肽激活NMDAR或提高其敏感性，而NMDAR 的激活則增加Aβ的產(chǎn)生［65］。Aβ可以通過與海馬神經(jīng)元NMDAR亞單位GluN1和GluN2B結(jié)合［37］激活NMDAR，增加樹突棘細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)節(jié)，導(dǎo)致樹突棘和突觸密度降低，從而誘導(dǎo)早期突觸功能障礙［64，66］。在Aβ誘導(dǎo)的動物模型中通過使用NMDARs拮抗劑可以逆轉(zhuǎn)Aβ誘導(dǎo)的突觸破壞［64］，進(jìn)一步表明Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性模型中NMDARs 活性的改變在疾病的發(fā)病機(jī)制中的重要作用。

Aβ通過調(diào)節(jié)谷氨酸循環(huán)相關(guān)階段最終導(dǎo)致突觸丟失和認(rèn)知功能下降的機(jī)制至今尚未闡明，可能的機(jī)制如下。首先，氧化應(yīng)激是AD病理機(jī)制的一個組成部分，通過對海馬神經(jīng)元培養(yǎng)，研究發(fā)現(xiàn)Aβ可以通過激活NMDAR 介導(dǎo)ROS 的過度形成［67-68］，因此，NMDAR活性的異常和氧化應(yīng)激在AD中可能具有雙重?fù)p害作用。其次，有研究報道Aβ可以通過損害軸突運輸來降低腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）信號，從而導(dǎo)致突觸功能障礙［69］，阻斷NMDARs 可防止Aβ誘導(dǎo)的BDNF 功能喪失［70］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)Aβ寡聚物通過影響突觸NMDARs 和mGluR5 的活性導(dǎo)致皮層和海馬神經(jīng)元過度激活，隨后通過鈣超載介導(dǎo)突觸損傷［20，71］。鈣超載來源可能是通過增加蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RYR）介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+滲漏［72］。RYR 依賴的Ca2+釋放可能是通過AMPAR，NMDAR 和鈣離子通道（voltage gated calcium channels，VGCCs）的Ca2+內(nèi)流驅(qū)動，特別是在缺乏三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）受體的樹突棘中。谷氨酸也可以通過激活mGluR1/5 和IP3/IP3R1 介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放。無論是散發(fā)性AD患者的皮層中，還是在老年正常小鼠的海馬中或是在家族性AD 轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣超載都將導(dǎo)致基質(zhì)相互作用分子2（stromal interaction molecule 2，STIM2）的表達(dá)代償性下調(diào)，從而導(dǎo)致突觸STIM2 依賴的鈣池調(diào)控鈣離子通道（store-operated Ca2+entry，SOCE）損傷以及鈣調(diào)蛋白依賴的激酶活性降低，最終LTP 和長時程抑制（long-term depression，LTD）失衡，后者被促進(jìn)，其結(jié)果是負(fù)責(zé)記憶存儲的蘑菇棘的不穩(wěn)定，而藥理過表達(dá)STIM2 或抑制mGluR5 可挽救突觸性SOCE，并防止APP基因敲入的海馬神經(jīng)元中蘑菇棘的丟失［75］。

2.3 Tau蛋白與谷氨酸穩(wěn)態(tài)NFTs是AD的特征性病理改變，由Tau蛋白增加及過度磷酸化形成。研究認(rèn)為Tau 蛋白磷酸化和再分布的增加可能是神經(jīng)應(yīng)激的常見反應(yīng)。在細(xì)胞培養(yǎng)中ATP、谷氨酸、過氧化氫、血清剝奪和Aβ寡聚物處理都可以導(dǎo)致Tau 蛋白在樹突中的定位錯誤，而該現(xiàn)象可能是由刺激因素介導(dǎo)Tau 蛋白過度磷酸化后從微管和細(xì)胞膜分離所觸發(fā)。

Tau 蛋白磷酸化是其進(jìn)入樹突棘并損害轉(zhuǎn)染鼠原代神經(jīng)元的mEPSCs 所必需的。樹突棘是突觸可塑性的主要位點，谷氨酸受體可以調(diào)控棘突的形態(tài)可塑性，其中，NMDARs 調(diào)節(jié)新棘突的形成，AMPAR穩(wěn)定已建立的棘突［54］，而樹突棘內(nèi)過度磷酸化的Tau蛋白積累則可以通過阻礙AMPAR和NMDAR的突觸募集而導(dǎo)致早期突觸功能障礙。此外，研究發(fā)現(xiàn)在原代神經(jīng)元培養(yǎng)中過表達(dá)人Tau 蛋白及其一些N 端片段會導(dǎo)致NMDAR介導(dǎo)的caspase非依賴性細(xì)胞死亡，細(xì)胞死亡信號可能來源于谷氨酸介導(dǎo)的胞外含NR2B 亞基的NMDARs 的刺激，最終促進(jìn)Tau 依賴的細(xì)胞死亡。因此，樹突棘Tau 蛋白被認(rèn)為介導(dǎo)了AD誘導(dǎo)的APP轉(zhuǎn)基因小鼠的興奮性毒性和記憶缺陷。

3 靶向治療臨床研究

谷氨酸介導(dǎo)的興奮性毒性參與許多類型的神經(jīng)退行性疾病，但目前還沒有安全有效的藥物來預(yù)防興奮性毒性。由于NMDARs的過度激活被認(rèn)為是導(dǎo)致谷氨酸興奮性毒性的主要因素，且相當(dāng)多的間接證據(jù)支持谷氨酸NMDAR 在LTP 誘導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的觀點［65］，因此，阻斷這些受體是預(yù)防興奮性毒性的一種潛在策略。

NMDA拮抗劑，如MK801，與受體具有高度親和性，可以抑制學(xué)習(xí)和LTP，然而，大多數(shù)NMDAR拮抗劑都是競爭性拮抗劑，可以影響大腦的生理功能，并有負(fù)面的不良反應(yīng)。類似美金剛胺這樣的非競爭性拮抗劑具有較低的受體親和力和快速的電壓依賴性通道暢通動力學(xué)，除直接作用于受體和轉(zhuǎn)運體，還被認(rèn)為具有潛在的神經(jīng)保護(hù)特性，已在臨床前研究中得到證實，并在AD和血管性癡呆（vascular dementia，VaD）的對癥治療中具有療效［65］。

另一種預(yù)防興奮性毒性的潛在方法是增強(qiáng)谷氨酸再攝取。在AD 中，異常的EAAT2 功能可以導(dǎo)致興奮性毒性，而增加EAAT2 的表達(dá)可立即降低細(xì)胞外谷氨酸水平，防止神經(jīng)元損傷，表明EAAT2的上調(diào)可能是一種潛在的預(yù)防神經(jīng)興奮性毒性的方法［5］。頭孢曲松可通過轉(zhuǎn)運體EAAT2/GLT1 刺激星形細(xì)胞谷氨酸攝取，從而改善興奮毒性神經(jīng)元死亡，具有潛在的抗興奮性毒性作用。

4 結(jié)論

AD是最常見的神經(jīng)退行性疾病，以記憶喪失和認(rèn)知障礙為主要臨床表現(xiàn)，全球每年有超過500萬人受到影響。關(guān)于AD 導(dǎo)致認(rèn)知功能下降的機(jī)制一直未明確，而越來越多證據(jù)表明，興奮性氨基酸谷氨酸穩(wěn)態(tài)失調(diào)可能是AD 慢性神經(jīng)退行性變的發(fā)病機(jī)制。谷氨酸的攝取和釋放與AD 的特征性病理改變Aβ沉積病理及Tau 蛋白過度磷酸化密切相關(guān)，谷氨酸穩(wěn)態(tài)失調(diào)將通過多途徑誘導(dǎo)突觸的損傷并最終導(dǎo)致認(rèn)知功能下降。此外，已有相關(guān)藥物被證明可通過改善谷氨酸穩(wěn)態(tài)失調(diào)部分挽救AD 患者的認(rèn)知功能，并已投入臨床使用。然而，可使用的藥物種類及療效仍較局限，同時大部分藥物研究還處于臨床前階段，療效還需進(jìn)一步驗證。