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1、1代谢型谷氨酸受体第 5 亚型与脑梗死的关系【关键词】 脑梗死脑梗死是目前我国中老年人群中的常见病、多发病。随着分子生物学技术的进展，对脑梗死的发病机制已经有了更加深入的认识，提出了自由基损害、兴奋性毒性、一氧化氮(NO)学说、亚低温疗法、能量衰竭学说、钙通道阻滞等理论。近来对谷氨酸受体介导的神经毒性研究较多，尤其在代谢型谷氨酸受体的研究上愈发受到重视，其中代谢型谷氨酸受体 5（mGluR5）与脑梗死的关系已受到普遍关注。1 代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors，mGluRs)的分类谷氨酸是哺乳类动物中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质，对突触兴奋性
2、的传导起调节作用，在生理状态下参与许多生理功能的调节，如学习和记忆、神经系统发育等。在脑缺血、颅脑损伤、癫痫发作、神经变性疾病等病理过程中，谷氨酸也起着重要作用。目前将谷氨酸受体（GluR）按与配体结合后的效应的不同分为两类：离子型谷氨酸受体(inotmpic glutamate receptors，iGluRs)，包括 NMDA 受体、AMPA 受体和 KA 受体； mGluRs，mGluRs 根据2氨基酸序列的同源性、药理学特性和细胞内信号转导机制的差异，又可将其分为 Group-、Group-和 Group-三组：（1）Group 包括 mGluR1 和 mGluR5，主要通过激活磷脂酶
3、 c(PLC)，促进二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成甘油二酰酯(DG)，导致胞内Ca2 浓度升高；（2 ）Group 包括 mGluR2 和mGluR3；（3）Group包括 mGluR4、mGluR6、mGluR7 和mGluR8 均与腺甘酸环化酶(AC)系统偶联1 。同一组内氨基酸序列的同源性为 60%80%,不同组之间有 45%的同源性。但 mGluR5与 mGluR1A 氨基酸序列有最高的同源性(约 87.1%)，且二者的药理作用及对激动剂的选择相同，故用药理学方法很难将它们区分开。2 mGluR5 基因结构 1985 年 Sladeczek 等首次报道 Glu 激活与 G 蛋白偶联
4、的受体。1991 年 Houamed 等从大鼠小脑的 cDNA 基因库中克隆出了mGluR1。1992 年研究者将 mGluR1 制成探针，从鼠脑的 cDNA文库中分离出了 mGluR52。mGluR5 的 cDNA 长度是 3 918bp，编码 1 171 个氨基酸残基，分子量为 128 289。mGluR5由三部分组成：第一部分是细胞外功能区,包括 560 个氨基酸残基,内有潜在化的糖基化位点,其 N 末端有信号肽;第二部分由 7 个疏水区在细胞膜处形成 7 个跨膜区 ,此区有 261 个氨基酸残基;第三部分3是细胞内功能区,由 350 个氨基酸残基组成,其 C 末端有许多磷酸化位点及苏氨
5、酸、丝氨酸残基,提示此区可能是调节受体几种激酶的作用靶标3。在人和鼠的 mGluR5 的第 7 个跨膜区之后和细胞浆内的末端分别插入 50 个和 32 个氨基酸残基，不引起 GluR5 的药理学特性的改变，从而将最初克隆出的 mGluR5 命名为 mGluR5a，将插入后的 mG1uR5 命名为 mGluR5b，在成体鼠脑内 mG1uR5b mRNA 的表达高于 mGluR5a4。3 mGluR5 的作用机制及其药理学作用 mGluR5 与 G 蛋白耦联，经过磷酸肌醇环路后，能激活各种第二信使的级联反应。目前已被证实的 mGluR5 作用途径为：mGluR5 与 G 蛋白耦联后，激活 PLC
6、使细胞膜内 PIP2 水解，产生DG 与三磷酸肌醇(IP3)，诱导蛋白激酶 C 的转位和激活，细胞内钙库释放增加，胞浆内 Ca2+浓度持续升高，从而引起一系列生化反应如：（1）各种降解酶释放，包括 DNA 酶、蛋白酶、磷脂酶等激活，引起 DNA、蛋白质、磷脂降解，神经元变性坏死；（2）其他钙依赖性酶如一氧化氮合成酶的活化，一系列诱导基因的转录增强，生成特异性核蛋白作为核内第三信使进一步激活特异性的基因表达系统，并对基因表达进行调控，使短时的神经兴奋转变为持续的细胞内变化；（3）蛋白激酶 C 催化 NMDA 受体蛋白亚基的磷酸化，增加细胞外钙的内流,细胞内 Ca2+水平进一步升高 ,产生或（1）
7、或4（2）的继发反应。路径（ 1）表明 mGluR5 在脑缺血缺氧的病理变化中是一个重要的始动因子，它的神经毒性作用，是传统的神经生理学领域的共识。路径（2）则是近年神经生物学研究的最新发现，表明 mGluR5 可能参与了长时程增强效应 (LTP)的产生与维持，在学习记忆的过程中扮演了重要角色。路径（3）提示 mGluR5 可能借助 NMDA 受体加强了上述两路径中的反应强度，受体间的相互作用也是受体发挥作用的重要手段，可见 mGluR5 调节学习记忆的功能中有一部分与 NMDA 受体有关5。 mGluRs 内源性激动剂是谷氨酸，选择性激动剂有 t-ACPD、L-AP4、DCG-IV、L-SO
8、P 和 L-CCG-I 等。Is ，3R-ACPD、ACPD 及 Quis 是研究早期常用的 mGluR5 选择性激动剂。ACPD 包括 Is，3R-ACPD 和 lR，3R-ACPD，其中 Is，3R-ACPD是活性形式，后来又发现了 DHPG 为其激动剂。L-AP3 是类mGluRs 的部分激动剂，是 1993 年以前唯一的一种 mGluRs 拮抗剂。mGluRs 拮抗剂还包括 AIDA、4CPG，MCPG 是 mGluR5 相对特异性拮抗剂。4 mGluR5 在脑内的分布mGluR5 在脑内分布广泛，正常情况下 mGluR5 的表达在成年大鼠脑内皮质浅层及多个核团内是广泛存在的。用同位素
9、标记寡5核苷酸探针进行原位杂交发现，mGluR5 的 mRNA 在大鼠大脑皮质各层均有表达,在大鼠纹状体 75%80%的中型多棘神经元、海马CA1 CA3 的锥体细胞和海马齿状回的颗粒细胞内具有高表达，新皮质各层有高或中等程度表达，而在小脑蒲肯野细胞中则不表达6。人类与大鼠的 mGluR5 氨基酸序列有 94.5% 的同源性，其mGluR5 的 mRNA 高表达区也是纹状体、海马及大脑皮质7 。新近的形态学资料证实，mGluR5 在外周组织也有表达，同时证实这些受体参与外周痛信号的产生过程，即伤害性刺激引起的伤害性感受器的兴奋过程。5 mGluR5 在脑梗死中的作用 现已了解,mGluR5 与
10、中枢神经系统发育的可塑性有关 ,它可加强大脑皮质 氨基丁酸能神经元的抑制性突触传递;在大脑皮质神经胶质增生过程中也发挥作用;在纹状体内,它可加强 NMDA 受体的神经毒性作用,并与底丘脑核及多巴胺(DA)系统发生联系,可能参与调节基底节的运动,并可能与帕金森病(PD) 动物模型中锥体外系症状的产生有关;在海马内 ,mGluR5 可形成 LTP,与学习和记忆有关 ;在小脑内, 它可抑制过量的谷氨酸和 NMDA 受体对神经元的兴奋毒性作用;另外, 它还可能参与抵抗慢性神经性疼痛8。目前的研究发现，mGluR5 在脑梗死中有着更为重要的作用。6早期曾认为神经毒性主要由 iGluR 介导，近年来研究表
11、明，mGluRs 特别是 mGluR5 在神经毒性过程中具有重要的意义。mGluR5 在脑梗死中的作用主要表现在两个方面：一方面是脑缺血缺氧增加了 mGluR 介导的 PI 水解。受体激活的 G 蛋白偶联的磷酸肌醇(PI)水解是脑内主要的信号转导机制，在脑缺血过程中缺血部位 PI 水解的增加由 mGluR 介导的，因为缺血时可见 Glu 浓度显著增加。用新生鼠脑缺血缺氧后的脑片及成年鼠脑缺血后再灌注 1 天或 7 天的脑片观察 PI 水解的变化，发现缺血缺氧使得 Quis 及去甲肾上腺素(NE)引起的 PI 水解显著增加，而胆碱能受体激动剂引起的 PI 水解不受缺血影响，Quis 与 NE 反
12、应的同步性可能是 mGluR 与肾上腺素能受体偶联同一组 PLC9。脑缺血缺氧刺激产生的 PI 水解增强可能与神经元的不可逆损伤或修复有关。用成年鼠海马脑片进行无氧及有氧灌流，也发现缺氧使 Glu 引起的 PI 水解增加，而且即使是在长时间缺氧后再给氧，脑片仍然维持这种能力，因此提出一个假说：缺氧使海马脑片 PI 降解通路敏感，给氧后存在相应的激动剂情况下，脑片维持敏感状态。维持缺氧产生的敏感状态有两个因素，一是在缺氧过程中必须存在 Ca2，另一个是缺氧必须有足够长的时间(30 分钟)，这提示在延长的缺氧时间内受损细胞发生了信号转导机制的变化。缺氧后给氧状态下PI 水解敏感性的维持可能在缺氧后
13、高兴奋性即“迟发性神经元死亡(delayed i1curolal death)”中起一定作用10。利用原位杂交技7术，发现妊娠大鼠子宫内缺血缺氧胎鼠齿状回出生后 7 天到 14 天中，mGluR5 的 mRNA 有较高的表达，说明 mGluR5 在 Glu 引起的神经毒作用及迟发性损伤中起促进作用11。另一方面是 mGluR5 激动引起神经元损伤的实验证据有三种情况。一是 mGluR5 激动剂本身引起损伤，此作用是内钙释放抑制剂胆罗啉(dantrolene，Dan)敏感的。新生 7 天大鼠纹状体内或海马内注射 Is，3R-ACPD 产生剂量依赖性的脑损伤，体循环给予高剂量的1s， 3R-ACP
14、D 引起惊厥及脑损伤，这些作用可以被 Dan 拮抗及mGluR5 部分激动剂拮抗剂 L-AP3 减轻，但不被 NMDA 及AMPA 受体拮抗剂阻断，提示 mGluR5 激活本身可能足以杀死神经元，同时表明 mGluR5 的活性变化可能参与并加重脑损伤过程。二是 GluR5 激动剂本身不引起损伤，但加重 NMDA 引起的损伤。mGluR5 通过 C 末端特殊的识别序列与 Homer 家族的 anchoring蛋白结合。Homer 蛋白反过来通过 Shank 与 NMDA 受体、AMPARs 和信号分子如 PLC 和 PKC 等相连12。PKC 作用于 src激活 NMDA 受体，增加了 NMDA
15、 受体通道开放的频率。新生 7 天大鼠，脑内注射 NMDA 或 AMPA 引起神经元丢失及脑组织重量减轻，ACPD 无此作用，但是 ACPD 加重 NMDA 而不是 AMPA 引起的脑组织重量减轻。这些说明了 PKC 可以使突触后 mGluR5 与NMDA 受体相连，NMDA 受体被激活后，其通道开放的概率增加。低浓度的 NMDA 能增强 mGluR5 的作用，而高浓度 NMDA 却对mGluR5 有抑制效应，此种效应可能与 mGluR5 在 PKC 位点的磷8酸化有关13 。NMDA 受体的激动剂能引发 PI 的水解，可能与mGluR5 的激活有关。三是 mGluR5 激动剂本身引起损伤，且
16、加重NMDA 引起的损伤。成年大鼠海马内注射高剂量的 Is，3R-ACPD引起肢体抽搐及齿状回颗粒细胞、海马 CAl、CA3 锥体细胞的丢失，这种损伤作用可被 NMDA 受体拮抗剂减轻14。用混合培养的皮层神经细胞进行研究证实，mGluR5 激动剂加重慢性 NMDA 毒性作用及缺糖缺氧引起的损伤作用，这种作用与增加细胞内 Ca 2+释放及外 Ca2 内流有关，并涉及 PKC 的激活 。mGluR5 激动对神经细胞的作用有不同表现可能与受体的可塑性有关。mGLuR5 加重神经元损伤可能还有其它机制，如增加 ArAc 的释放或 NO 的合成，而 ArAc 及 NO 在神经系统损伤中的作用都有大量研究和报道15。6 mGluR5 的前景展望随着对 mGluRs 在脑梗死病理过程中的作用及其机制研究的深入，越来越多的人意识到在脑梗死后辅助给予 mGluR 受体拮抗剂有望降低脑损伤后兴奋毒性的发生和程度，对脑组织起到一定的保
