代谢型谷氨酸受体与癫痫
作者：张卫清 唐吉友 迟兆富(审校)
单位：250012山东医科大学附属医院神经内科
关键词：
临床神经病学杂志000131 迟兆富审校
兴奋性神经递质谷氨酸与谷氨酸受体结合，在癫痫的发病中发挥重要作用。对谷氨酸受体的研究表明，谷氨酸受体存在两种类型[1]：离子型谷氨酸受体(intropic glutamate receptors,iGluRs)和代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors, mGluRs )。前者包括NMDA 、AMPA和KA受体，直接与离子通道相连，中介快速兴奋性突触传递；后者是一个与G蛋白偶联的受体家族，通过胞内各种信使物质的变化介导多种反应[2]，如神经发育、神经元死亡、突触可塑性、空间学习能力等。由于iGluRs发现较早，谷氨酸的突触后兴奋机理得到广泛认可。随着对mGluRs的研究，谷氨酸的突触前机理在癫痫发病中的作用受到普遍关注。现就mGluRs的分型、在癫痫发病中的作用及可能机理进行综述。
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1 mGluRs的分型
1991年，从大鼠小脑cDNA库中克隆出第一个mGluRs 分子基因mGluR1a ,随着分子生物学技术的发展，到目前已克隆出8种，分别命名为mGluR1～mGluR8。根据氨基酸序列的同源性、信号转导机理及药理学特性，将mGluRs分成三组[3]，第1组包括mGluR1和mGluR5，第2组包括mGluR2和mGluR3，第3组包括mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8。 同一组内mGluR的氨基酸约有70%的序列同源，不同组之间只有约45%的序列同源。有关人的mGluRs,除mGluR6外，其他几种mGluRs均已克隆出来，但人的克隆受体与体内自然表达受体之间的关系还未确定。
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2 mGluRs 的生理和药理学作用
mGluRs 广泛存在于各种神经元、胶质细胞及神经纤维上。在中枢神经系统内，既存在突触前受体、也存在突触后受体。突触前效应既可表现为突触前抑制，又可表现为突触前增强。突触后效应既可为兴奋效应，又可为抑制效应[4,5]。同时，mGluRs对iGluRs 有调节作用，可以加强或抑制iGluRs介导的效应[6]。有实验表明，长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)的产生均有mGluRs的参与，所以mGluRs与突触可塑性有关[7]。药理学研究表明[2]，在所有能激活mGluRs的兴奋性氨基酸中，有几种也可作用于iGluRs。如使君子酸(QA)、鹅膏蕈氨酸(ibotenate,Ibo)和谷氨酸。但是，作为iGluRs 的强激动剂NMDA、AMPA和KA，对所有克隆的mGluRs没有作用。QA对于1组mGluRs的激动作用最强，苯甘氨酸的许多衍生物是1组mGluRs的特异性强的拮抗剂，如4C3HPG(4-Carboxy-3-hydroxyphenylg-lycine)。对2组 mGluRs的激动作用最强的激动剂是DCG-IV[2s,1'R,2'R,3'R-2-(2,3-Dicarboxyclyclopropyl)glycine],QA的激动作用很弱。一些苯甘氨酸的衍生物如4C3HPG也是2组受体的激动剂。3组受体的高亲和力特异性激动剂是L-AP4(L-amino-4-phosphonobutyrate)。激动1组受体[1]，可以激活腺苷酸环化酶，兴奋磷脂酶C、磷脂酶D和磷脂酶A2；增加磷酸肌醇转换率；促使细胞内钙库释放；可以抑制电压敏感性钙离子通道和K+通道，但在某些部位仅激活K+通道。激动2组、3组受体[1]，均可抑制腺苷酸环化酶，降低细胞内cAMP浓度，并且抑制电压敏感性钙离子通道。但是二者的作用强度有差异。实验表明[8]，2组受体强烈抑制 forskolin对cAMP产物的激活作用，而3组受体的抑制作用不超过50%。
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3 mGluRs参于癫痫发作及机理
许多实验表明，1组mGluRs的活动主要表现为兴奋性神经毒性，与癫痫的启动、传播、维持及迟发性神经元死亡有关。海马内高剂量注射或体循环给予1组受体激动剂1s,3R-ACPD ( 1s,3R- aminocyclopentane-1,3-dicarboxylic acid )可以致鼠惊厥发作及海马CA1、CA3区锥体细胞丢失。这种损伤作用可被NMDA受体拮抗剂减轻[9,10]。在鼠海马切片，1组受体激动剂DHPG(S-3，5-dihydroxyphenylglycine) 可以加强印防已毒素(picrotoxin)诱发的癫痫样放电，使神经元放电频率显著增加。随后放电持续时间(burst duration,BD)渐进性延长，由原来的250 ms～520 ms, 延长为1 s～5 s。此效应在激动剂撤除后仍持续存在。提示1组受体参与癫痫发作，并引起神经元放电持续时间延长。为什么短暂的1组受体激活可以引发较持久的癫痫活动及长时程自动电位的改变呢？进一步实验表明，蛋白合成抑制剂可以显著抑制DHPG引发的BD延长效应[11]。因此说明，1组受体的活动诱发了一种蛋白合成过程，这是1组受体参与癫痫活动维持的基础。有证据表明，中枢神经系统的可塑性过程涉及到蛋白合成，而神经元环路的可塑性可以成为癫痫反复发作的病因。所以推论，1组受体与癫痫敏感性形成有关。1组受体拮抗剂4C3HPG下丘微量注射，可以抑制听源性癫痫易感鼠的发作[12]，从而进一步证实，1组受体与癫痫发作密切相关。1组受体参与癫痫发作的可能机理有：(1)激活磷脂酶C，促使磷酸肌醇水解，细胞内钙库释放。胞浆内高钙，在突触后可导致兴奋性毒性损害；在突触前加速谷氨酸释放，引发癫痫活动。(2)1组受体可以调节iGluRs的活动，增加NMDA的毒性作用。(3)蛋白合成机理。(4)一氧化氮合成增加可能也与之有关。
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4 mGluRs参与抗癫痫发作及其机理
2组、3组受体激动后，有抗癫痫发作作用。电生理实验表明[13]，2组、3组受体激动剂可以使诱发阵发性去极化飘移(PDS)的阈值升高，使PDS的电位幅度、持续时间减小；使兴奋性突触后电位(EPSPs)的峰值下降。在鼠电点燃模型[14]，2类受体激动剂1s、3s-ACPD可显著提高癫痫发作阈值，有效抑制癫痫发作程度。其作用机理与抑制神经元去极化导致的谷氨酸释放有关。实验还比较了1s、3s-ACPD 与 NMDA 受体拮抗剂D-CPPene对点燃过程的抑制作用，发现此二药效力相同。杏仁核局部注射3组受体激动剂L-AP4[15]，可显著提高鼠癫痫大发作阈值，显著抑制发作程度。这一效应可被3组受体拮抗剂抑制。实验还表明，L-AP4可以抑制突触前谷氨酸释放及阻断突触前Ca2+通道，说明3组受体的抗癫痫作用与之有关。Tang等报道[12]，下丘注射2组受体激动剂1s、3s-ACPD或3组受体激动剂L-丝氨酸正磷酸盐(L-Serine-O-Phosphate)均能有效抑制听源性癫痫易感鼠的惊厥发作。有关2组、3组受体抗癫痫发作的机理，认为与降低细胞内cAMP浓度，抑制电压敏感性钙离子通道有关。激动突触前受体，减少谷氨酸释放；激动突触后受体，通过cAMP途径减轻神经毒性。
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然而，有许多实验表明，2、3组受体的药理效应表现为剂量依赖性[3,12,14]。在低剂量时，随激动剂剂量的增加，抗惊厥作用逐渐加强；达到某一剂量浓度时，抗惊厥作用最强，随后随着剂量的加大，抗惊厥作用反而减弱；加大到某一高剂量浓度时，反而有致惊厥作用。究其原因，可能是因为激动剂专一性不够强，在mGluRs普遍存在的情况下，各亚型受体协同作用的结果。
5 小结
多年来，人们试图开发通过调节iGluRs的药物来保护神经元，拮抗癫痫发作。然而临床实验表明，iGluRs拮抗剂的抗癫痫作用不大，但却有严重的毒副作用，从而限制了此类药物的应用[1]。mGluRs的研究，为治疗癫痫开辟了新的前景。总的说来，1组受体拮抗剂，2组、3组受体激动剂均有抗癫痫作用。但在体内各亚型共存的情况下，选择何种激动剂或拮抗剂？何种剂量才能产生最佳抗癫痫作用？这些问题都有待进一步探讨。无疑，开发高选择性的mGluRs激动剂和拮抗剂将有助于我们更深入地研究 mGluRs，以便为临床服务。
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参 考 文 献
1，Löscher W.Prog Neurobiol,1998，54:721
2，Pin JP,Duvoisin R.Neuropharmacology,1995,34:1
3，Attwell PJE,Koumentaki A, Croucher MJ, et al.Brain Res,1998,787:286
4，Takahashi T, Forsythe ID,Tsujimoto T,et al.Science, 1996,274:594
5，Herrero I,Miras-Protugal T,Sanchez-Prieto J.Nature,1992,360:163
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6，Glaum SR, Miller RJ.J Neurophysiol,1993,70:2669
7，Shigemoto R,Abe T,Nomura S,et al.Neuron,1994,12:1245
8，Tanabe Y, Nomura A,Masu M,et al.J Neurosci,1993,13:1372
9，Sacaan AI, Schoepp DD.Neurosci Lett,1992,139: 77
10，Mcdonald JW, Fix Ax,Tizzano JP,et al.J Neurosci,1993,13:4445
11，Merlin LR, Bergold PJ, Wong PK,et al.J Neurophysiol,1998,80:989
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12，Tang E, Yip PK, Chapman AG,et al.Eur J Pharmacol,1997,327:109
13，Burke JP, Hablitz JJ.Neurosci Lett,1994,174:29
14，Attwell PJ, Kaura S, Sigala G.Brain Res,1995,698:155
15，Abdul-Ghani AS, Attwell PJ,Singh Kent N,et al.Brain Res,1997,755:202
收稿1999-03-29 修回1999-09-08, 百拇医药
单位：250012山东医科大学附属医院神经内科
关键词：
临床神经病学杂志000131 迟兆富审校
兴奋性神经递质谷氨酸与谷氨酸受体结合，在癫痫的发病中发挥重要作用。对谷氨酸受体的研究表明，谷氨酸受体存在两种类型[1]：离子型谷氨酸受体(intropic glutamate receptors,iGluRs)和代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors, mGluRs )。前者包括NMDA 、AMPA和KA受体，直接与离子通道相连，中介快速兴奋性突触传递；后者是一个与G蛋白偶联的受体家族，通过胞内各种信使物质的变化介导多种反应[2]，如神经发育、神经元死亡、突触可塑性、空间学习能力等。由于iGluRs发现较早，谷氨酸的突触后兴奋机理得到广泛认可。随着对mGluRs的研究，谷氨酸的突触前机理在癫痫发病中的作用受到普遍关注。现就mGluRs的分型、在癫痫发病中的作用及可能机理进行综述。
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1 mGluRs的分型
1991年，从大鼠小脑cDNA库中克隆出第一个mGluRs 分子基因mGluR1a ,随着分子生物学技术的发展，到目前已克隆出8种，分别命名为mGluR1～mGluR8。根据氨基酸序列的同源性、信号转导机理及药理学特性，将mGluRs分成三组[3]，第1组包括mGluR1和mGluR5，第2组包括mGluR2和mGluR3，第3组包括mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8。 同一组内mGluR的氨基酸约有70%的序列同源，不同组之间只有约45%的序列同源。有关人的mGluRs,除mGluR6外，其他几种mGluRs均已克隆出来，但人的克隆受体与体内自然表达受体之间的关系还未确定。
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2 mGluRs 的生理和药理学作用
mGluRs 广泛存在于各种神经元、胶质细胞及神经纤维上。在中枢神经系统内，既存在突触前受体、也存在突触后受体。突触前效应既可表现为突触前抑制，又可表现为突触前增强。突触后效应既可为兴奋效应，又可为抑制效应[4,5]。同时，mGluRs对iGluRs 有调节作用，可以加强或抑制iGluRs介导的效应[6]。有实验表明，长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)的产生均有mGluRs的参与，所以mGluRs与突触可塑性有关[7]。药理学研究表明[2]，在所有能激活mGluRs的兴奋性氨基酸中，有几种也可作用于iGluRs。如使君子酸(QA)、鹅膏蕈氨酸(ibotenate,Ibo)和谷氨酸。但是，作为iGluRs 的强激动剂NMDA、AMPA和KA，对所有克隆的mGluRs没有作用。QA对于1组mGluRs的激动作用最强，苯甘氨酸的许多衍生物是1组mGluRs的特异性强的拮抗剂，如4C3HPG(4-Carboxy-3-hydroxyphenylg-lycine)。对2组 mGluRs的激动作用最强的激动剂是DCG-IV[2s,1'R,2'R,3'R-2-(2,3-Dicarboxyclyclopropyl)glycine],QA的激动作用很弱。一些苯甘氨酸的衍生物如4C3HPG也是2组受体的激动剂。3组受体的高亲和力特异性激动剂是L-AP4(L-amino-4-phosphonobutyrate)。激动1组受体[1]，可以激活腺苷酸环化酶，兴奋磷脂酶C、磷脂酶D和磷脂酶A2；增加磷酸肌醇转换率；促使细胞内钙库释放；可以抑制电压敏感性钙离子通道和K+通道，但在某些部位仅激活K+通道。激动2组、3组受体[1]，均可抑制腺苷酸环化酶，降低细胞内cAMP浓度，并且抑制电压敏感性钙离子通道。但是二者的作用强度有差异。实验表明[8]，2组受体强烈抑制 forskolin对cAMP产物的激活作用，而3组受体的抑制作用不超过50%。
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3 mGluRs参于癫痫发作及机理
许多实验表明，1组mGluRs的活动主要表现为兴奋性神经毒性，与癫痫的启动、传播、维持及迟发性神经元死亡有关。海马内高剂量注射或体循环给予1组受体激动剂1s,3R-ACPD ( 1s,3R- aminocyclopentane-1,3-dicarboxylic acid )可以致鼠惊厥发作及海马CA1、CA3区锥体细胞丢失。这种损伤作用可被NMDA受体拮抗剂减轻[9,10]。在鼠海马切片，1组受体激动剂DHPG(S-3，5-dihydroxyphenylglycine) 可以加强印防已毒素(picrotoxin)诱发的癫痫样放电，使神经元放电频率显著增加。随后放电持续时间(burst duration,BD)渐进性延长，由原来的250 ms～520 ms, 延长为1 s～5 s。此效应在激动剂撤除后仍持续存在。提示1组受体参与癫痫发作，并引起神经元放电持续时间延长。为什么短暂的1组受体激活可以引发较持久的癫痫活动及长时程自动电位的改变呢？进一步实验表明，蛋白合成抑制剂可以显著抑制DHPG引发的BD延长效应[11]。因此说明，1组受体的活动诱发了一种蛋白合成过程，这是1组受体参与癫痫活动维持的基础。有证据表明，中枢神经系统的可塑性过程涉及到蛋白合成，而神经元环路的可塑性可以成为癫痫反复发作的病因。所以推论，1组受体与癫痫敏感性形成有关。1组受体拮抗剂4C3HPG下丘微量注射，可以抑制听源性癫痫易感鼠的发作[12]，从而进一步证实，1组受体与癫痫发作密切相关。1组受体参与癫痫发作的可能机理有：(1)激活磷脂酶C，促使磷酸肌醇水解，细胞内钙库释放。胞浆内高钙，在突触后可导致兴奋性毒性损害；在突触前加速谷氨酸释放，引发癫痫活动。(2)1组受体可以调节iGluRs的活动，增加NMDA的毒性作用。(3)蛋白合成机理。(4)一氧化氮合成增加可能也与之有关。
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4 mGluRs参与抗癫痫发作及其机理
2组、3组受体激动后，有抗癫痫发作作用。电生理实验表明[13]，2组、3组受体激动剂可以使诱发阵发性去极化飘移(PDS)的阈值升高，使PDS的电位幅度、持续时间减小；使兴奋性突触后电位(EPSPs)的峰值下降。在鼠电点燃模型[14]，2类受体激动剂1s、3s-ACPD可显著提高癫痫发作阈值，有效抑制癫痫发作程度。其作用机理与抑制神经元去极化导致的谷氨酸释放有关。实验还比较了1s、3s-ACPD 与 NMDA 受体拮抗剂D-CPPene对点燃过程的抑制作用，发现此二药效力相同。杏仁核局部注射3组受体激动剂L-AP4[15]，可显著提高鼠癫痫大发作阈值，显著抑制发作程度。这一效应可被3组受体拮抗剂抑制。实验还表明，L-AP4可以抑制突触前谷氨酸释放及阻断突触前Ca2+通道，说明3组受体的抗癫痫作用与之有关。Tang等报道[12]，下丘注射2组受体激动剂1s、3s-ACPD或3组受体激动剂L-丝氨酸正磷酸盐(L-Serine-O-Phosphate)均能有效抑制听源性癫痫易感鼠的惊厥发作。有关2组、3组受体抗癫痫发作的机理，认为与降低细胞内cAMP浓度，抑制电压敏感性钙离子通道有关。激动突触前受体，减少谷氨酸释放；激动突触后受体，通过cAMP途径减轻神经毒性。
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然而，有许多实验表明，2、3组受体的药理效应表现为剂量依赖性[3,12,14]。在低剂量时，随激动剂剂量的增加，抗惊厥作用逐渐加强；达到某一剂量浓度时，抗惊厥作用最强，随后随着剂量的加大，抗惊厥作用反而减弱；加大到某一高剂量浓度时，反而有致惊厥作用。究其原因，可能是因为激动剂专一性不够强，在mGluRs普遍存在的情况下，各亚型受体协同作用的结果。
5 小结
多年来，人们试图开发通过调节iGluRs的药物来保护神经元，拮抗癫痫发作。然而临床实验表明，iGluRs拮抗剂的抗癫痫作用不大，但却有严重的毒副作用，从而限制了此类药物的应用[1]。mGluRs的研究，为治疗癫痫开辟了新的前景。总的说来，1组受体拮抗剂，2组、3组受体激动剂均有抗癫痫作用。但在体内各亚型共存的情况下，选择何种激动剂或拮抗剂？何种剂量才能产生最佳抗癫痫作用？这些问题都有待进一步探讨。无疑，开发高选择性的mGluRs激动剂和拮抗剂将有助于我们更深入地研究 mGluRs，以便为临床服务。
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参 考 文 献
1，Löscher W.Prog Neurobiol,1998，54:721
2，Pin JP,Duvoisin R.Neuropharmacology,1995,34:1
3，Attwell PJE,Koumentaki A, Croucher MJ, et al.Brain Res,1998,787:286
4，Takahashi T, Forsythe ID,Tsujimoto T,et al.Science, 1996,274:594
5，Herrero I,Miras-Protugal T,Sanchez-Prieto J.Nature,1992,360:163
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6，Glaum SR, Miller RJ.J Neurophysiol,1993,70:2669
7，Shigemoto R,Abe T,Nomura S,et al.Neuron,1994,12:1245
8，Tanabe Y, Nomura A,Masu M,et al.J Neurosci,1993,13:1372
9，Sacaan AI, Schoepp DD.Neurosci Lett,1992,139: 77
10，Mcdonald JW, Fix Ax,Tizzano JP,et al.J Neurosci,1993,13:4445
11，Merlin LR, Bergold PJ, Wong PK,et al.J Neurophysiol,1998,80:989
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12，Tang E, Yip PK, Chapman AG,et al.Eur J Pharmacol,1997,327:109
13，Burke JP, Hablitz JJ.Neurosci Lett,1994,174:29
14，Attwell PJ, Kaura S, Sigala G.Brain Res,1995,698:155
15，Abdul-Ghani AS, Attwell PJ,Singh Kent N,et al.Brain Res,1997,755:202
收稿1999-03-29 修回1999-09-08, 百拇医药