谷氨酸受体G蛋白

谷氨酸受体：G 蛋白、致癫痫作用、麻醉药及其相互作用

一、摘要

谷氨酸受体可分为两种类型：离子型谷氨酸受体和G蛋白偶联受体 (GPRC) 或亲代谢型受体 (mGluRs). 我们的研究证实，激活大脑皮质神经元 mGluRs 1受体引起的兴奋作用可以导致癫痫。近年来研究也揭示麻醉药具有可以调节G蛋白受体的功能。例如：局麻药利多卡因可以抑制mGluR 兴奋介导的致癫痫作用。其它研究表明麻醉药抑制GPRC 调节的呼吸道平滑肌收缩作用(Sakihara 等, 2004) 。麻醉药与G蛋白受体间的相互作用机制尚未完全阐明。初步研究发现，麻醉药抑制Gα或Gβγ亚单位激活的信号转导蛋白如磷脂酶C(Pabelick 等, 2001)、蛋白激酶C Kamatchi et al., 2001)及离子通道(Yamkage 1992)。一些证据也表明对GPRC复合体直接的麻醉作用(Nietgen 等, 1998)涉及了在Gα亚单位核苷酸结合位点上对核苷酸交换的直接抑制作用 (Pentyala 等, 1999, Striff 等 2003)。麻醉药也具有结合细胞膜上GPRC的作用，提示其对异源三聚体G蛋白偶联受体具有抑制作用，而与G蛋白内在活性无关(Ishizawa et al., 2000)。本文阐述兴奋性GPRC特别是mGluRs引起癫痫的信号机制。这些可为讨论麻醉药的作用提供背景资料。

二、与癫痫有关的两种主要脑电波

癫痫神经冲动放电是大脑皮层神经元的大量同步发放(McCormick & Contreras, 2001)。有两种同步放电类型：第一种是短时放电（少于500ms），在癫痫患者偶尔出现，无典型临床表现，因此称作“发作间尖峰”(Zifkin & Cracco, 1990)。第二种是长时放电(数秒) ，与癫痫的临床发作与持续有关，也被称作“发作放电”。在离体海马脑片，可以通过药理学实验方法来诱导出这两种类型的同步放电。

在海马脑片上，GABA能抑制作用被阻断时可同步促发发作间尖峰放电。在该离体模型上的研究表明，海马CA3区锥体细胞间的谷氨酸能突触回路激活后，其引起的兴奋的发散可促发海马神经元的同步放电。在缺少快GABA 能神经抑制作用

的情况下，兴奋性的持续扩散必须依赖于完全的局部海马神经元的作用 (Traub & Wong, 1982)。另有研究表明，通过激活突触后离子型谷氨酸受体(AMPA 和NMDA)回路，可以维持短时发作间放电。因此，在发作间放电期间，完全阻断GABA A受体，会引起每一个锥体细胞上的突触回路同时激活。用这种方法，发作间放电可以用来做为一种刺激海马CA3区单一神经元上谷氨酸突触回路，有效的、选择性的同步放电的实验工具 (e.g. Chuang et al., 2005)。

Control–GABA

A

blocker

3HPG

400 ms

30 mV 在海马脑片，抑制性的降

低产生短暂放电。Ⅰ组mGluR 激动剂(S3HPG

或 DHPG)可强有效诱导

出发作性长时放电(Merlin

& Wong, 1997; Rutecki 等, 2002; Taylor 等,1995)。如图1所示，

Ⅰ组mGluR 激动剂

(3HPG)引起发作间尖锋逐渐延长，持续时间超过2秒。另有数据表明，在没有GABA A受体抑制剂存在的情况下，单独应用Ⅰ组mGluR 激动剂足以在海马脑片促发长时的发作性的同步放电(图1).

三、致癫痫的mGluR模型

癫痫是大脑神经元反复放电而引起的脑功能紊乱。“致癫痫”指的是正常大脑成为有癫痫样放电的过程(McNamara 等, 2006)。多种原因如头部创伤、中风引起的大脑皮质损伤均可以导致癫痫的发生。目前，损伤引起癫痫发作的细胞及分子机制尚不清楚。

由于Ⅰ组mGluR 可诱导发作性放电且其介导作用持续时间较长，因此这种模型用于研究致癫痫作用有其独到之处。因为这种受体的固有配体是谷氨酸这种脑内

最普遍存在的兴奋性递质，所以这种模型的临床相关性尚未探明。但是，我们近来的研究发现，突触释放的谷氨酸可能通过Ⅰ组mGluR的介导作用而对脆性X染色体综合症(Fragile X syndrome)病人有致癫痫作用，进一步证实了这项研究可能的临床意义。

四、致癫痫的Ⅰ 组mGluR 模型：诱导作用

将Ⅰ组mGluR 激动剂如DHPG加入到经过GABA A受体拮抗剂处理的海马脑片中，发作间短时放电可逐渐延长至持续时间超过2秒，该作用可持续约1小时。这些延长的放电类似于发作性长时放电。

在其它实验中，在不用GABA A阻滞剂的情况下，DHPG 也能够诱导出海马脑片的同步放电。这些同步放电最初少于300ms，类似于短时发作间放电的表现，然后逐渐延长，表现为发作性放电，时间可持续1小时。从发作间到发作性放电的进行性转换阶段，称之为“诱导”。发作性放电一旦被诱导出来，即是持续性的，Ⅰ组mGluRs 激动剂洗脱不能终止放电(Merlin & Wong, 1997)。由于刺激Ⅰ组mGluRs可将正常状态的海马回路转变成持续的癫痫样放电状态，而且最初的刺激撤除以后仍能保持致癫痫作用，所以刺激Ⅰ组mGluRs可成为致癫痫模型。

由于在离体模型上激活Ⅰ组mGluR有致癫痫作用，而且其主要定位在研究比较透彻的皮层区域—CA3区，因此为研究DHPG诱导、Ⅰ组mGluR 介导的致癫痫作用的细胞及分子机制提供了有利条件。我们对Ⅰ组mGluR 介导的发作性放电的诱导及维持的信号转导过程进行研究，有关的主要结果总结如下：

诱导作用对mRNA翻译的抑制剂敏感：应用mRNA翻译的抑制剂茴香霉素与放线菌酮可以阻断海马脑片中DHPG介导的发作性放电的诱导作用。因此该诱导作用依赖于mRNA翻译蛋白的合成。

ERK1/2的激活对诱导作用是必需的：

在海马脑片，DHPG 引发ERK 1/2 激活的两种时相：第一、早期反应（受体依赖的）：应用DHPG 大约5分钟后达到高峰，是在无神经冲动发放的状态下，由Ⅰ组mGluR 激活直接引发的。第二、迟发反应（活性依赖的）：是延迟反应，同步放电时伴随神经元放电。早期的受体依赖反应是由酪氨酸激酶信号激活的，而延迟的活性依赖的反应可以被PKC的抑制剂抑制。

DPHG诱导的发作性放电是由受体依赖的ERK1/2的活化介导的，而与ERK1/2的活性依赖性作用无关。因此，加入酪氨酸蛋白激酶抑制剂（只能阻断ERK1/2早期反应）可以阻断发作性放电的诱导作用。相反，PKC抑制剂只能阻断ERK1/2的延迟部分，而不影响发作性放电的诱导。

这些结果显示Ⅰ组mGluR 介导的ERK1/2的激活作用对发作性放电的诱导是必需的，且这种激活作用能够在缺少突触兴奋或神经元活化的状态（即“静息”状态）下发生。本结果与以前研究一致，表明DHPG介导的发作性放电在“静息”状态下也能够被诱导出来。

DHPG介导的发作性放电的静息诱导：

在有iGluR阻滞剂(CNQX 和CPP，各 10 μM)存在的情况下，添加DHPG不能引起海马脑片的同步放电。在检测静息诱导作用的实验中，DHPG应用于有iGluR阻滞剂的切片中30 - 60 分钟后，将DHPG 和 iGluR阻滞剂两者均洗脱，其后出现的同步放电成为长于2秒钟的发作性放电。这些发作性放电与对照状态下（没有iGluR 阻滞剂存在的情况下）DHPG诱导的放电相似；而有Ⅰ组mGluR 阻滞剂时发作性放电可被抑制。结果提示，发作性放电的诱导所必需的信号转导机制可单独由Ⅰ