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
组mGluRs 的兴奋而激活，而不需要iGluR的激活或神经元放电。

其他的数据显示DHPG诱导的离子流，I mGluR(V)，是发作性放电所必需的。

电压依赖的离子电流（I mGluR(V)），是由DHPG诱导，且是激活发作性放电所必需的：
信号转导机制活化、发作性放电的诱导作用均能在静息状态和不依赖细胞数量活动情况下引出，这一发现提示可通过研究DHPG作用于海马CA3区锥体神经元来阐明发作性放电的诱导的细胞机制。

CA3区细胞对DHPG的主要反应表现为去极化的电压依赖的离子电流I mGluR(V)。

I mGluR(V)具有大约-10mV的反向电位；阈电位为-60mV，而且一旦被激活不会失活(Chuang 等, 2001)。

值得注意的是： I mGluR(V)使锥体神经元从单一的动作电位或成簇的2到4个时程少于50ms的动作电位变成节律性的时程长达2 – 7秒的放电周期，这种周期具有相似的间隔期(Chuang et al., 2001)。

另外， I mGluR(V)对于Ⅰ组mGluR 激活后引起的发作性放电的表达是必需的(Chuang et al., 2001)。

因此，从发作间期到发作性放电的转变需要依赖Ⅰ组mGluR 激活而出现的I mGluR(V)
致癫痫的Ⅰ组mGluR 模型：：维持作用
Ⅰ组mGluR激动剂可诱导出发作性放电，并且激动剂洗脱后放电仍可持续数个小时。

如前所述，mRNA 转录抑制剂、ERK1/2抑制剂、酪氨酸激酶抑制剂均可以阻断DHPG诱导的发作性放电。

相反，发作性放电一旦被诱导出来，这些抑制剂均不能终止放电。

然而，Ⅰ组mGluR 受体拮抗剂和可抑制I mGluR(V)的利多卡因均可以阻断发作性放电。

Ⅰ组mGluR拮抗剂可逆性抑制发作性放电：
4CPG是广谱的Ⅰ组mGluR 拮抗剂，400μM的4CPG可以可逆性抑制DHPG诱导的发作性放电 (Merlin & Wong, 1997) 。

Ⅰ组mGluR 的激活对于维持发作性放电是必需的。

Ⅰ组mGluR 激活后的反应可在缺乏外源性激动剂的情况下维持，表明在发作性放电持续期间内的Ⅰ组mGluR 激活是通过突触释放的谷氨酸所介导的。

进一步研究表明，突触Ⅰ组mGluR在 DHPG诱导作用下，其反应增强以维持发作性放电。

发作性放电随着I mGluR(V)被抑制而减弱：
我们发现，细胞内QX-314（利多卡因的衍生物）可阻断海马CA3区锥体细胞中DHPG诱导的 I mGluR(V )。

细胞外利多卡因(10 μM)可以阻断I mGluR(V)，抑制DHPG诱导的发作性放电(Bianchi et al., 2006b)。

利多卡因的这种作用是特异性的，因为其(10 μM)对同样脑片上引发的发作间尖峰放电的持续时间没有显著的影响。

麻醉药、G蛋白偶联受体的相互作用
我们的研究结果表明，利多卡因可抑制mGluR介导的癫痫发生，这种抑制作用是麻醉药与G蛋白偶联受体（GPRC）相互作用的一个例证。

其他研究也提示，局麻药例如丁卡因、利多卡因和布比卡因均可通过激活GTP的水解而与GPRC相互作用。

另外，Hollmann等(2000)与Nietgen等(1997)研究发现，局麻药可通过Gαq亚单位靶点与多种G蛋白偶联受体相互作用。

目前，对GPRC和局麻药之间的相互作用的认识和理解还不是十分深入。

这主要是由于对GPRC信号通路的上游通路包括配体－受体和受体－G蛋白之间的转导缺乏了解。

阐明这些复杂的信号级联放大反应的初始步骤将有助于设计更有针对性的实验来解释和探究麻醉药在这些重要的信号通路中的作用。