谷氨酸转运体与癫痫关系的研究进展

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谷氨酸转运体与癫痫关系的研究进展

山东省千佛山医院神经科(250014)　唐吉友　综述

山东大学齐鲁医院神经内科(250012)　迟兆富　审校

摘　要:谷氨酸转运体是一种位于神经元和神经胶质细胞膜上的糖蛋白,新近研究发现,癫痫及其敏感性的形成可能与致痫灶中谷氨酸天门冬氨酸转运体(G LAST)、谷氨酸转运体1(G LT-1)和兴奋性氨基酸载体1 (E AAC1)的减少有关,这对于探讨癫痫反复发作机制具有重要意义。

关键词:谷氨酸转运体;中枢神经系统;癫痫敏感性

谷氨酸转运体(glutamate transporters,G luTs)是一种位于神经元和胶质细胞膜上的糖蛋白,它能迅速转运突触间隙中的谷氨酸(glutamate,G lu)和天门冬氨酸(aspartate,Asp),保持兴奋性递质与抑制性递质的动态平衡,对维持信号在突触间的正常传递和防止急性脑损伤后(如癫痫、中风、头外伤等)产生兴奋性毒性作用是至关重要的。尽管它们有许多共同的功能特性,但在转运体蛋白的表达、调节和对疾病过程的影响方面有很大差异[1,2]。近年来,通过实验性癫痫动物模型发现,癫痫及其敏感性的形成可能与G luTs的变化有关,这对于控制癫痫的反复发作具有重要意义,本文就G luTs与癫痫的关系进行了总结。

1　G luTs在中枢神经系统中的分布及其作用

G lu是中枢神经系统内主要的兴奋性神经递质,同时也被看作是引起神经元兴奋性中毒损伤和死亡的调质,参与许多神经功能活动。如果G Lu在细胞外液大量积聚,就会导致神经细胞的损害。从神经末梢释放出来的G lu,主要是通过神经末梢及其周围胶质细胞上的谷氨酸转运体来摄取。因此,G luT s在谷氨酸能神经传递以及神经细胞的保护方面具有重要作用。G luT s最先是在1992年用克隆的方法从大鼠脑和家兔的肠上皮上克隆出的三种不同cDNA编码的兴奋性氨基酸转运体,分别是:G LAST、G LT-1和E AAC1。到目前为止,已分离出了与动物高度同源的人类兴奋性氨基酸转运体1-5(E AA T1-5)。

通过对大鼠脑的研究发现,G LAST广泛存在于小脑分子层和颗粒细胞层的胶质细胞以及大脑的某些星形胶质细胞,其中小脑分子层的Bergmann胶质最丰富,其次是海马、皮层和纹状体等。G LT-1遍布于脑和脊髓,在海马和新皮质的浓度最高,纹状体次之,它仅在星形胶质细胞上表达,是脑内主要的转运体蛋白[3]。在中枢神经系统中,胶质细胞G luTs在高亲和G lu转运中起主要作用,大约占总G lu转运的80%(纹状体)、60%(海马)。它们利用Na+的跨膜梯度,精确地控制着G Lu的摄取量,不仅能终止G lu的兴奋性信号,而且具有对抗兴奋性毒性的作用。

E AAC1是神经元型转运体,它在谷氨酸能和非谷氨酸能神经元上表达,包括G ABA能小脑

　国外医学神经病学神经外科学分册 2001年　第28卷　第2期　

收稿日期:2000-09-26;修回日期:2000-12-26

作者简介:唐吉友(1963-),男,山东省泰安市人,主治医师,

硕士,主要从事癫痫的研究。

Purkinje细胞。E AAC1大量存在于海马、皮层、纹状体和小脑,位于突触前、后膜上,它转运G lu的能力比胶质细胞谷氨酸转运体低,只占总G lu转运量的40%(海马)、20%(纹状体)[4]。G ABA能神经元突触后膜上的E AAC1除了清除突触间隙中的G lu和防止细胞外液兴奋性氨基酸中毒水平的形成外,还能提供神经元G lu,保证突触内G lu递质恢复至正常水平和G ABA的合成。

2　G luTs在癫痫中的变化及其机制

近年来许多学者对点燃动物模型和癫痫病人脑组织中谷氨酸转运体的变化进行了研究,发现谷氨酸转运体在保持细胞外液G lu和G ABA的动态平衡中起主要作用。由此推测,谷氨酸转运体的变化与癫痫的发生可能有密切关系。1997年Miller等[5]利用Western blot对电刺激杏仁核点燃大鼠不同脑区的谷氨酸转运体进行分析显示:点燃发作后24h, G LAST蛋白在梨状皮质和杏仁核减少;G LT-1蛋白在上述各脑区无变化;E AAC1蛋白在梨状皮质/杏仁核和海马明显增加。发作后1个月,只有E AAC1蛋白保持增加,而G LAST和G LT-1蛋白无变化。Akbar等[6]对遗传性癫痫易感大鼠的研究发现:在海马各区、大脑皮层和纹状体中G LT-1mRNA的表达水平减少,E AAC1mRNA的表达水平在纹状体中减少。电点燃所引起的谷氨酸转运体的各种变化,与不同的点燃方法和所形成模型的不同以及痫性发作有关。这些变化的机制及意义是:①梨状皮质与点燃的形成有密切关系。点燃后,梨状皮质G LAST蛋白的减少可能是由于G LAST表达的“下调”(down-regulation)所致,但是这种病理生理变化是短暂的,随着机体自身的代偿,如细胞外液G lu浓度的增加或转录后调节可迅速提高谷氨酸转运体的表达,使G LAST恢复正常。②痫性发作的结果,导致细胞外液G lu浓度增加,G ABA浓度降低,为了使G lu和G ABA保持动态平衡状态,E AAC1代偿性增加。一方面,增加G lu向细胞内转运;另一方面,增加G ABA 的合成。所以,E AAC1在梨状皮质、杏仁核和海马区的增加与癫痫时G ABA合成和释放的增加来对抗过多G lu的代偿机制是一致。

海人酸(K A)诱导的癫痫模型作为人类颞叶癫痫的动物模型,其产生机制与电刺激杏仁核诱导的癫痫不同。Nonaka等[7]对K A诱发的复发性边缘叶癫痫发作大鼠的脑进行研究,发现海马区G LAST mRNA的表达在发作后12h显著升高,48h后达高峰,7d后恢复正常。注射K A后未抽搐大鼠的海马区,G LAST mRNA的表达水平没有升高。这说明痫性发作提高了G LAST mRNA的表达水平。Simantov 等[8]通过K A诱导的癫痫大鼠显示,海马区、齿状回、梨状皮质和部分脑皮质的G LT-1在痫性发作后4h明显增加,5d后恢复正常;点燃后4h,E AAC1 mRNA水平在海马C A1和C A3锥体细胞层明显降低,5d后C A1区的E AAC1mRNA降低更明显,而大脑皮层、梨状皮质和下丘脑无此变化。但K A注射后16h,齿状回E AAC1显著升高,5d后仍保持这种变化。这些结果表明,K A诱导成年大鼠痫性发作对海马某些区域中E AAC1的表达有即刻和长期作用,并且痫性发作触发了E AAC1在不同脑区的不同调节。其调节机制是:①K A诱导的痫性发作,触发了海马区G LAST和G LT-1mRNA的迅速表达。随着星形胶质细胞的增生、肥大,G LAST和G LT-1mR2 NA过度表达[7],这是一种代偿反应。②海马区细胞外液G lu水平的升高,导致C A1和C A3区神经元的兴奋性中毒,其结果是造成E AAC1的减少。而齿状回E AAC1mRNA的表达升高,可能是由于存活的神经元试图恢复正常的转运体表达而进行的缓慢“上调”(up-regulation)。③K A通过增加内源性兴奋性氨基酸来诱导神经元变性,使神经元谷氨酸转运体E AAC1减少。Simantov等[8]认为,K A诱导的G lu释放只是触发星形胶质细胞谷氨酸转运体的短期表达,而缺乏对G LAST和G LT-1的长期作用,谷氨酸转运体不能随谷氨酸浓度的升高而相应增加。此外,海马亚区E AAC1的减少,不利于G lu的摄取和G ABA的合成,使细胞外液G lu大量积聚,导致神经元变性坏死。此机制可能成为海马某亚区易产生兴奋性中毒的基础。

对人类颞叶癫痫的研究显示[9]:海马硬化伴有神经元丢失的病人,E AAT2在海马角和C A1辐射层减少,E AAT3在存活的颗粒细胞和锥体层中增加,而在严重神经元丢失区E AAT3则减少;非海马硬化的病人与对照组(非癫痫病人)相比, E AAT1-3无差异。目前,还不能确定自发性边缘叶癫痫动物模型海马中谷氨酸转运体的变化是否与在人类所发现的结果完全一致。通过对癫痫动物模型和癫痫病人的研究表明,神经元丢失和兴奋性传导的减少都会降低谷氨酸转运体蛋白的表达,而谷氨酸转运体的减少使细胞外液G lu水平增加,导致神经兴奋性增加和神经元的变性。

　F oreign Medical Sciences Section on Neurology&Neurosurgery　2001,28(2)