nmda受體的亞單位研究進(jìn)展

nmda受體的亞單位研究進(jìn)展

1nmda受體根據(jù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究數(shù)據(jù)，谷氨酸是動(dòng)物和人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的刺激性神經(jīng)傳輸。CNS內(nèi)存在著與谷氨酸結(jié)合并發(fā)揮生理效應(yīng)的兩類受體,即離子型谷氨酸受體(ionotropicglutamatereceptors,iGluRs)及代謝型谷氨酸受體。在iGluRs家族內(nèi),根據(jù)外源性激動(dòng)劑的不同,又分為NMDA受體與非NMDA受體,其中主要是AMPA受體。NMDA受體有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的藥理學(xué)特性,尤其重要的是,它對(duì)鈣離子具有高通透性,這使得NMDA受體在突觸可塑性(synapticplasticity)及興奮毒性方面具有重要作用。另外,由于NMDA受體參與了神經(jīng)系統(tǒng)的多種重要生理功能,其異常又可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能紊亂,因此NMDA受體本身已成為治療某些神經(jīng)精神性疾病的靶點(diǎn)。NMDA受體有多種亞型,由不同亞單位組成的受體亞型具有不同的生物物理和生物化學(xué)特性。此外,NMDA受體上有多種配體結(jié)合的位點(diǎn),它們以亞型選擇的方式調(diào)制著受體的活動(dòng)。最近關(guān)于NMDA受體結(jié)構(gòu)和功能的研究表明,這些具有亞型選擇性的配體結(jié)合位點(diǎn)包括谷氨酸結(jié)合位點(diǎn)、甘氨酸結(jié)合位點(diǎn)、離子通道的孔隙以及N末端的變構(gòu)結(jié)合位點(diǎn)等。越來(lái)越多的研究表明,不同亞型的NMDA受體與不同的腦功能紊亂相關(guān)。因此,作用于NMDA受體亞型的選擇性藥物的探索也越來(lái)越受到重視。2nmda受體的結(jié)構(gòu)NMDA受體是由不同亞基構(gòu)成的異四聚體(heterotetramers),其組成亞基有三種,即NR1、NR2和NR3。NR1又有8種不同的亞單位(NR1-1a/b-4a/b),它們來(lái)源于同一基因、由于剪切部位的不同而生成;NR2有4種不同的亞單位,即NR2A~2D;NR3有兩種亞單位,NR3A和NR3B;NR2和NR3分別由六種不同的基因所編碼。在哺乳類動(dòng)物的神經(jīng)組織內(nèi),功能性NMDA受體至少含有一個(gè)NR1亞基和一個(gè)NR2亞基。到目前為止,NMDA受體的晶體結(jié)構(gòu)還沒有被確定,但一般認(rèn)為,NMDA受體是由兩個(gè)NR1亞單位和兩個(gè)NR2亞單位構(gòu)成的異四聚體,其中的兩個(gè)NR1亞單位和NR2亞單位可以相同亦可不同。在表達(dá)NR3亞基的細(xì)胞,一般認(rèn)為此亞基與NR1和NR2亞基組裝在一起,形成NR1/NR2/NR3的聚合體。2.1nmda受體組成NMDA受體的所有亞基均具有類似的跨膜結(jié)構(gòu)(圖1),N末端位于細(xì)胞外,C末端位于細(xì)胞內(nèi),中間由3個(gè)跨膜片段(transmembranesegments,TM),即TM1、TM3和TM4,和一個(gè)位于TM3與TM4之間的發(fā)卡狀環(huán)(TM2)構(gòu)成,TM2是組成離子通道的主要部分。C末端的大小依賴于不同的亞基構(gòu)成,它具有多個(gè)可與細(xì)胞內(nèi)蛋白相互作用的結(jié)合位點(diǎn)。NMDA受體的激活條件比較特殊,即它的激活需要同時(shí)結(jié)合兩種激動(dòng)劑,谷氨酸和甘氨酸(或D-絲氨酸)。甘氨酸的結(jié)合位點(diǎn)位于NR1或NR3亞單位,而谷氨酸的結(jié)合位點(diǎn)位于NR2亞單位。離子型谷氨酸受體的跨膜區(qū)TM2和其四聚體結(jié)構(gòu)的存在提示了離子型谷氨酸受體可能與鉀通道具有同源性。由于在孔道區(qū)的NR2亞單位的氨基酸序列在進(jìn)化上高度保守,因此不同NR2亞單位的NMDA受體具有相似的通透特性(單通道電導(dǎo)、離子選擇性等)和對(duì)通道阻斷劑Mg2+的親和力。相比之下,含有NR3亞單位的NMDA受體具有更低的單通道電導(dǎo)以及鈣離子通透性和鎂離子阻斷特性,并且其孔道與其他亞單位有明顯的不同,最突出的不同是在Q/R/N位點(diǎn),這些位點(diǎn)的氨基酸序列在NR1亞單位是天冬氨酸-絲氨酸;在NR2亞單位是天冬氨酸-天冬氨酸;而在NR3亞單位為甘氨酸-精氨酸。由于NR3亞單位上存在大量的帶有正電荷的氨基酸殘基,這使得含有NR3亞單位的NMDA受體具有與含有其他亞單位受體不同的通透特性。2.2nmda受體的競(jìng)爭(zhēng)阻斷劑自Watkins及其同事發(fā)現(xiàn)外源性NMDA可以激活谷氨酸受體的一個(gè)亞類,即NMDA受體以來(lái),人們一直在尋找強(qiáng)效并具選擇性的NMDA受體拮抗劑。在20世紀(jì)80年代,發(fā)現(xiàn)了NMDA受體離子通道的廣譜并具高親和力的競(jìng)爭(zhēng)性阻斷劑。在20世紀(jì)90年代初期,NMDA受體亞單位被克隆出來(lái),隨后人們發(fā)現(xiàn),NMDA受體存在多種亞單位,這加快了受體亞單位選擇性阻斷劑的發(fā)現(xiàn)。例如,芐哌酚醇(ifenprodil)可以選擇性阻斷含有NR2B亞單位的NMDA受體,而納摩爾級(jí)濃度的鋅離子可以選擇性阻斷含有NR2A亞單位的NMDA受體。但是,到目前為止,用于區(qū)分NMDA受體亞型的藥物仍然非常少,且沒有發(fā)現(xiàn)高選擇性的能分別阻斷含有NR2A、NR2C、NR2D和NR3亞單位的NMDA受體亞型拮抗劑。2.2.1亞型選擇性藥物最初發(fā)現(xiàn)的NMDA受體拮抗劑是一種競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑,作用于NR2亞單位上的谷氨酸結(jié)合位點(diǎn),此類拮抗劑是具有一定構(gòu)象并包含一個(gè)ω-磷酸基的氨基酸衍生物,其中之一是(R)-AP5。(R)-AP5與NMDA受體的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它離子型谷氨酸受體,因此到目前為止,此藥物仍然是應(yīng)用最廣的NMDA受體拮抗劑。這類化合物也具有一定的亞型選擇性,對(duì)不同亞型的親和力排序?yàn)镹R2A>NR2B>NR2C>NR2D,但它們與不同亞型親和力的差異相對(duì)較小(小于10倍,表1),因此不能用來(lái)區(qū)分NMDA受體的亞型。亞型選擇性藥物的缺失可能是由于谷氨酸受體的NR2亞單位的氨基酸序列高度保守,尤其是各亞單位上與谷氨酸分子結(jié)合的10個(gè)氨基酸殘基高度保守。然而,有研究應(yīng)用三維模型的方法(three-dimensionalmodels),揭示了不同NR2亞單位的激動(dòng)劑結(jié)合位點(diǎn)邊緣存在著幾個(gè)不同的氨基酸殘基。這就提示僅僅作用于谷氨酸結(jié)合位點(diǎn)的小分子化合物不可能具有對(duì)不同NR2亞單位的強(qiáng)效選擇性,如分子量較小的化合物PMPA和(R)-AP5;而大分子化合物拮抗劑就可以通過空間效應(yīng)展示較強(qiáng)的NR2亞單位選擇性,如(R)-CPP和(R)-AP7,它們對(duì)NR2A的阻斷作用遠(yuǎn)大于對(duì)NR2D(表1)。Novartis公司研制的化合物NVP-AAM077是具有較強(qiáng)選擇性的另一種競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑,它選擇性阻滯NR2A亞單位。最初的研究報(bào)道,該物質(zhì)對(duì)NR2A亞單位的選擇性較對(duì)NR2B亞單位強(qiáng)100倍;但之后的研究表明,其對(duì)兩種亞單位選擇性的差異僅為10倍左右。另外,此物質(zhì)也是含有NR2C和NR2D亞單位的NMDA受體的強(qiáng)效拮抗劑。總之,近年來(lái)對(duì)于NMDA受體亞型競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑的研究與開發(fā)已取得一定進(jìn)展(見表1)。除以上所述開發(fā)和研制出作用于谷氨酸結(jié)合位點(diǎn)的拮抗劑外,也已發(fā)現(xiàn)多種作用于甘氨酸結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑,但它們很少表現(xiàn)出明顯的亞型選擇性。這主要因?yàn)榇祟愃幬锞饔糜贜R1亞單位的甘氨酸結(jié)合位點(diǎn),而NR1亞單位組成NMDA受體所必需的。最近,含有GluR5亞單位的海人藻酸受體的高選擇性拮抗劑的發(fā)現(xiàn),將大大加快開發(fā)與研制出更具選擇性的NMDA受體及其亞型拮抗劑的步伐,因?yàn)樵撌荏w具有與其他離子型谷氨酸受體相似的高保守性序列。2.2.2nmda受體阻斷劑多種有機(jī)化合物通過阻滯受體的離子通道發(fā)揮了拮抗NMDA受體功能的作用,這些化合物屬于NMDA受體的非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑,其效應(yīng)的產(chǎn)生往往需要NMDA受體提前被激活。另外,這些化合物盡管結(jié)構(gòu)不同,但它們均帶有正電荷,因而其通道阻滯效應(yīng)具有電壓依賴性的特點(diǎn),且不能區(qū)分NMDA受體的不同亞型,例如麻醉劑苯環(huán)己哌啶(PCP)和氯胺酮以及臨床上應(yīng)用的美金剛和金剛烷胺(表2)。而高選擇性NMDA受體阻斷劑dizolcipine(MK-801),對(duì)含有NR1/NR2A和NR1/NR2B亞單位的NMDA受體的阻滯作用強(qiáng)于含有NR1/NR2C和NR1/NR2D亞單位的NMDA受體,但其親和力的差異也相對(duì)較小,約為10倍(表2)。此外,多胺類衍生物也具有類似的受體通道阻滯作用,如蜘蛛毒argiotoxin-636和N1-丹酰(基)-精胺。這些通道阻斷劑對(duì)含有NR1/NR2A或NR1/NR2B亞單位的NMDA受體有更強(qiáng)的阻滯作用,較對(duì)含有NR1/NR2C或NR1/NR2D亞單位的NMDA受體的阻滯作用強(qiáng)50倍之多。由于目前發(fā)現(xiàn)的通道阻斷劑對(duì)含有NR2A或NR2B亞單位的NMDA受體具有選擇性阻斷作用,因此也是一類非常重要的NMDA受體阻斷劑。然而到目前為止,這些選擇性通道阻斷劑的結(jié)構(gòu)決定簇尚未被確定。2.2.3亞單位選擇性抗劑作用機(jī)制到目前為止,已知的具有與NMDA受體亞型高度選擇性結(jié)合的有機(jī)化合物是芐哌酚醇(ifenprodil)及其衍生物。此類物質(zhì)對(duì)含有NR2B亞單位的NMDA受體具有很強(qiáng)的阻斷作用。由于此類物質(zhì)具有重要的臨床應(yīng)用前景,因此在過去的10年內(nèi),相繼發(fā)現(xiàn)了一些比芐哌酚醇更具親和力及選擇性的藥物(表3)。然而,由于這類分子的結(jié)合部位既不在激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)也不在離子通道內(nèi)部,而是在NMDA受體NR2B亞單位的N末端區(qū)域,因此這些藥物的阻滯作用是非電壓依賴性及非競(jìng)爭(zhēng)性的。另外,由于所有NMDA受體均有一個(gè)N末端LIVBP(亮氨酸,異亮氨酸,氨酸結(jié)合蛋白)樣區(qū)域,因此認(rèn)為亞型選擇性拮抗劑作用于LIVBP樣區(qū)域以外的區(qū)域,從而成為亞單位的變構(gòu)抑制劑,如鋅離子。由于鋅離子聚集于谷氨酸能突觸的囊泡內(nèi),因此它可能是一個(gè)內(nèi)源性NMDA受體的變構(gòu)調(diào)質(zhì)。鋅離子可以以納摩爾的濃度結(jié)合于含有NR2A亞單位的NMDA受體的N末端,也可以結(jié)合于含有NR2B亞單位的NMDA受體N末端,但與后者的親和力低于與前者約100倍,并且不能結(jié)合于含有NR2C和NR2D亞單位的NMDA受體的N末端。但是,這種變構(gòu)抑制劑通過作用于NMDA受體的N末端來(lái)選擇性消除某一亞型的作用是非常局限的;它們不能完全阻斷受體的效應(yīng)(即使在飽和濃度下也不能完全阻斷),僅是一種部分抑制劑。此現(xiàn)象在鋅離子作用于含有NR1/NR2A亞單位的NMDA受體時(shí)尤其明顯,它的最大抑制率約為70%。芐哌酚醇及其衍生物,對(duì)含有NR1/NR2B亞單位的NMDA受體的抑制作用最大為90%。由于少量或部分的NMDA受體被激活對(duì)某些腦功能是必須的,因此這種不完全性阻斷劑的藥理學(xué)特性在臨床藥物選擇中也具有一定的優(yōu)勢(shì)。2.2.4激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)界面的調(diào)節(jié)位點(diǎn)除以上所述的結(jié)合位點(diǎn)外,神經(jīng)遞質(zhì)等活性物質(zhì)還可能作用于另外一些位點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)NMDA受體的活動(dòng),這些位點(diǎn)包括NR1的N末端(圖1,位點(diǎn)2)以及激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)二聚體的表面(圖1,位點(diǎn)3)。在AMPA受體,此部位可以結(jié)合帶正電的變構(gòu)調(diào)質(zhì),如環(huán)噻嗪和茴拉西坦。這些物質(zhì)分別通過穩(wěn)定激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)的界面和阻斷激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)的變構(gòu)來(lái)減少AMPA受體的脫敏及通道的失活。由于NMDA受體和AMPA受體激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)的結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的保守性,因此NMDA受體二聚體的激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)界面也可能存在一個(gè)變構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)。另外,由于NMDA受體很少顯示脫敏特性,因此在失活動(dòng)力學(xué)過程中,篩選方式的改變可用于鑒定NMDA受體激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)的二聚體界面的變構(gòu)調(diào)質(zhì)(allostericmodulators)。另外一個(gè)可能調(diào)節(jié)NMDA受體功能的位點(diǎn)可能存在于激動(dòng)劑結(jié)合區(qū)及跨膜片段之間(圖1,位點(diǎn)4)。在AMPA受體,這個(gè)區(qū)域存在著GYKI類(非競(jìng)爭(zhēng)性的AMPA受體拮抗劑)拮抗劑,此類拮抗劑為AMPA受體選擇性的非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑,因此有必要探索是否有作用于NMDA受體該同源區(qū)域的類似拮抗劑。2.3nda受體的抗劑前面講述的NMDA受體是指由NR1/NR2兩種亞單位組成的異四聚體,它在哺乳CNS內(nèi)分布最廣。這種NMDA受體的組成除NR1外,NR2亞單位既可以僅有一種,也可以有兩種。由兩種NR2亞單位與NR1亞單位組成的NMDA受體,分布于腦內(nèi)的多個(gè)區(qū)域,如存在于前腦的NR1/NR2A/NR2B組合方式及存在于小腦的NR1/NR2A/NR2C組合方式。然而,直到最近,Hatton和Paoletti聯(lián)合應(yīng)用基因突變和藥理學(xué)方法的研究表明,含有NR1/NR2A/NR2B的NMDA受體仍然保持其對(duì)納摩爾鋅離子濃度以及芐哌酚醇敏感的特性,但是其最大抑制效率僅為20%;而含有NR1/NR2A/NR2C亞單位的NMDA受體依然可以被鋅離子部分阻斷。此三亞基聚合體對(duì)具有亞型選擇性的調(diào)質(zhì)中等敏感,因此,以目前所知的藥理學(xué)工具是不可能完全阻斷含有NR2A或NR2B亞單位的NMDA受體,如鋅離子和芐哌酚醇。此限制使得人們很難區(qū)分NMDA受體功能與單個(gè)亞型之間功能的關(guān)系,目前仍然不清楚是否能夠發(fā)現(xiàn)區(qū)分二亞基和三亞基受體的拮抗劑。在體實(shí)驗(yàn)表明,NR3亞單位可以與NR1和NR2亞單位結(jié)合形成NR1/NR2/NR3的三(種)亞基復(fù)合體,對(duì)此類三亞基復(fù)合體的功能特性的研究更為困難。2.4nmda受體抗劑由于NMDA受體與許多腦功能紊亂性疾病有關(guān),因此NMDA受體已經(jīng)成為許多疾病的治療靶點(diǎn)。首先,NMDA受體在興奮毒過程中具有重要作用,此過程是由于谷氨酸過量釋放引起NMDA受體被過度激活,細(xì)胞內(nèi)鈣離子聚集,最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。腦缺血(如中風(fēng)或腦外傷)、神經(jīng)退行性疾病(如帕金森病和亨廷頓病)以及癲癇等,均可以使得突觸前谷氨酸大量釋放,引起興奮毒的產(chǎn)生。上世紀(jì)80年代和90年代發(fā)現(xiàn)的NMDA受體拮抗劑,理論上均可以用來(lái)治療這些疾病,但由于其無(wú)法接受的副作用(如幻覺、記憶和運(yùn)動(dòng)缺失)而不能應(yīng)用于臨床。通過提高拮抗劑對(duì)不同亞單位的選擇性可以大大降低其副作用,因此,以NMDA受體不同亞單位作為靶點(diǎn)的拮抗劑是目前研究與開發(fā)的重要目標(biāo)。2.4.1選擇性抗劑與l-多巴的相互作用如前所述,第一代NMDA受體拮抗劑由于其嚴(yán)重的副作用不能應(yīng)用于臨床,人們致力于發(fā)現(xiàn)選擇性作用于NMDA受體亞型的拮抗劑。目前已發(fā)現(xiàn)的低副作用的NMDA受體拮抗劑是芐哌酚醇的衍生物,它們作用于含有NR2B亞單位的NMDA受體N末端。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型上已證實(shí),NR2B選擇性拮抗劑具有高效的神經(jīng)保護(hù)及鎮(zhèn)痛作用。在嚙齒類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物帕金森病模型上,NR2B選擇性拮抗劑單獨(dú)使用或與L-多巴聯(lián)合應(yīng)用也具有明顯的效果。令人鼓舞的是,在人類,即使使用最大劑量NR2B選擇性拮抗劑,也沒有產(chǎn)生非選擇性NMDA受體拮抗劑的副作用。然而,第一代的NR2B拮抗劑具有一些非靶點(diǎn)的效應(yīng),它可以影響腎上腺素α1受體產(chǎn)生嚴(yán)重副作用。第二代NR2B選擇性拮抗劑安全性有很大提高,但到目前為止仍未被許可應(yīng)用于臨床,這主要是由于此類藥物可作用于hERG-鉀通道并產(chǎn)生心臟毒性作用,此外其很低的口服吸收率也限制了它的推廣應(yīng)用。最近,又有一類與芐哌酚醇結(jié)構(gòu)不同的NR2B選擇性拮抗劑被發(fā)現(xiàn),但這類物質(zhì)是否較芐哌酚醇具有明顯的優(yōu)越性尚無(wú)定論。2.4.2髓劍nmda受體抗劑一般認(rèn)為,NMDA受體主要表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元上,膠質(zhì)細(xì)胞則沒有或很少表達(dá)。然而,最近研究表明,NMDA受體不僅存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞,而且還存在于白質(zhì)的少突膠質(zhì)細(xì)胞。少突膠質(zhì)細(xì)胞的主要功能是在CNS內(nèi)形成髓鞘。研究發(fā)現(xiàn),過多的谷氨酸釋放(產(chǎn)生的興奮毒性作用)可引發(fā)少突膠質(zhì)細(xì)胞的死亡及髓鞘的脫失,此病變多見于損傷性神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如腦性麻痹、脊髓損傷、中風(fēng)和多發(fā)性硬化癥。以往的觀點(diǎn)認(rèn)為,這種興奮毒是由于AMPA受體/或海人藻酸受體的激活。最近研究表明,少突膠質(zhì)細(xì)胞形成的髓鞘上存在NMDA受體,但細(xì)胞外的鎂離子不能完全阻滯髓鞘上的NMDA受體離子通道。在組織缺血過程中,髓鞘上的NMDA受體被激活引起鈣離子積聚最終導(dǎo)致髓鞘損傷。NMDA受體拮抗劑可以阻止鈣離子的積聚并對(duì)缺血誘發(fā)的髓鞘損傷有保護(hù)作用。有趣的是,這些研究表明,髓鞘NMDA受體具有與神經(jīng)元NMDA受體不同的通道特征,提示它們由不同的亞單位構(gòu)成。研究資料已揭示,髓鞘NMDA受體含有豐富的NR2C和NR3A亞單位,由它們形成的受體通道不能被細(xì)胞外液的鎂離子所阻斷。因此,含有NR3A和NR2C亞單位的NMDA受體的選擇性拮抗劑將是阻止髓鞘損傷的主要治療靶點(diǎn)。目前雖然對(duì)于NR3A亞單位的藥理學(xué)特性知之甚少,但已知此亞單位與其配體結(jié)合的方式不同于NR1亞單位(盡管二者均具有甘氨酸結(jié)合位點(diǎn)),這些資料表明,人們可以研發(fā)出針對(duì)NR3A的選擇性拮抗劑。然而,NR3A對(duì)甘氨酸具有非常高的親和力,比它對(duì)谷氨酸的親和力高約650倍。這一特點(diǎn)提示,在體的NR3A亞單位可能被內(nèi)源性甘氨酸緊張性結(jié)合,阻滯了它與其它物質(zhì)的結(jié)合;可能只有那些比甘氨酸親和力更強(qiáng)的NR3A選擇性拮抗劑才具有臨床治療意義。2.5nwda的受體2.5.1nmda受體一般認(rèn)為,NMDA受體主要分布在神經(jīng)細(xì)胞的突觸后膜。在興奮性神經(jīng)元,NMDA受體主要分布在樹突棘頭的突觸后膜,且主要分布在突觸后致密區(qū)(postsynapticdensity,PSD)。但近年來(lái)的研究顯示,NMDA受體不僅存在于突觸后膜,還存在于突觸前膜。不僅分布于突觸后致密區(qū),還分布于PSD的周圍或非突觸胞膜上。位于突觸后致密區(qū)以內(nèi)的NMDA受體被稱為突觸后NMDA受體,樹突棘上突觸后致密區(qū)周圍的NMDA受體被稱為突觸周NMDA受體(perisynpticNMDAR),經(jīng)常也被稱為突觸外NMDA受體(extrasynapticNMDAR)。研究發(fā)現(xiàn),突觸外NDMA受體的激活取決于多個(gè)條件,如神經(jīng)元的位置與活性,膠質(zhì)細(xì)胞上的轉(zhuǎn)運(yùn)體以及突觸部位谷氨酸的溢出等。突觸外存在NMDA受體的典型例子是小腦星形細(xì)胞以及視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。在這些神經(jīng)元上,NMDA受體僅存在于突觸周膜。當(dāng)較弱的突觸前刺激引起少量谷氨酸釋放時(shí),這些受體不能被激活;而給予高強(qiáng)度刺激或高頻率刺激時(shí),大量釋放的谷氨酸從突觸間隙溢出可激活這些受體。研究發(fā)現(xiàn),在皮層的GABA能抑制性中間神經(jīng)元,NMDA受體主要分布于樹突干。而分布在樹突干或胞體膜上的NMDA受體與突觸周的NMDA受體也不同,它們基本上不能被內(nèi)源性谷氨酸所激活,研究人員通過膜片鉗及谷氨酸解籠鎖(uncagedglutamate)的方法研究這些NMDA受體的激活規(guī)律與特征。NMDA受體除了廣泛分布于神經(jīng)細(xì)胞外,還存在于膠質(zhì)細(xì)胞上,如星形膠質(zhì)細(xì)胞以及少突膠質(zhì)細(xì)胞,這些部位的NMDA受體在亞單位組成及藥理學(xué)特性等方面均有不同于神經(jīng)元之處。2.5.2觸外與觸外nmda受體近年來(lái)的研究表明,存在于突觸外的NMDA受體更多的含有NR2B和NR2D亞單位。在海馬腦片的齒狀回區(qū),使用NR2B-NMDA受體拮抗劑所引起的誘發(fā)NMDA受體電流的減小要比自發(fā)的NMDA受體電流減小更加明顯。這表明NR2B-NMDA受體更多地存在于突觸外。在小腦的高爾基細(xì)胞和海馬CA1區(qū)的錐體細(xì)胞上,已經(jīng)證實(shí)含有NR2B和NR2D亞單位的NMDA受體存在于突觸外部位,來(lái)自海馬CA1神經(jīng)元或星形膠質(zhì)細(xì)胞的谷氨酸從突觸部位溢出可以激活這些受體,這些受體可以被NR2B亞單位的選擇型阻斷劑所阻斷。Tovar和Westbrook證實(shí),在培養(yǎng)的神經(jīng)元上,含有NR2B亞單位的NMDA受體存在于突觸外部位。但NR2B亞單位并不是僅存在于突觸外部位,它也與NR2A亞單位共同存在于突觸后膜上。研究顯示,突觸部位的NR2B亞單位在NMDA受體激活后的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及受體內(nèi)化方面均具有重要的作用。它可以通過調(diào)節(jié)因子1(rasGRF1)或銜接蛋白AP-2(adaptorproteinAP-2)等與細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白激酶II(CaMKII)連接。另外,NR2A亞單位也并不僅存在于突觸部位,它也存在于突觸外部位。因此,通過記錄突觸后和突觸外NMDA受體電流的方法還不能分離NR2A和NR2B亞單位電流。另外,突觸后和突觸外NMDA受體的激活可以引起不同的下游級(jí)聯(lián)反應(yīng),即它們分別激活不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。這也解釋了為何突觸外NMDA受體比突觸后NMDA受體的激活更不容易引起鈣依賴性的功能下降或脫敏。在嗅球顆粒細(xì)胞上,通過突觸外NMDA受體的鈣離子的內(nèi)流可以激活大電導(dǎo)型的鈣激活的鉀電流,并調(diào)節(jié)其抑制作用;而在海馬CA1區(qū)或杏仁核的神經(jīng)元上,突觸后NMDA受體激活引發(fā)的鈣離子的內(nèi)流卻激活小電導(dǎo)型的鈣激活的鉀電流。在海馬腦片CA1神經(jīng)元上,星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的谷氨酸可以激活突觸外NMDA受體并促進(jìn)神經(jīng)元的同步性活動(dòng)。另外,在培養(yǎng)的神經(jīng)元上,突觸外NMDA受體的激活可以導(dǎo)致神經(jīng)毒性作用;而在大鼠腦片上,突觸外NMDA受體的激活卻產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)程壓抑(LTD)。重要的是,以上提及的NMDA受體功能并非由于其位于突觸外所致,可能主要與受體亞型有關(guān),因?yàn)橐暰W(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞僅表達(dá)突觸外NMDA受體,但對(duì)NMDA受體的神經(jīng)毒性并不敏感;而突觸部位的NMDA受體也可以導(dǎo)致神經(jīng)毒或產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)程壓抑(LTD)。因此,單從NMDA受體分布部位(如突觸后或突觸外)的不同來(lái)判斷或確定其功能的異同是十分唐突的,只有區(qū)分了NMDA受體的亞型、了解與其相連的信號(hào)分子,如鈣離子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF,brainderivedneurotropicfactor)及細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK),確定其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑后,才能對(duì)NMDA受體的具體功能有全面認(rèn)識(shí)。3nmda受體的結(jié)構(gòu)研究證實(shí),AMPA受體在突觸部位的快速插入與移除(trafficking)是某些形式長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性的重要機(jī)制,而NMDA受體在突觸可塑性的形成中主要起觸發(fā)作用。但近年來(lái)越來(lái)越多的證據(jù)表明,NMDA受體的數(shù)量和亞單位組成并非一成不變,而是在發(fā)育過程中、在神經(jīng)元活動(dòng)時(shí),以一種細(xì)胞特異性和突觸特異性的方式變化著。神經(jīng)元的活動(dòng)會(huì)驅(qū)動(dòng)NMDA受體組裝好并定位在突觸部位;也可以使受體做側(cè)向移動(dòng)或內(nèi)化進(jìn)入胞漿。目前認(rèn)為,NMDA受體的這種活動(dòng)依賴性、雙向可調(diào)性的trafficking是突觸可塑性重塑(metaplasticity)的基礎(chǔ),而雙向調(diào)節(jié)的異常又可導(dǎo)致神經(jīng)-精神疾病的發(fā)生,如可卡因成癮、阿爾采默病、精神分裂癥等。3.1突觸相關(guān)蛋白功能性NMDA受體通常位于突觸后膜,在這里它們連接在由突觸腳手架蛋白(scaffolding)和連接蛋白(adaptor)等大分子信號(hào)分子組成的復(fù)合體上,這些蛋白將受體與激酶、磷酸酶、其他下游信號(hào)蛋白以及代謝性谷氨酸受體(mGluR)等連在一起。mGluRs是G蛋白耦聯(lián)受體,它們參與突觸可塑性及遞質(zhì)釋放的調(diào)節(jié)。95kDa(PSD-95;也稱為突觸相關(guān)蛋白90)的突觸蛋白和突觸相關(guān)蛋白102(SAP-102)都是突觸腳手架(scaffolding)蛋白和PDZ-蛋白的PSD-95家族的成員,PDZ將NMDAR連接在PSD上。除了連接突觸的作用外,PDZ蛋白在NMDAR的細(xì)胞內(nèi)移和突觸轉(zhuǎn)送方面也具有重要作用。3.1.1pka和pkc對(duì)nmda受體磷酸化的調(diào)節(jié)在發(fā)育過程中及突觸活動(dòng)時(shí),NMDARs在細(xì)胞表面的插入是受到嚴(yán)格調(diào)控的。磷酸化是一種被廣泛認(rèn)識(shí)的調(diào)節(jié)受體trafficking的機(jī)制,PKA和PKC均參與了NMDA受體的磷酸化。阻滯神經(jīng)元的活動(dòng)會(huì)促使NMDARs在突觸集中,除去這種阻滯,就出現(xiàn)PKC介導(dǎo)的NMDARs從突觸部位散開。除了PKC,激活mGluR1組受體、胰島素受體、DA1和DA2受體都會(huì)促使NMDA受體在不同細(xì)胞的插入。3.1.2號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、突變受體的內(nèi)化也是受到嚴(yán)格調(diào)控并具有亞單位特異性。受體內(nèi)化也是神經(jīng)元調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、突觸成熟、突觸強(qiáng)化的基本機(jī)制,它的發(fā)生主要是通過一般的出胞過程(包括包被小體等)完成的。在NR2A和NR2B的C-端含有不同的內(nèi)化模體(motifs),它們以不同的速率調(diào)節(jié)內(nèi)化過程。NR2B受體的內(nèi)化較快,而NR2A受體的內(nèi)化較慢。3.1.3nmdars的側(cè)向移動(dòng)NMDA受體不僅在突觸部位進(jìn)進(jìn)出出循環(huán)著,而且也在突觸與突觸外的漿膜上做活動(dòng)依賴性及磷酸化依賴性的側(cè)向移動(dòng)。最近,有研究(singleparticleandmoleculetracking)顯示,NMDARs在突觸與突觸外以基礎(chǔ)(basal)擴(kuò)散速率(與AMPARs相比)在漿膜內(nèi)做側(cè)向移動(dòng)。該研究還顯示,NR2A-NMDARs在突觸內(nèi)側(cè)向擴(kuò)散的速度(~2×10-4μm.sec-1)要較NR2B-NMDARs(~500×10-4μm.sec-1)慢。因此,NMDARs的側(cè)向移動(dòng)隨著神經(jīng)元的成熟和NR2A亞單位的增多會(huì)減慢。突觸部位的AMPARs也可以作側(cè)向移動(dòng),當(dāng)神經(jīng)元的活動(dòng)時(shí),AMPA受體的側(cè)向移動(dòng)會(huì)明顯加強(qiáng),而NMDARs的擴(kuò)散基本不變。假定內(nèi)化區(qū)與突觸垂直,NMDARs的側(cè)向擴(kuò)散似乎就是受體內(nèi)化的關(guān)鍵一步。3.2da受體的traffing是突變性的基礎(chǔ)一般認(rèn)為,興奮性突觸部位NMDA受體的功能主要是觸發(fā)突觸可塑性,而突觸可塑性的主要表達(dá)機(jī)制是突觸AMPARs的數(shù)量、磷酸化狀態(tài)以及/或亞單位組成的變化?；顒?dòng)依賴性的NMDA受體變化的意義在于,NMDA受體的功能與神經(jīng)元的活動(dòng)有關(guān),受神經(jīng)元活動(dòng)的調(diào)節(jié),這就使突觸可塑性的本身也發(fā)生著活動(dòng)依賴性的改變,這也就是突觸可塑性再塑的本質(zhì)。因此,NMDA受體的trafficking是突觸可塑性再塑、經(jīng)驗(yàn)依賴性可塑性以及突觸修飾的基礎(chǔ)。此外,NMDAR的trafficking也是可卡因等藥物濫用及成癮相關(guān)的可塑性所必須的。藥物成癮等行為可引起腦內(nèi)獎(jiǎng)賞環(huán)路的改變,急性可卡因注射通過調(diào)節(jié)NMDARs的trafficking修飾了神經(jīng)元環(huán)路,出現(xiàn)以NR2A-NMDARs為主的快速插入。酒精成癮可改變中腦多巴胺神經(jīng)元的上AMPA受體與NMDA受體的比值,引起作為藥物成癮共同通路的興奮性傳遞的可塑性改變。3.3動(dòng)物視黨員身份證所具有的代次及電流時(shí)程N(yùn)MDA受體亞單位的組成隨腦發(fā)育的不同階段而變化。嚙齒類動(dòng)物(如大鼠)大腦皮層的NMDA受體主要由NR1與NR2A或/和NR2B亞單位組成,而NR