NMDA 受體在HIV 相關認知功能障礙發(fā)病機制及治療靶點中的作用

1 HAND 的毒素來源

HIV 不易通過血腦屏障(BBB)，它首先與淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞上的趨化因子受體5(CCR5)和趨化因子受體4(CXCR4)結合，再伴隨這些細胞進入CNS［4］。此外，游離HIV 顆粒也可通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)依賴性胞飲作用滲入腦微血管內皮細胞，進而上調細胞間黏附分子-1(ICAM-1)的表達，增加游離HIV 顆粒和感染的單核巨噬細胞進入CNS。巨噬細胞跨過BBB 進入CNS 后，釋放病毒顆粒并將其播散到鄰近的小膠質細胞、星形膠質細胞［5］。然而HIV 并不感染神經細胞，原因可能是神經細胞膜表面不表達HIV 感染所必需的CD4 分子。被HIV 感染的巨噬細胞和小膠質細胞釋放HIV 病毒蛋白如Tat、gp120，或促使受感染細胞內HIV 進一步復制，或激活鄰近細胞產生過量的細胞因子、自由基、一氧化氮(NO)、類花生酸類物質(AA)、血小板活化因子(PAF)和氨基酸等神經毒性分子，這些效應分子以復雜的形式相互作用，干擾神經元賴以生存的細胞內信號轉導通路，引起神經元結構、功能的異常改變。

2 HIV-1 與NMDA 受體的聯(lián)系

2.1 HIV-1 引起谷氨酸系統(tǒng)紊亂谷氨酸由突觸前膜釋放后主要作用于突觸后膜的NMDA 受體，并且氨基酸轉運蛋白能夠使突觸間隙的谷氨酸保持在正常濃度。當HIV-1感染巨噬細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞后，可從兩方面引起谷氨酸系統(tǒng)的紊亂。一方面，被感染細胞釋放的神經毒性物質可直接或間接引起細胞內谷氨酸的釋放增多，后者過度激活NMDA 受體從而介導興奮毒性作用;另一方面，星形膠質細胞被HIV-1 感染后，興奮性谷氨酸轉運體1 型(EAAT1)和2 型(EAAT2)的表達下降，減弱了其對胞外谷氨酸重吸收的能力。而HAND 患者體內約有19%的星形膠質細胞被HIV-1 感染［6］，HIV-1 病毒蛋白在這些細胞里積累，增加炎癥趨化因子、細胞因子和谷氨酸的合成和釋放而造成對神經細胞的損傷。

2.2 Tat 蛋白激活NMDA 受體 Tat 蛋白是HIV-1 病毒基因組編碼的一種堿性蛋白分子，由感染HIV-1 的T 細胞及單核巨噬細胞釋放。HIV-1 侵入細胞后，反式激活病毒RNA的轉錄以生成完整的mRNA。研究發(fā)現(xiàn)，Tat mRNA 含量在HAD 患者體內有所增高［7］。此外，Tat 蛋白顯著增加星形膠質細胞的表達和單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)的釋放，并能夠被HIV-1 感染的細胞分泌，穿過細胞膜到達患者的血清、腦脊液和大腦，并能改變非感染細胞的結構和功能，促進艾滋病的發(fā)生和發(fā)展［8］。Tat 蛋白能夠結合到低密度脂蛋白的受體關聯(lián)蛋白(receptor-related protein，LRP)，激活NMDA 受體［7］，并可促進NMDA 受體NR2A 和NR2B 磷酸化，導致受體持續(xù)興奮［9］，增加Ca2+內流，激活神經元一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，nNOS)，最終引起神經元損傷或凋亡。LRP 的形成以及NMDA 受體、nNOS 的激活，是Tat 蛋白引起細胞凋亡的早期過程［10］。此外，Tat 蛋白能夠致敏神經細胞［3］，使正常濃度的谷氨酸也能夠產生顯著的興奮毒性和細胞內Ca2+的紊亂。另一方面，在HIV-1 感染的神經細胞培養(yǎng)物中，NMDA 受體拮抗劑MK-801 能夠阻斷Tat 引起的鈣離子內流增加和神經細胞死亡［9］。

2.3 Gp120 激活NMDA 受體 Gp120 是一種強烈的神經毒素，位于HIV-1 包膜糖蛋白Gp160 的基因編碼，其前體為Gp160，經蛋白酶裂解成Gp120 和Gp41。Gp120 能夠促進HIV-1 經由CD4 受體上的CCR5 和CXCR4 受體進入細胞內［4］。Gp120 結合到巨噬細胞和小膠質細胞后，引起細胞產生炎性細胞因子和類花生酸類物質等神經毒素，直接或間接激活NMDA 受體。Gp120 也能誘發(fā)小膠質細胞鈣離子內流并且增加細胞外單信號調節(jié)激酶(ERK)的磷酸化，從而導致小膠質細胞的活化［11］;還可通過氧化細胞膜上的鞘磷脂水解酶，擴大神經元樹突上脂筏的結構，改變NMDA 受體的空間結構和密度來激活受體活性，直接提高神經元上NMDA 受體的Ca2+內流。此外，Gp120 還可以影響星形膠質細胞攝取谷氨酸并阻斷神經元谷氨酰胺的供給［12］。而谷氨酰胺參與受體的運輸和表達，與突觸的活性有關，它的減少將影響到患者的學習和記憶能力，引起記憶缺陷。

2.4 其他HIV-1 蛋白激活NMDA 受體 HIV-1 的其他蛋白如Gp160、Gp41 和R 病毒蛋白等，也被認為能夠引起谷氨酸系統(tǒng)的紊亂。其中Gp41 可促進神經膠質細胞釋放谷氨酸，而且釋放谷氨酸的效應可能強于Gp120［12］，這表明該蛋白能促成HIV 感染引起的興奮毒性效應。Gp160 是Gp120的前體物質，也能夠誘導NMDA 受體改變細胞內Ca2+水平，發(fā)揮神經毒性［13］。R 病毒蛋白轉基因鼠在皮質和基底神經節(jié)顯示高水平的谷氨酸和低水平的谷氨酸轉運蛋白，且能夠激活星形膠質細胞的死亡信號，促進細胞凋亡［14］。

3 NMDA 受體在HAND 中的興奮毒性效應

3.1 NMDA 受體特性根據(jù)細胞表面受體的分布特點，NMDA 受體可分為突觸內、突觸旁和突觸外三類。突觸內NMDA 受體位于突觸后致密區(qū)，結合來自突觸前囊泡釋放的突觸內谷氨酸;突觸旁NMDA 受體位于突觸旁區(qū)域，當突觸前膜接受較強的刺激，釋放更多的谷氨酸時發(fā)生反應;在生理情況下，突觸外NMDA 受體對突觸內釋放的谷氨酸幾乎不能產生反應［15］。Hardingham 等［3］指出，鈣離子經激活的突觸內NMDA 受體進入細胞，誘導環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)水平上調，腦源性神經生長因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)表達增加，促進神經細胞生長;而突觸外NMDA 受體的激活則下調CREB 水平，使得BDNF 表達降低，導致細胞凋亡。此后大量的研究表明突觸內、外NMDA 受體在基因表達與調控上具有相反的作用，選擇性阻斷突觸外NMDA 受體可以有效緩解與谷氨酸相關的興奮毒性損傷［16］。

在病理情況下，突觸后神經元活性下調，谷氨酸轉運蛋白功能下降，正常分泌的谷氨酸不能被重吸收，擴散至突觸外間隙激活突觸外NMDA 受體［17］，使流入細胞內的Ca2+增多，甚至造成神經元胞質內鈣超載而引起神經細胞損傷。因此，NMDA 受體的兩面性被認為是與突觸內、外NMDA 受體的不同功能有關，突觸內受體能抗氧應激和抑制凋亡蛋白發(fā)揮神經保護作用，突觸外NMDA 受體則引起氧應激、細胞凋亡信號轉導途徑［18］。

3.2 突觸內、外NMDA 受體亞型突觸內、外NMDA受體的主要亞型分別為NR2A、NR2B。NR2A 和NR2B 在通道動力學、突觸上分布及其下游結合蛋白信號通路等方面均有較大差異。NR2A 具有啟動快速、通量較小的特點;NR2B與谷氨酸的親和力以及開放概率較低，但衰減時間較慢，對鈣離子的通透性較高。短暫快速的鈣內流可提高細胞興奮性，誘導突觸長時程增強(LTP)，激活細胞保護機制［16］;持續(xù)大量的鈣內流，導致細胞內鈣超載，誘導突觸長時程抑制(LTD)，同時激活細胞凋亡和氧應激信號的轉導途徑。因此，突觸內、外NMDA 受體的不同作用很可能與其亞型組成不同有關。突觸內NR2A 的激活能夠促進細胞存活，而突觸外NR2B 的激活則引起興奮毒性，促進細胞死亡。

3.3 突觸外NMDA 受體NR2B 亞型在HAND 中的作用

Jing［19］發(fā)現(xiàn)，腦組織感染HIV-1 后釋放IL-1，刺激星形膠質細胞，引起NR2B 受體過度激活。Xiong［20］在研究中發(fā)現(xiàn)，被HIV-1 感染的單核巨噬細胞的分泌物MCP-1 能夠激活爪蛙卵母細胞的NR2B 受體，并提出了NMDA 受體亞型NR2B可能是HIV-1 感染后引發(fā)神經系統(tǒng)功能病變的主要機制。此外，用病毒蛋白gp120 刺激巨噬細胞，其釋放的可溶性物質能夠加強海馬CA1區(qū)域的興奮性突觸后電流而導致神經元的損傷，而在NR2B 興奮性突觸后電流的加強程度強于NR2A。NR2B 受體拮抗劑能夠阻斷被感染的巨噬細胞所引起的神經元損傷［21］。因此，在CNS 內被HIV-1 感染的細胞釋放的神經毒性物質最終可能是激活突觸外NR2B 受體，引起神經細胞內鈣超載而出現(xiàn)神經損傷。

綜上所述，突觸外NR2B 受體的激活很可能是參與到HAND 發(fā)病機制中的關鍵所在，選擇性阻斷突觸外NR2B 受體的激活被認為是治療認知功能障礙性疾病的重要策略。

4 NMDA 受體是HAND 的潛在治療靶點

高效抗逆轉錄病毒治療(HAART)是過去治療AIDS 的主要方法，它能夠降低HIV mRNA 水平，使其處于一個低水平的復制狀態(tài)，在一定程度上控制了AIDS 的發(fā)病率和死亡率。但是HAART 藥物難以通過BBB，所以該療法不能徹底根除腦內的HIV，對HAD 不能發(fā)揮明顯療效。而針對HAND的有效治療策略，目前仍在不斷研究。

4.1 抗NMDA 受體興奮毒性治療由于NMDA 受體介導的興奮毒性效應主要源于該受體的過度激活，因此阻斷它的激活是HAND 的一個治療方法。NMDA 受體拮抗劑在體內、外試驗中均能對HIV-1 感染或者gp120 蛋白引起的毒性損傷起到緩解作用。然而，NMDA 受體對于神經系統(tǒng)中的許多生理功能活動具有重要作用，廣泛阻斷NMDA 受體的活性會引起許多不良后果。對此，選擇性阻斷NMDA 受體亞型或選擇性阻斷突觸外NMDA 受體可能會成為一個新的改進方法。

美金剛是一種電壓依賴性、中等程度親和力的非競爭性NMDA 受體拮抗劑，具有活躍的藥理動力學性質，能夠迅速結合到NMDA 受體上。而且美金剛更容易結合到突觸外NMDA 受體上阻斷其興奮毒性作用，而不破壞突觸內NMDA受體的正常生理功能。這可能是因為:(1)組成突觸內外NMDA 受體的信號傳導系統(tǒng)不同，美金剛不容易進入突觸內NMDA 受體調控的離子通道;(2)突觸內、外的NMDA 受體具有不同的NR2 受體亞型;(3)突觸內外NMDA 受體具有不同的激活方式，突觸內NMDA 受體可快速地被谷氨酸激活，而突觸外NMDA 受體的激活則需要一個緩慢、持久的過程［22］。在神經細胞培養(yǎng)物中，美金剛能夠阻斷gp120 或者其與Tat 聯(lián)合的毒性作用。其他NMDA 受體拮抗劑如MK-801、AP-5 等在體外實驗也能夠表現(xiàn)出阻斷gp120 的神經毒性作用［12］。此外，MK-801、選擇性NR2B 受體拮抗劑艾芬地兒能夠有效阻斷NMDA 受體發(fā)揮的興奮毒性，而選擇性NR2A 受體拮抗劑TCN201 卻沒有發(fā)現(xiàn)有效的神經保護作用［23］。

4.2 間接抑制NMDA 受體的過度激活谷氨酸的合成與釋放與位于突觸前的谷氨酸羧肽酶(GCPII)有關，GCPII可催化N-乙酰天冬氨酰谷氨酸(NAAG)水解為乙酰氨基酸(NAA)和谷氨酸。而GCPII 抑制劑能夠降低突觸間隙谷氨酸的濃度，進而緩解谷氨酸的興奮毒性。有研究指出GCPII抑制劑能夠引起細胞內NAAG 含量增多，而谷氨酸含量減少，并且在神經損傷的動物模型中能夠表現(xiàn)出神經保護作用［24］。2-PMPA 是其中一個有效的選擇性GCPII 抑制劑，在大鼠海馬神經細胞培養(yǎng)物中能夠抑制NAAG 的水解，阻止GP120 引起的細胞凋亡［25］。

谷氨酰胺酶能夠催化谷氨酰胺水解為谷氨酸，是中樞神經系統(tǒng)內谷氨酸的重要來源。巨噬細胞、神經膠質細胞被HIV-1 感染后會增加細胞內信號轉導和轉錄激活子1(STAT1)的磷酸化，促進STAT1 結合到谷氨酰胺酶啟動因子上，使得谷氨酰胺酶的mRNA 以及蛋白水平增高，進而釋放出高水平的谷氨酸［26］，而谷氨酰胺酶抑制劑能夠抑制這一過程。

4.3 其他治療策略 HIV-1 介導的神經毒性能夠抑制谷氨酸轉運蛋白GLT1、GLAST、EAAT1 等的活性以及表達，降低了突觸對谷氨酸的再攝取能力，導致谷氨酸的堆積。因此，也有研究嘗試通過加強星形膠質細胞內EAAT1 和EAAT2 的活性和表達，增加對胞外谷氨酸的轉移和重吸收能力，迅速清除胞外谷氨酸的濃度，從而避免NMDA 受體的過度激活［27］。然而，這些研究還處在早期階段，需要更多的實驗去驗證。

5 展望

目前的研究進展讓我們認識到NMDA 受體的異?；顒釉陉U明HAND 及其他認知功能障礙性疾病的發(fā)生機制中具有重要作用地位，尤其是突觸外NMDA 受體介導的興奮毒性作用引起越來越多地關注。在HAND 的治療方案中，國內外均在嘗試以NMDA 受體作為疾病的治療靶點而不斷開展基礎研究以及臨床實驗，期望在不久的將來能夠有所突破。

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