張 帥 艾 靜

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室，哈爾濱，150086，中國

谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，由突觸前神經(jīng)元合成和儲存，在神經(jīng)沖動刺激下釋放入突觸間隙，與突觸后膜上的谷氨酸受體結(jié)合并發(fā)揮功能［1］。谷氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)，主要參與神經(jīng)突觸可塑性形成及學(xué)習(xí)與記憶的形成過程［2-3］。

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病，起病隱匿，病程呈慢性進行性，是老年期癡呆中最常見的一種類型［4-5］。AD的臨床特征是記憶力進行性減退，認知功能障礙，行為活動異常等［4］，其病理學(xué)特征是在患者大腦皮質(zhì)，海馬和某些皮質(zhì)下神經(jīng)核團形成老年斑，神經(jīng)元纖維纏結(jié)，顆?？张葑冃院虷irano小體［6］。由于AD的發(fā)病機制尚不十分清楚，目前沒有有效的預(yù)防和根治方法。細胞外谷氨酸濃度的改變與認知障礙密切相關(guān)，谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)突觸傳遞過程在AD中也顯著受累［7-8］。因此，本文主要論述谷氨酸功能異常在AD中的作用，為AD治療藥物靶點的發(fā)現(xiàn)和新藥研究提供借鑒。

1 谷氨酸合成，釋放及重吸收功能與AD

1.1 谷氨酸合成，釋放及重吸收的生理過程

動物體內(nèi)谷氨酸的來源有兩種，一種源于葡萄糖代謝：葡萄糖經(jīng)無氧糖酵解生成丙酮酸，之后丙酮酸進入線粒體經(jīng)氧化脫羧生成乙酰輔酶A并進入三羧酸循環(huán)，經(jīng)一系列步驟合成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的作用下產(chǎn)生谷氨酸，這類谷氨酸被認為主要起代謝作用，與蛋白質(zhì)的合成等相關(guān)；第二種來源的谷氨酸則主要作為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)存在，通過谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)由谷氨酰胺通過谷氨酰胺酶催化脫氨基形成［9］，谷氨酰胺酶由于可以被磷酸鹽刺激激活而被稱為磷酸活化谷氨酰胺酶（phosphate activated glutaminase，PAG），催化谷氨酰胺水解生成谷氨酸和氨［10］。合成的谷氨酸被轉(zhuǎn)運蛋白-囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運體（vesicular glutamate transporters，VGLUTs）以ATP依賴的方式攝取并濃縮于突觸小泡中［11］。成熟的突觸前末端由三個突觸小泡池組成，通常稱為預(yù)備釋放池（readily releasable pool，RRP），循環(huán)池（recycling pool）和儲存池（reserve pool，RP）。RRP中囊泡在受到刺激后立即可用，RP則被定義為突觸小泡的儲存室（占全部小泡80%～90%），突觸小泡從這里的釋放需要由強烈刺激引發(fā)，循環(huán)池小泡占全部小泡的5%～20%，以適度刺激可釋放［12］。

谷氨酸從突觸前釋放至突觸間隙是一個鈣離子依賴性的過程［13］，當(dāng)突觸前神經(jīng)元興奮時，動作電位沿軸突傳遞到突觸前膜使突觸前膜發(fā)生去極化，引起突觸前膜電壓依賴性Ca2+通道開放，Ca2+內(nèi)流，Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，激活鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ），使突觸蛋白Ⅰ（synapsinⅠ）磷酸化，突觸囊泡從細胞骨架上游離出來。存在于突觸囊泡膜上的小突觸泡蛋白（synaptobriven）與存在于突觸前膜上的突觸融合蛋白（syntaxin）和SNAP-25合稱為SNARE復(fù)合物，SNARE復(fù)合物向活化區(qū)募集Ca2+通道，然后經(jīng)Rab3A蛋白促進突觸小泡與突觸前膜融合［14-15］。SNARE復(fù)合物的裝配也會促進Ca2+的內(nèi)流并增加融合孔的開放率，此外，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）可以通過TrkB/Src/PLC-γ1通路促進synapsinⅠ和β-連環(huán)蛋白（β-catenin）磷酸化來促進突觸小泡錨定并增加谷氨酸的量子化釋放［16-18］。

發(fā)揮作用后，突觸間隙的谷氨酸會被迅速去除，以防止興奮性毒性的發(fā)生［19］。谷氨酸重吸收的方式有兩種：一種是被突觸前末端再攝取，另一種是在突觸間隙擴散并被膠質(zhì)細胞攝取［20］，后者主要依賴于星形膠質(zhì)細胞上興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白（excitatory amino acid transporters，EAATs）的轉(zhuǎn)運［21-22］，被星形膠質(zhì)細胞攝取的谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０凡⒈贿\輸?shù)郊毎忾g隙，谷氨酰胺被神經(jīng)元攝取并重新轉(zhuǎn)化為谷氨酸［23］，然后經(jīng)VGLUT濃縮到突觸前膜的囊泡中等待釋放［24］（Fig.1）。

1.2 谷氨酸合成，釋放及重吸收功能異常與AD

從正常認知發(fā)展到認知功能障礙甚至AD的疾病進程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中谷氨酸的水平會呈現(xiàn)波動變化。研究表明谷氨酸功能異常的出現(xiàn)可能先于認知障礙的發(fā)生［25-26］。通過對APP/PS1小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，在未出現(xiàn)顯著認知功能障礙之前（2～4月），小鼠海馬CA1區(qū)谷氨酸功能便出現(xiàn)異常［25］。雖然2～4月齡APP/PS1小鼠腦中谷氨酸基礎(chǔ)水平未出現(xiàn)改變，但鉀離子誘導(dǎo)的谷氨酸釋放顯著增加，谷氨酸回收率也明顯增加，膠質(zhì)細胞功能標記物肌醇（myo-inositol，mIn）上調(diào)，這些改變被認為是腦內(nèi)的一種代償性機制［26］，而CA3及DG區(qū)未出現(xiàn)此種改變。隨著年齡的增加，5～8月APP/PS1小鼠腦內(nèi)谷氨酸基礎(chǔ)水平已經(jīng)出現(xiàn)明顯的年齡依賴性下降，鉀離子誘發(fā)谷氨酸釋放水平的升高與小鼠空間記憶呈負相關(guān)［26］。在體及海馬腦片研究發(fā)現(xiàn)，低濃度（0.01及0.10 μmol·L-1）的Aβ可以促進海馬CA1谷氨酸釋放，而持續(xù)增加Aβ濃度后這種刺激作用會減弱［27-28］。這提示，在認知功能障礙出現(xiàn)之前，低濃度的Aβ可能已經(jīng)誘發(fā)谷氨酸釋放增多。由于研究手段的限制，無法直接向臨床患者大腦輸送鉀離子來刺激谷氨酸釋放，但是臨床研究發(fā)現(xiàn)，腦脊液Aβ42陽性的健康老年人，膠質(zhì)細胞功能標記物mIn的表達量明顯高于腦脊液Aβ42陰性健康老年人［29］，這說明Aβ42的表達可能是導(dǎo)致膠質(zhì)細胞功能增強的原因之一。對APP轉(zhuǎn)基因鼠的研究也發(fā)現(xiàn)，8月齡小鼠未檢測到膠質(zhì)化和老年斑形成，TBOA抑制谷氨酸重吸收實驗發(fā)現(xiàn)皮層谷氨酸重吸收活力增強，細胞外谷氨酸濃度下降。18月齡APP轉(zhuǎn)基因小鼠大腦出現(xiàn)老年斑形成和膠質(zhì)化現(xiàn)象，皮層中膠質(zhì)細胞重吸收功能相關(guān)的高親和力谷氨酸轉(zhuǎn)運體1（glutamate transporter 1，GLT1）顯著下降，皮層細胞外谷氨酸濃度呈現(xiàn)升高趨勢［30］。這些研究提示，在發(fā)生明顯的認知功能障礙之前，有可能存在一個漫長的認知損傷階段，并且在這一階段，谷氨酸的誘發(fā)釋放增多，膠質(zhì)細胞功能增強。

進入輕度認知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI）階段后，AD病理改變加重，臨床研究發(fā)現(xiàn)，MCI患者腦內(nèi)谷氨酸水平與對照組無異或僅有輕微下降，而AD患者腦內(nèi)谷氨酸水平顯著下降［31-32］。對正常年老者，MCI及AD患者進行大腦基因表達譜研究顯示，MCI患者的內(nèi)嗅皮層、海馬、額上回、中央后回四個腦區(qū)中的突觸囊泡和釋放相關(guān)蛋白的表達是升高的。臨床前AD患者僅在老年斑組織處出現(xiàn)VGLUT1的表達明顯下降，在無老年斑處沒有出現(xiàn)VGLUT1的表達下降，12月齡APP/PS1小鼠的無老年斑腦區(qū)甚至出現(xiàn)VGLUT1的表達升高，而AD患者腦組織中不論是老年斑組織還是老年斑周圍及無老年斑組織處均呈現(xiàn)出谷氨酸轉(zhuǎn)運體VGLUT1的表達下降［33］。對CD1小鼠的研究也發(fā)現(xiàn)，12月小鼠出現(xiàn)認知功能下降（水迷宮），背側(cè)海馬中SNAP25及Munc18-1的表達量明顯上升［34-35］。這些證據(jù)提示一種MCI狀態(tài)下谷氨酸釋放增多的現(xiàn)象，而當(dāng)疾病進展至AD階段后，這些遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白表達會進入下降階段［36］。復(fù)雜的是，不同腦區(qū)在疾病進程中的損傷并非同步，例如后扣帶回作為一個AD疾病進程中較早損傷的腦區(qū)，在MCI階段突觸前蛋白synapsin-1及synaptophysin的表達就已經(jīng)出現(xiàn)顯著的下降［37］。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)在AD患者腦內(nèi)，促進谷氨酸合成的兩種酶類，谷氨酰胺酶和谷氨酰胺合成酶的表達均顯著下降［38-39］，說明AD患者谷氨酸合成能力減弱，而AD動物模型研究發(fā)現(xiàn)，在AD早期，谷氨酰胺合成酶的表達并沒有明顯受累［40］。

Fig.1 Process of glutamate synthesis，release and reuptake

由此可見，雖然在疾病向MCI和AD進展的過程中，大腦中谷氨酸的總量呈現(xiàn)出逐漸降低的變化趨勢，但是在MCI階段，谷氨酸的釋放可能是增加的，因為眾多神經(jīng)遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白的表達量是升高的，而此時膠質(zhì)細胞的功能增強，導(dǎo)致細胞外谷氨酸濃度不變或略有減少。當(dāng)疾病進展至AD階段以后，遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白減少，然而胞外Aβ可以增加囊泡釋放的幾率，谷氨酸引起的突觸活動亦可以通過增加α-分泌酶向β-分泌酶的轉(zhuǎn)變從而增加胞外Aβ濃度。可溶性Aβ寡聚體在突觸損傷和神經(jīng)退行性變的發(fā)生機制中起重要的作用［36］，高水平的Aβ寡聚體可以使谷氨酸釋放概率增加并阻滯神經(jīng)元在突觸間隙對谷氨酸的重吸收，其可能的機制是還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶產(chǎn)生的活性氧和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物造成的氧化性損傷抑制了谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白，使谷氨酸水平升高，增多的谷氨酸一部分可以激活N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic，NMDA）受體，隨后使受體的敏感性降低，一部分可以發(fā)生外溢并激活突觸外的富含NR2B亞基的NMDA受體。NMDA受體被過度激活后可誘導(dǎo)大量Ca2+內(nèi)流，使線粒體Ca2+超載，細胞膜去極化而造成神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡［41］。

根據(jù)以上研究，在患者出現(xiàn)認知功能損傷之前，神經(jīng)系統(tǒng)已出現(xiàn)功能異常，谷氨酸釋放增加，膠質(zhì)細胞功能增強，谷氨酸回收代償性增加以減弱由谷氨酸釋放增加帶來的損傷。隨著疾病進展，細胞外谷氨酸濃度下降，患者出現(xiàn)臨床癥狀。至AD階段，雖然腦內(nèi)谷氨酸含量下降，卻在Aβ的作用下過度釋放，間隙谷氨酸濃度升高，產(chǎn)生谷氨酸興奮性毒性。但是在AD最初階段究竟是神經(jīng)元損傷導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)細胞代償活動增加，還是神經(jīng)膠質(zhì)細胞活動增強誘發(fā)神經(jīng)元代償性釋放谷氨酸增多其實還并不清楚，有待更多的研究證實。

2 谷氨酸的突觸后功能與AD

2.1 谷氨酸的生理功能

作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，谷氨酸需作用于突觸后谷氨酸受體發(fā)揮功能。谷氨酸受體包括離子型和代謝型受體，離子型谷氨酸受體主要包括三類：NMDA受體，AMPA（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid）受體和KA（kainic acid）受體；代謝型谷氨酸受體（metabotropic glutamte receptor，mGluRs）系屬G蛋白耦聯(lián)受體。三種離子型受體結(jié)構(gòu)組成的不同之處在于：NMDA受體主要含有七種亞基，包括一個NR1亞基，四個NR2亞基（NR2A，NR2B，NR2C和NR2D）以及兩個NR3亞基（NR3A，NR3B）［42-43］，其中NR1為功能性亞基。NMDA受體在海馬，丘腦和皮質(zhì)中含量較多，其中在海馬CA1區(qū)含量最多，而在基底節(jié)，小腦和脊髓中表達相對較少［44］；AMPA受體包含GluR1-4亞基；KA受體包含GluR5-7及KR1-2亞基。谷氨酸受體在突觸前，突觸后神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中表達，谷氨酸在學(xué)習(xí)與記憶中的重要作用也通過其受體而發(fā)揮。

學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)是突觸可塑性，而NMDA受體是經(jīng)典的與學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)的受體。NMDA受體的主要特點是其電壓與配體雙重門控性，在突觸后膜去極化后，Mg2+與通道解離的同時谷氨酸與受體結(jié)合導(dǎo)致通道開放，一部分Ca2+通過NMDA受體耦聯(lián)的Ca2+通道內(nèi)流，一部分Ca2+通過電壓門控的Ca2+通道內(nèi)流，還有一部分Ca2+通過胞內(nèi)釋放從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入胞漿［45］，內(nèi)流的Ca2+作為第二信使激活突觸后神經(jīng)元內(nèi)各類激酶（CaMKⅡ、蛋白激酶C、蛋白激酶A、CAMKⅣ等），誘發(fā)并維持長時程增強（long term potentiation，LTP）［46］。

LTP的形成不僅依賴于NMDA受體，AMPA受體和KA受體也發(fā)揮了重要作用［47］。谷氨酸同時作用于NMDA，AMPA及KA受體，但由于NMDA受體受Mg2+阻滯作用而處于非活化狀態(tài)，只有當(dāng)AMPA受體被激活后，Na+內(nèi)流導(dǎo)致突觸后膜發(fā)生去極化，NMDA受體才能被激活并介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流［48］。除離子型谷氨酸受體外，mGluRs在學(xué)習(xí)與記憶的形成過程中也發(fā)揮重要作用，mGluRs屬于G蛋白耦聯(lián)受體超家族［49］。mGluRs在長時程抑制（long term depression，LTD）中的作用尤為重要，突觸傳遞中的LTD可由低頻刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生，且LTD的維持依賴于NMDA受體和mGluRs的作用。但是也有研究表明，阻斷NMDA受體并不會影響LTD的產(chǎn)生，而同時應(yīng)用mGluRs的拮抗劑則阻斷LTD的產(chǎn)生，說明mGluRs功能對LTD的誘導(dǎo)至關(guān)重要［50］。谷氨酸及其受體基本功能以及其在海馬及皮層局部環(huán)路中的作用已經(jīng)研究的相當(dāng)深入，目前的研究發(fā)現(xiàn)，許多大腦遠程投射纖維也可以共釋放或調(diào)節(jié)谷氨酸功能［51-52］，而這一部分谷氨酸功能調(diào)控還需更多探討。

2.2 突觸后谷氨酸功能異常與AD

作為AD主要的病理改變，Aβ的沉積對谷氨酸介導(dǎo)的突觸可塑性有顯著影響。在體及離體研究表明，可溶性Aβ寡聚體可以抑制LTP的形成，而易化LTD的產(chǎn)生［53-54］。作為參與突觸可塑性形成的重要環(huán)節(jié)，NMDAR、AMPAR以及mGluRs功能均有可能受到Aβ的調(diào)節(jié)。APP轉(zhuǎn)基因動物研究表明，LTP的損傷在Aβ斑塊形成之前便已出現(xiàn)［55-56］，向大鼠腦內(nèi)注射可溶性Aβ寡聚體也可以特異性的損傷海馬LTP及大鼠認知功能［57-58］，這一點與突觸前損傷是相對應(yīng)的?？茖W(xué)家們曾經(jīng)指出，在神經(jīng)元出現(xiàn)丟失之前，突觸功能的損傷是導(dǎo)致認知功能損害的主要原因［59］。對AD患者大腦的研究發(fā)現(xiàn)，AMPA受體結(jié)合位點顯著減少［60-61］，說明AMPA受體的表達量可能出現(xiàn)減少。在體及離體研究發(fā)現(xiàn)，Aβ的暴露會導(dǎo)致Caspase活性增強以及AMPA受體亞基的裂解。然而Caspase活性的增強并沒有引起NMDA受體亞基的裂解［62］。因此在AD早期，Aβ的升高引發(fā)的AMPA受體裂解作用可能參與了突觸傳遞障礙的過程中。而谷氨酸受體間的這種差異性調(diào)控可以成為日后藥物研發(fā)過程中特別關(guān)注的問題。

除與AMPA受體相互作用外，Aβ與NMDA受體之間的關(guān)系似乎更為復(fù)雜，有研究指出，在AD起始階段，Aβ的升高可能減少膜表面NMDA受體的表達量［63］。NMDA受體與突觸后密度蛋白PSD95結(jié)合形成的復(fù)合體就是Aβ介導(dǎo)其突觸后毒性作用的方式之一［64］，Aβ可以通過STEP61（striatal-enriched protein tyrosine phosphatase 61）促進GLUN2B亞基Tyr1472位點的去磷酸化［65］，介導(dǎo)NMDAR內(nèi)化。可溶性Aβ寡聚體還可以通過作用于EphB2受體蛋白（ephrin type-B receptor 2），破壞NMDA受體的完整性，從而影響學(xué)習(xí)與記憶功能［66］。

然而復(fù)雜的還不僅于此，離體向海馬神經(jīng)元直接給予Aβ后，AMPA電流受到抑制，而NMDA電流卻顯著增強［67］，而NMDA受體的激活還可以促進α分泌酶向β-分泌酶的轉(zhuǎn)變，從而增加Aβ的生成［68］，由此形成一種惡性循環(huán)。除此以外，可溶性Aβ寡聚體導(dǎo)致的含GluN2B亞基的NMDA受體介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流增加，還會激活下游信號通路如Rap-p38-MAPK、蛋白磷酸酶PP1、calcineurin。PP1可通過脫磷酸化激活GSK3β，同時影響Caspase-Akt通路，促進AMPA受體內(nèi)化［69-71］。Calcineurin的激活則抑制AMPA受體ser-845位點磷酸化，促進AMPAR內(nèi)化作用［72］。除促進AMPAR內(nèi)化外，Aβ還可以通過引發(fā)關(guān)鍵激酶CAMKII的錯誤分布抑制AMPA受體的磷酸化和膜錨定過程［53］。mGLURs可與朊蛋白（prion protein）功能介導(dǎo)Aβ細胞內(nèi)毒性作用［73-74］。在mGLURs介導(dǎo)的LTD過程中，AMPA受體的內(nèi)化作用也受到STEP61的調(diào)節(jié)［75］。如此一來，Aβ通過促進AMPA受體內(nèi)化和抑制其膜轉(zhuǎn)移過程，減少膜AMPAR，抑制LTP及易化LTD的形成（Fig.2）。雖然Aβ與谷氨酸受體之間的相互作用關(guān)系已經(jīng)研究的比較明確，但是值得注意的是，這些研究大多使用Aβ相關(guān)的轉(zhuǎn)基因動物。然而對于臨床前患者或者血管性癡呆疾患，Aβ沉積并不是其疾病發(fā)生的始動因素，因此對于AD發(fā)病早期谷氨酸功能的變化研究，還需要進一步細化。

Tau蛋白過度磷酸化引發(fā)神經(jīng)纖維纏結(jié)是AD發(fā)病的另一重要假說［76］。Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，其功能主要為穩(wěn)定微管及調(diào)節(jié)軸突運輸。有研究表明，tau蛋白過度磷酸化對谷氨酸功能的損害作用主要體現(xiàn)在其可以介導(dǎo)Aβ的毒性作用［77-78］，而tau蛋白敲除則可以減輕Aβ毒性作用［79-80］。此外，近年來AD炎癥反應(yīng)假說的研究受到研究者們的廣泛重視［81-83］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中炎癥反應(yīng)的主要參與者是小膠質(zhì)細胞。目前，小膠質(zhì)細胞與Aβ之間的調(diào)控關(guān)系比較多見［84-85］。但事實上，NMDA受體也表達與小膠質(zhì)細胞上，但是其功能并不清楚［86］。在未來的研究中，谷氨酸功能與小膠質(zhì)細胞之間的直接調(diào)控關(guān)系也是可以關(guān)注的方向之一。

3 谷氨酸通路中可能的AD治療靶點

大腦中含有豐富的谷氨酸，但只有小部分的谷氨酸存在于細胞外。細胞內(nèi)谷氨酸不具有興奮性毒性，但是細胞外的谷氨酸被認為可以引發(fā)興奮性毒性作用。根據(jù)大腦的能量需求和供應(yīng)情況，谷氨酸不斷從細胞中釋放，又不斷從細胞外空間中清除，使細胞外谷氨酸嚴格控制在低濃度。近年來，研究者們對于抑制腦內(nèi)谷氨酸興奮性毒性作用的潛在新型治療方法產(chǎn)生較大的興趣，各種治療方案的核心在于將細胞外谷氨酸維持在合理的濃度范圍內(nèi)（Fig.3）。

由于細胞外谷氨酸濃度在AD發(fā)展不同階段的波動變化，不同腦區(qū)在AD進程中退化程度也有所不同，針對谷氨酸通路的藥物研發(fā)和使用會因其不同的波動狀態(tài)而顯得非常困難。僅予促進或抑制谷氨酸釋放的藥物也許并不能有效的緩解癥狀反而有可能對疾病的發(fā)展不利。柳葉刀雜志委員會也曾建議研究者“攻克AD重在預(yù)防”，如果能將AD治療時間窗提前至認知功能異常之前，將事半功倍。但是在認知障礙出現(xiàn)之前谷氨酸誘發(fā)釋放增多的機制還有待進一步探討。在病人出現(xiàn)認知障礙之前，可通過調(diào)節(jié)谷氨酸釋放而避免進入認知障礙階段，可能的方案包括抑制遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白如SNARE復(fù)合物，synaptotagmin的功能［87-88］。我們還可以屏蔽Aβ對于谷氨酸釋放的增強作用，例如屏蔽Aβ與α7煙堿受體的作用位點［89-90］。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ可以通過α7煙堿受體調(diào)節(jié)谷氨酸釋放［91-92］，Aβ還可以通過α7煙堿受體刺激星形膠質(zhì)細胞釋放過量的谷氨酸。這樣一來，通過調(diào)節(jié)Aβ與α7煙堿受體之間的相互作用也許可以達到間接調(diào)節(jié)突觸間隙谷氨酸濃度的作用。除此以外，在MCI階段，通過抑制星形膠質(zhì)細胞功能，減少對谷氨酸的重吸收作用，增加細胞外谷氨酸濃度，也是一個可以嘗試的方案。也有研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)五羥色胺受體如5-HT6受體可以調(diào)控多種神經(jīng)遞質(zhì)功能，如乙酰膽堿、谷氨酸、多巴胺等［93］。

Fig.2 Interaction between Aβ and glutamate receptors (NMDARs, AMPARs and mGluRs)

當(dāng)疾病進展至AD以后，谷氨酸循環(huán)障礙更為顯著。針對谷氨酸功能的AD治療藥物目前只有非競爭性NMDA受體拮抗劑美金剛。NMDA受體具有較強的電壓依賴性，這使得美金剛在阻止病理性Ca2+內(nèi)流和突觸后神經(jīng)元的氧化應(yīng)激效應(yīng)的同時還能夠保持較強的生理信號傳遞的能力。目前，美金剛已被證明還可以保護神經(jīng)元免受線粒體毒性和缺氧的損害作用［94-95］。此外，研究發(fā)現(xiàn)美金剛在AD的臨床前階段也可以發(fā)揮有益作用。長期給予美金剛可以使Aβ斑塊的沉積顯著降低，突觸密度升高并使退行性軸突減少［96］。這說明美金剛不但可以改善AD臨床前階段的記憶衰退，而且可以緩解晚期老年癡呆中的認知缺陷［97］。近期研究發(fā)現(xiàn)，NMDA受體拮抗劑Radiprodil也可以逆轉(zhuǎn)Aβ對LTP的損傷［98］。STEP61的小分子抑制劑TC-2153可抑制AMPA受體內(nèi)化有效逆轉(zhuǎn)AD小鼠的認知功能損傷［99］，恢復(fù)EphB2表達也可以有效恢復(fù)AD小鼠的認知功能［100］。谷氨酸調(diào)節(jié)因子riluzole可以逆轉(zhuǎn)衰老和AD基因表達譜［101］，mGluR Ⅱ拮抗劑可以緩解AD動物記憶損傷及焦慮情緒［102］。近年來非編碼RNA研究領(lǐng)域發(fā)展迅速，長鏈非編碼RNA（lncRNA），小RNA（miRNA）［103］，環(huán)狀RNA（circRNAs），都具有多靶點調(diào)控的功能特點［104］，也許未來以非編碼RNA為基礎(chǔ)的藥物會進入我們的視線。

谷氨酸與受體結(jié)合后會立即被清除或重吸收以維持突觸間隙中谷氨酸的低濃度，有研究顯示在AD中EAAT的活動受到抑制，導(dǎo)致谷氨酸清除減少，谷氨酸轉(zhuǎn)運體受到Aβ的損傷，這是由于Aβ可以產(chǎn)生4-羥基-2-壬烯醛抑制EAAT的活動，導(dǎo)致細胞外谷氨酸清除障礙［105］，使其在突觸間隙堆積引起興奮性毒性，因此在AD階段調(diào)節(jié)EAAT的活性，同時抑制膠質(zhì)細胞釋放谷氨酸也可能成為有效的治療手段［106-107］。

除以上的方案以外，考慮到Aβ沉積和tau蛋白磷酸化的影響，可以采用特異性抗體進行治療，但是曾被寄予厚望的Solanezumab臨床試驗效果并不理想［108］。2002年至2012年間，有244種化合物先后進入AD治療臨床試驗，但僅美金剛獲得FDA批準［109］。目前，Aβ抗體、β和γ分泌酶抑制劑的臨床試驗紛紛失敗，糾其原因可能是由于干預(yù)的時間點過晚，Aβ斑塊已經(jīng)形成，若能在斑塊形成之前給予干預(yù)，避免斑塊形成而誘發(fā)神經(jīng)損傷，或許會得到更為理想的治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，在AD早期，Aβ抗體可有效緩解AMPA受體功能損傷及細胞骨架完整性受損［110］。最近，抗β-淀粉樣原纖維抗體BAN2401在一項2期臨床試驗中，取得了積極的頂線成果，在預(yù)先設(shè)定的臨床終點上（18個月），顯著延緩了AD的進展評分，也減少了大腦中淀粉樣蛋白的積聚［111-112］，為以Aβ為靶點的AD藥物治療帶來了新的希望。另外，光遺傳學(xué)的發(fā)展也為谷氨酸功能的精準調(diào)控以及神經(jīng)環(huán)路調(diào)控提供了新的契機［51，113］。

4 展望與小結(jié)

雖然大量的研究為我們提供了眾多的藥物靶點，但是在針對谷氨酸通路的藥物研發(fā)中有一些重要的問題是不容忽視的。例如，遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白不僅僅涉及谷氨酸釋放，還參與GABA，多巴胺，腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放［114-117］。如果簡單抑制遞質(zhì)釋放相關(guān)蛋白的表達，對于情緒的影響是無法預(yù)測的，對于神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)類藥物的研發(fā)，以及靶點的選擇有賴于科學(xué)家們對神經(jīng)遞質(zhì)間相互調(diào)控關(guān)系更為深入的理解。另外，從MCI進展至AD階段，細胞外谷氨酸濃度會經(jīng)由先降低后升高的過程，這使得調(diào)節(jié)谷氨酸重吸收功能的時間點比較難以把控，需要依賴于精準的診斷技術(shù)。最后，突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放是一個非常復(fù)雜的過程，單一因素的調(diào)控也許并不能幫助我們達到理想的治療效果，因此尋求可以多靶點調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)合成、釋放或重吸收功能模塊的潛在藥物也許有重要的意義。

谷氨酸能神經(jīng)傳遞的調(diào)控是一個復(fù)雜而微妙的平衡過程，谷氨酸功能亢進或減弱都會引起神經(jīng)元功能障礙甚至癡呆發(fā)生，因此了解谷氨酸通路在癡呆進程中的病理變化過程對于預(yù)防和治療阿爾茨海默病大有裨益。