張丹參 蘇曉梅

1.河北科技大學(xué)，化學(xué)與制藥工程學(xué)院，石家莊，050000，中國

2.河北醫(yī)科大學(xué)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，石家莊，050000，中國

谷氨酸是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)之一，參與認(rèn)知、學(xué)習(xí)記憶和神經(jīng)退行性疾病等多種生理病理過程，谷氨酸受體可分為離子型谷氨酸受體和代謝型谷氨酸受體，而N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）作為離子型谷氨酸受體家族中的重要一員，是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育以及神經(jīng)毒性的核心。作為突觸可塑性的關(guān)鍵，NMDA受體的阻斷會(huì)干擾記憶的形成和記憶的恢復(fù)。NMDA受體在中樞系統(tǒng)中廣泛參與學(xué)習(xí)記憶、突觸可塑性、缺血性腦損傷及情緒障礙、癲癇等許多生理病理過程。本文以NMDA 受體在學(xué)習(xí)記憶網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)為切入點(diǎn)，評(píng)價(jià)NMDA 受體在學(xué)習(xí)記憶網(wǎng)絡(luò)中的作用，以期為未來腦功能及相關(guān)疾病系統(tǒng)的研究開辟新思路。

1 NMDA 受體

1.1 NMDAR 家族

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，氨基酸是常見的神經(jīng)遞質(zhì)。根據(jù)其在神經(jīng)傳遞中的作用，可分為兩類：興奮性氨基酸，以谷氨酸（glutamate，Glu）作用最明顯；抑制性氨基酸，以甘氨酸（glycine，Gly）為代表。氨基酸受體也分為興奮性氨基酸受體和抑制性氨基酸受體。興奮性氨基酸受體中，研究得較為深入的當(dāng)屬Glu 受體，依其分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制和所介導(dǎo)的最終效應(yīng)不同，Glu 受體分為離子型受體（ionotropic glutamate receptor，iGluR）和代謝型受體（metabotropic glutamate receptor，mGluR）兩類。iGluR 與離子通道藕聯(lián)，而mGluR 則與G 蛋白藕聯(lián)。iGluR 可分為三個(gè)亞型：NMDA 受體，海人藻酸（kainic acid，KA）受體和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-丙酸異噁唑（α-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazolepropionate，AMPA）受體［1-2］。AMPA 受體最初被稱為使君子氨酸（quisqualate，QA）受體，后因發(fā)現(xiàn)QA 可與mGluR 相互作用，且對(duì)AMPA 的作用更為特異，故現(xiàn)稱AMPA 受體。但是無論藥理學(xué)研究還是受體氨基酸組成和序列分析，都表明NMDAR 與其他兩種離子型受體有很大區(qū)別，故目前又有NMDAR 和非NMDAR（non-NMDAR）之分，后者包括KA 受體和AMPA 受體［2］。

NMDA 是1962 年 由Watkins［3］首先合成，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與Glu 類似。NMDA 外觀為白色，分子式為C5H9NO4，相對(duì)分子質(zhì)量為147，微溶于水，其化學(xué)穩(wěn)定性良好，但吸濕性強(qiáng)，易潮解。NMDAR 分布于整個(gè)腦區(qū)，前腦較為集中，而以海馬CA1 區(qū)的含量最高［2］。NMDAR 高密度區(qū)包括額皮葉、前扣帶皮層、梨狀皮層、頂皮層，基底神經(jīng)節(jié)，背外側(cè)隔區(qū)，杏仁核，海馬CA1區(qū)放射層和多形細(xì)胞層；NMDAR 中等密度區(qū)為海馬CA3 區(qū)的絕大部分和齒狀回。

1.2 NMDAR 的亞基

NMDAR 是由不同亞基構(gòu)成的異四聚體［4］，具有三種不同類型的亞基：NR1、NR2、NR3，不同的亞基在學(xué)習(xí)記憶中均發(fā)揮重要作用。

NR1 亞基具有配體結(jié)合活性，是NMDAR 的基本功能亞基。NR1 基因定位于9q34.3，編碼一條含920個(gè)氨基酸的單鏈，完整的有功能的NMDAR 必須要由NR1 亞基組成［5］，因此NR1 亞基具備NMDAR 復(fù)合物的所有特點(diǎn)［6］。NR1 亞基在整個(gè)大腦，幾乎所有的神經(jīng)元和部分神經(jīng)膠質(zhì)中都有表達(dá)。由于NR1 亞基是NMDAR 的必備亞基，故NR1 表達(dá)水平可反映NMDAR 數(shù)量，其表達(dá)水平的改變是調(diào)控突觸可塑性、參與學(xué)習(xí)記憶功能的重要機(jī)制［7］。NR1 亞基是使NMDAR 具有細(xì)胞膜受體功能的必需成分［8］，NR1 亞基的缺失，將嚴(yán)重影響NMDAR 的功能。研究表明，空間學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的大鼠海馬NR1 亞基蛋白的含量比空間學(xué)習(xí)能力弱的大鼠高45.4%［9］。Shimizu 等［10］發(fā)現(xiàn)，NR1 基因剔除小鼠其海馬CA1 區(qū)NMDA 興奮性突觸后電位消失，長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）誘導(dǎo)產(chǎn)生障礙，逃跑潛伏期明顯延長(zhǎng)，說明NR1 基因剔除小鼠由短時(shí)記憶到長(zhǎng)時(shí)記憶的鞏固過程受阻。因此認(rèn)為NR1 亞基與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系密切，是學(xué)習(xí)記憶形成過程中必不可少的NMDAR 亞基。

NR2 分為NR2A、NR2B、NR2C、NR2D 四種亞基，其蛋白質(zhì)分別由1 445、1 456、1 220（或1 218）、1 296個(gè)氨基酸組成，分子量分別為163 kd、163 kd、134 kd、141 kd［11］。NR2 本身沒有配體結(jié)合活性，但能夠影響NMDAR 的特性，是NMDAR 的調(diào)節(jié)亞基，并通過不同類型亞基與NR1 的組合使NMDAR 表現(xiàn)為功能上的多樣性，對(duì)整個(gè)受體通道的功能起修飾作用［12］。NR2亞基在很大程度上決定NMDAR 激動(dòng)劑親和力、Ca2+滲透性、Mg2+敏感度和單通道電導(dǎo)等生理功能［13］。完整的功能性NMDAR 至少含有1 個(gè)NR2 亞基，NR2 的參與可賦予通道復(fù)合物以不同的電生理學(xué)和藥理學(xué)特性。NR2A 和NR2B 在大腦皮層和海馬區(qū)都有表達(dá)，主要在神經(jīng)元中表達(dá)。NR2C 在中腦和小腦的大部分區(qū)域表達(dá)［14］，NR2D 在胚胎學(xué)中表達(dá)，貫穿腦干和中腦結(jié)構(gòu)，并在某些細(xì)胞類型中一直表達(dá)至成人時(shí)期［15］。在哺乳動(dòng)物中，調(diào)節(jié)亞基主要為NR2A 和NR2B［16］，NR2A在胚胎時(shí)期幾乎無法檢測(cè)到，但NR2B 的表達(dá)量很高，在出生后的最初幾周，NR2A 表達(dá)量的增加而NR2B 略有下降［17］。在衰老大鼠中，NR2B 表達(dá)大幅下降且伴隨記憶缺陷［18］。實(shí)驗(yàn)表明，個(gè)體發(fā)育早期NR2B 居多，分布在全腦各處，NR2A 則僅局限于海馬等區(qū)域［19］。隨著發(fā)育過程，NR2A 的含量逐漸增加且分布范圍擴(kuò)大，出現(xiàn)在端腦、丘腦、海馬和小腦中，NR2B 則僅在杏仁體、海馬等可塑性的腦區(qū)終生表達(dá)［20］。NR2A 和NR2B 二者表達(dá)比例的改變是不同狀態(tài)時(shí)突觸可塑性差異的重要原因之一［21］。研究表明，NR2A 的C-末端敲除后小鼠可以存活，但出現(xiàn)突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶障礙［22］，若敲除小鼠的完整NR2A 基因，則其空間記憶受損［23］；此外，NR2B 過表達(dá)小鼠則表現(xiàn)為學(xué)習(xí)記憶力增強(qiáng)［24］，但敲除前腦或海馬NR2B 亞基將破壞小鼠空間和非空間表現(xiàn)型，誘發(fā)選擇性、短時(shí)程的空間工作記憶缺陷［25］，由此可以證明無論NR2A 還是NR2B 都是參與學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生過程中必不可少的亞基。

NR3也是NMDAR的調(diào)節(jié)亞基，包含NR3A 和NR3B 亞基，NR3 的參與決定了通道藥理和生物物理特性［26］。NR3A 主要分布于海馬、皮質(zhì)和丘腦等部位，NR3B 主要分布于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元［27］。NR3 可以提供Gly結(jié)合位點(diǎn)［28］，使Ca2+通透性、Mg2+敏感性及受體通道開放率降低，且可以對(duì)通道的構(gòu)成進(jìn)行抑制性調(diào)節(jié)，對(duì)NMDAR 電流起負(fù)調(diào)控的作用。此外，由于NR3 能夠降低電流幅度及Ca2+通透性，提示其可以通過降低Ca2+超載引起的神經(jīng)毒性，而具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用［29］。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，NR3A 可以促進(jìn)樹棘突、可塑性及突觸形成，一旦敲除該亞基后，NMDAR 過量出現(xiàn)，引起細(xì)胞凋亡、組織壞死，造成學(xué)習(xí)記憶障礙［30］，表明NR3 同樣是學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生過程中必不可少的亞基。

1.3 NMDAR 的結(jié)構(gòu)

2014 年，Lee CH 等［31］報(bào)道了非洲爪蟾NMDAR的X 射線晶體結(jié)構(gòu)，表明NMDA 受體的亞基以1-2-1-2的方式排列，使得氨基末端和配體結(jié)合域之間具有廣泛的相互作用，其跨膜結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)封閉的離子通道，一個(gè)排列著與結(jié)合離子通道阻滯劑和鎂有關(guān)的殘基的金字塔狀的中央前庭，以及雙重對(duì)稱排列的離子通道孔，該研究為NMDA 受體的結(jié)構(gòu)和離子通道功能提供了新的認(rèn)識(shí)。

功能性的NMDAR 是一個(gè)四聚體離子通道，通常由兩個(gè)NR1 必備亞基和兩個(gè)NR2 調(diào)節(jié)亞基組成［32］，NR1 亞基通過與NR2 亞基結(jié)合，才能形成高度活性功 能 的NMDA 通 道［33-34］，其 中NR1-NR2A-NR2B 復(fù)合物是海馬突觸上主要的NMDA 受體［35］，具有獨(dú)特的藥理學(xué)、動(dòng)力學(xué)和門控特性。NMDAR 的結(jié)構(gòu)類似于Hebbian 的檢測(cè)器，需要Gly 和Glu 分別與NR1 和NR2 亞基結(jié)合［36］，再結(jié)合膜的去極化作用減少鎂阻滯［37］。激活受體，打開陽離子選擇性的Ca2+滲透通道，細(xì)胞膜進(jìn)一步去極化使Ca2+流入［38］，大量的Ca2+內(nèi)流入突觸后神經(jīng)元引起一系列的生化反應(yīng)，使突觸發(fā)生改變［39］，對(duì)學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生一定的影響［40］。由于NMDAR 為非選擇性的陽離子通道，細(xì)胞外的Mg2+可以阻斷Ca2+外流，從而對(duì)外界電壓產(chǎn)生敏感性［41］。若NR1 亞基與NR3 亞基形成二聚體，則使Mg2+的敏感性增強(qiáng)，NMDAR 的單通道電導(dǎo)和Ca2+滲透性降低，使NMDAR 的活性受到抑制，可以降低由于過度活化引起的興奮性神經(jīng)毒性［42］。

NMDAR 亞基在氨基酸序列上是相關(guān)的，像AMPA和KA 受體亞單位一樣，在膜的細(xì)胞外側(cè)具有氨基末端結(jié)構(gòu)域（amino-terminal domains，ATDs）和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（ligand-binding domains，LBDs），跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TMD）限定離子通道孔以及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的羧基末端結(jié)構(gòu)域（carboxy terminal domain，CTD）［43］。從NMDA、AMPA 和KA 受體分離的LBDs的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)表明，這些結(jié)構(gòu)域具有相似的蛤殼狀結(jié)構(gòu)，以近似二聚體的背靠背方式組織起來［44］。雖然分離的ATDs 晶體結(jié)構(gòu)也具有蛤殼樣結(jié)構(gòu)［45］，但NMDA 受體中各蛤殼葉的結(jié)構(gòu)不僅不同于AMPA 和KA 受體，而且亞基之間的相互作用也不同［46］。NMDA離子通道孔是鎂和小分子阻滯劑的結(jié)合位點(diǎn)，其功能特性也不同于AMPA 和KA 受體。

2 NMDAR 的作用位點(diǎn)及調(diào)節(jié)因素

NMDAR 通道大分子上存在著許多獨(dú)立的結(jié)合位點(diǎn)（Fig.1）：①Glu 作用位點(diǎn)；②Gly 作用位點(diǎn)；③Mg2+作用位點(diǎn)；④Zn2+作用位點(diǎn)；⑤多胺作用位點(diǎn)。除了與上述位點(diǎn)直接結(jié)合激活或阻斷NMDAR，還可以通過其他因素，作用于NMDAR 通道，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)元的興奮性，包括：pH 調(diào)節(jié)因素、氧化還原調(diào)節(jié)因素、突觸后致密物調(diào)節(jié)因素等。其中，Gly 是Glu 為開放受體通道所必需的，多胺對(duì)通道開放起正性調(diào)節(jié)作用，而Zn2+、Mg2+則起負(fù)性調(diào)節(jié)作用［2］。此外，這些位點(diǎn)之間還存在著復(fù)雜的交互作用［47］，NMDAR 通道是由復(fù)雜多樣的因子所調(diào)節(jié)的。

2.1 Glu 作用位點(diǎn)

Glu 在大腦發(fā)育和整個(gè)生命過程中均發(fā)揮重要作用。此外，大腦發(fā)育早期突觸的形成、維持和可塑性過程都受Glu 系統(tǒng)的影響。不同的Glu 受體激活興奮性神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，在神經(jīng)通路和細(xì)胞水平上發(fā)揮作用［48-49］。膜片鉗技術(shù)證實(shí)Glu 的促智作用是通過NMDAR 實(shí)現(xiàn)的，在電極內(nèi)液中不含Glu 時(shí)NMDA 受體通道罕見開放，電極內(nèi)液中含有Glu 時(shí)NMDA 受體通道活性增加，通道開放時(shí)間延長(zhǎng)、開放頻率增加，并且這種增大具有濃度依賴性［50］。Glu 作為NMDAR 經(jīng)典的激動(dòng)劑，高濃度Glu 的作用于NMDAR 識(shí)別部位，使細(xì)胞膜去極化，離子通道開放。低濃度的Glu 則不能使NMDA 門控的離子通道打開，需要Gly 的參與。腦內(nèi)注射Glu 受體激動(dòng)劑同樣有促進(jìn)記憶的作用。如吡拉西坦（piracetam，腦復(fù)康）與Glu 受體有較高的親和力，可在NMDAR 的Gly 調(diào)節(jié)部位增強(qiáng)Glu 及NMDA 的效應(yīng)，并提高老年小鼠腦內(nèi)NMDA 受體密度，其促進(jìn)記憶作用可被NMDAR 拮抗劑氯胺酮（ketamine）拮抗［51］。

Fig.1 Schematic diagram of NMDA receptor site of action

2.2 Gly 作用位點(diǎn)

Gly 受體和NMDR 有相同的分布，并對(duì)NMDA受體激活有增強(qiáng)作用［52］。Gly 能增加Glu 與NMDA識(shí)別位點(diǎn)的親和力，使通道開放頻率增加4～6 倍［53］。研究表明NMDAR 被Glu 激活前，需要Gly 的結(jié)合，Gly 起著NMDAR 協(xié)同激動(dòng)劑的作用。若溶液中沒有Gly，則在爪蟾卵母細(xì)胞中注入從大鼠腦提純的NMDA 受體mRNA，也不能檢測(cè)到NMDA 反應(yīng)；但是若換用腦片培養(yǎng)，由于有內(nèi)源性Gly，則可觀察到此類反應(yīng)。如果加入競(jìng)爭(zhēng)性占領(lǐng)Gly 結(jié)合部位的7-氯犬尿酸（7-chlorokynunenic acid，7ClKyn），則可完全阻斷NMDA 反應(yīng)。放射配基結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明，Gly 和Glu 皆可增強(qiáng)對(duì)方與受體的親和力，表明在NMDAR 上兩者都有各自的結(jié)合部位［2］。

2.3 Mg2+作用位點(diǎn)

Mg2+是興奮性氨基酸受體NMDA 非競(jìng)爭(zhēng)性阻斷劑和Ca2+拮抗劑，可以抑制核酸內(nèi)切酶的活性，阻斷核內(nèi)DNA 降解和細(xì)胞凋亡［54］。NMDAR 通道的開放受配體和膜電位的雙重控制。在約-70 mV 的靜息態(tài)的膜蛋白條件下，Mg2+等鑲嵌在通道深部，阻擋胞內(nèi)外離子交換，這時(shí)即使Glu 和Gly 結(jié)合到NMDAR，Mg2+也會(huì)阻斷離子的流出。細(xì)胞去極化時(shí)Mg2+被電場(chǎng)力移開，離子得以流動(dòng)，Mg2+的抑制作用逐漸減小并消失。即使在-50 mV 的很輕微的細(xì)胞膜去極化條件下，Mg2+的阻斷作用也會(huì)被減輕［55］，說明Mg2+是調(diào)節(jié)NMDAR的重要位點(diǎn)。需要注意的是，在Mg2+濃度很低的情況下，存在不依賴于Mg2+的阻斷機(jī)制，這可能是由于通道構(gòu)象的改變引起的［56］。提高M(jìn)g2+濃度能夠增加NR2B 的表達(dá)量，增加其下游的信號(hào)通路，而NR2B 的增加能夠增強(qiáng)NMDAR 依賴的LTP，學(xué)習(xí)記憶能力自然也就得到了提高［57］。

2.4 Zn2+作用位點(diǎn)

Zn2+儲(chǔ)存于中樞興奮性末梢的突觸囊泡內(nèi)，是NMDAR 與其激動(dòng)劑結(jié)合的抑制劑，可以顯著降低Glu 的結(jié)合。在皮層海馬神經(jīng)元，低濃度Zn2+能阻斷NMDAR 介導(dǎo)的反應(yīng)，其抑制作用不呈電壓依賴性。劑量依賴效應(yīng)曲線的分析表明，Zn2+可以非競(jìng)爭(zhēng)性地拮抗NMDAR 的反應(yīng)。升高Gly 的濃度不能翻轉(zhuǎn)Zn2+的抑制作用，表明Zn2+有單獨(dú)的結(jié)合位點(diǎn)。此外，Zn2+不能像Mg2+一樣對(duì)NMDAR 的反應(yīng)呈電壓依賴性抑制，表明Zn2+不與Mg2+在離子通道內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合［58］。研究表明，Zn2+對(duì)NMDAR 的抑制作用需要兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)參與，其一是高親和力、非電壓依賴性結(jié)合位點(diǎn)，其二是低親和力呈電壓依賴性的結(jié)合位點(diǎn)［59］。此外，缺Zn2+會(huì)顯使得腦中游離Glu、半胱氨酸等多種氨基酸的含量以及海馬中NMDAR 的最大結(jié)合力降低，降低大鼠的學(xué)習(xí)記憶功能［60］。

2.5 多胺作用位點(diǎn)

多胺（polyamines）是一種低分子量的脂肪族胺，主要包含腐胺（putrescine）、精脒（spermidine）、精胺（spermine）。它們既可由外源食物獲得，也可以通過生物體內(nèi)其他物質(zhì)合成［61］。多胺對(duì)于細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂至關(guān)重要，尤其是在快速增殖的細(xì)胞中，如細(xì)菌、寄生蟲、腫瘤細(xì)胞和發(fā)育中的大腦［62］。多胺可以支持發(fā)育大腦神經(jīng)細(xì)胞的復(fù)制、軸突的生長(zhǎng)和突觸的生成［63］。低濃度下多胺劑量的增多會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞增殖和突觸發(fā)生，促進(jìn)學(xué)習(xí)和記憶［64］。多胺呈堿性，因而含α酸性殘基的物質(zhì)都可以成為其靶點(diǎn)，其中包括NMDAR。多胺對(duì)NMDA 的電流有多重影響。多胺的增強(qiáng)效應(yīng)可分為：非Gly 依賴性刺激作用（飽和Glu 和Gly 會(huì)引起全細(xì)胞電流增加）［65］；Gly 依賴性刺激作用（在Gly 濃度亞飽和的情況下，精胺能增加NMDAR 與Gly 的親和力，對(duì)NMDA 電流有刺激效應(yīng)）［66］。多胺的抑制效應(yīng)也可分為：電壓依賴性通道抑制作用，以及Glu 受體親和力降低作用。精胺可以與NMDAR 離子通道結(jié)合，并誘導(dǎo)Mg2+細(xì)胞外結(jié)合位點(diǎn)的電壓依賴性通道阻滯［65］。此外，精胺使含NR1/NR2B 的NMDAR 與Glu 的親和力下降，從而導(dǎo)致受體對(duì)谷氨酸鹽的敏感性降低［66］。

2.6 NMDAR 的調(diào)節(jié)因素

2.6.1 pH 值調(diào)節(jié)因素

NMDAR 對(duì)胞內(nèi)外H+濃度的變化極其敏感，電生理研究發(fā)現(xiàn)，pH 值為7.4 時(shí)NMDAR-通道的活動(dòng)已部分被抑制，pH 值為6.6 時(shí)海馬神經(jīng)元NMDAR 的活動(dòng)減至1/2。因此，人為地使細(xì)胞外液堿化可增強(qiáng)神經(jīng)元興奮性，甚至誘發(fā)癲癇樣活動(dòng)；反之，酸化培養(yǎng)液可減輕由缺氧或者興奮毒性引起的神經(jīng)元損傷。中樞興奮性突觸在釋放Glu 激活突觸后膜NMDAR 的同時(shí)，還使突觸間隙酸化，調(diào)節(jié)NMDAR 活動(dòng)的幅度和時(shí)程［47］。

2.6.2 氧化還原調(diào)節(jié)因素

除目前已知的NMDAR-通道大分子上的結(jié)合位點(diǎn)可以被藥物結(jié)合而影響NMDAR 功能外，細(xì)胞內(nèi)外影響因素均可以通過許多方式影響NMDAR。黃輝等［67］報(bào)道，采用原位雜交和膜片鉗觀察NMDAR 的數(shù)量和功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胎鼠低壓低氧后，NMDAR 數(shù)量和通道開放機(jī)率以及通道開放時(shí)間常數(shù)減少，而通道關(guān)閉時(shí)間常數(shù)增加。也有研究顯示，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物對(duì)大鼠神經(jīng)元NMDAR 活性有雙相作用，在最初的2 h，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物可激活NMDAR，但6 h 后NMDAR 活性下降。當(dāng)腦細(xì)胞能量代謝減少和脂質(zhì)過氧化增加，NMDAR的數(shù)目和親合力也逐漸下降［68］。此外，低濃度活性氧（reactive oxygen species，ROS）增加和易化海馬CA1區(qū)LTP［69］。但高濃度ROS 對(duì)海馬CA1 區(qū)的突觸傳遞和LTP 有顯著的抑制作用，其作用機(jī)制為：氧化劑通過氧化NR1 亞基的多個(gè)半胱氨酸殘基，抑制NMDAR 介導(dǎo)的電流，從而抑制LTP［70-71］。

2.6.3 突觸后致密物調(diào)節(jié)因素

突觸是Glu 釋放的部位，也是神經(jīng)元信息傳遞的關(guān)鍵部位，突觸內(nèi)外的NMDAR 失衡可以影響神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病過程［72］。突觸功能障礙在AD 中發(fā)揮重要作用，因?yàn)槠淇梢詫?dǎo)致認(rèn)知能力下降［73］。在與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性變中，認(rèn)知能力下降與早期突觸喪失的相關(guān)性比患者神經(jīng)元喪失的相關(guān)性更強(qiáng)［74］。突觸蛋白的排列是復(fù)雜的，突觸活性可以調(diào)節(jié)興奮性突觸傳遞的機(jī)制。Glu 受體及其偶聯(lián)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在神經(jīng)元樹突棘上通過各種支架蛋白形成突觸后致密物（postsynaptic density，PSD），PSD 是位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸后膜胞質(zhì)面分布的一種均勻而致密的帶狀或盤狀結(jié)構(gòu)，約25～50 nm 厚，寬250～500 nm［75］。PSD 積極參與調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的分泌、集聚及相應(yīng)受體的生物功能，在突觸可塑性中具有舉足輕重的作用，PSD 的厚度可以反映突觸功能的活性。

人腦中的PSD 含有1 461 種蛋白，包括膜神經(jīng)遞質(zhì)受體（NMDAR、AMPA 受體等）、信號(hào)蛋白、支架蛋白、細(xì)胞骨架蛋白、調(diào)節(jié)蛋白及修飾酶類等［76-77］。存在于PSD的NMDAR 稱為突觸上NMDAR，存在于PSD 以外的NMDAR 稱為突觸外NMDAR。近年發(fā)現(xiàn)，PSD 中包含多種相互作用的蛋白質(zhì)，在介導(dǎo)和整合突觸信號(hào)傳遞中發(fā)揮重要作用［78］。根據(jù)PSD 分子量的重量大小，可以將其分為4 類：PSD-95，PSD-93 及突觸相關(guān)蛋白97（synapse-associated proteins-97，SAP-97）與SAP102，PSD-95 是含量最豐富、最重要的腳手架蛋白，主要存在于成熟的興奮性谷氨酸能突觸內(nèi)［79］。PSD-95 因其相對(duì)分子質(zhì)量為95 KDa 而得名，為突觸后膜上的受體活動(dòng)和穩(wěn)定性所必需，是介導(dǎo)與整合突觸信息最重要的突觸蛋白［80］。研究表明，PSD-95 有助于NMDAR 的簇集和錨定［81］，其作用機(jī)制為：一方面，PSD-95 能夠形成多聚體，與NMDAR 亞基相結(jié)合并錨定于突觸后的特定部位；另一方面PSD-95 可以結(jié)合NMDAR 信號(hào)通路中一系列相關(guān)分子，使信號(hào)分子、調(diào)節(jié)分子和靶分子有機(jī)地整合于谷氨酸能突觸，形成信號(hào)復(fù)合體，同時(shí)與突觸前黏附分子相互作用，維持和調(diào)節(jié)突觸的結(jié)構(gòu)狀態(tài)［82-83］。實(shí)驗(yàn)表明，敲除小鼠的PSD-95 基因，其空間學(xué)習(xí)記憶能力嚴(yán)重受損。此外，PSD-95 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以促進(jìn)海馬神經(jīng)元谷氨酸能突觸的成熟，促進(jìn)突觸后Glu 受體的叢集和活性，增加樹突棘的數(shù)量和大小，表明PDS-95 在突觸的發(fā)育、穩(wěn)定和可塑性方面發(fā)揮重要作用［84］。

NMDA 的影響因素復(fù)雜多樣也從另一個(gè)方面給予我們啟示，就是目前許多影響學(xué)習(xí)記憶的藥物或環(huán)境因素，很可能是通過影響或改變NMDAR 的反應(yīng)性而使NMDAR 功能減弱或增強(qiáng)。而過量的興奮性氨基酸毒性作用，則很可能由于過強(qiáng)的刺激損毀了NMDAR，導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生，并被廣泛用于制作學(xué)習(xí)記憶障礙和細(xì)胞毒性病理模型。

3 NMDAR 與學(xué)習(xí)記憶

NMDAR 是介導(dǎo)神經(jīng)興奮最主要的受體，是學(xué)習(xí)記憶中的關(guān)鍵物質(zhì)，可調(diào)控神經(jīng)元的激活和死亡，樹突、軸突結(jié)構(gòu)發(fā)育及突觸可塑性，影響神經(jīng)元回路的形成及學(xué)習(xí)記憶過程［85］。作為突觸可塑性的關(guān)鍵，阻斷NMDAR 會(huì)干擾記憶的形成和記憶的恢復(fù)［86］。早在1993 年，張丹參等發(fā)現(xiàn)［87］，在跳臺(tái)法和避暗實(shí)驗(yàn)中，給小鼠腦室注射NMDA 1ng 能顯著改善乙醇及亞硝酸鈉所致記憶障礙，且NMDA 的改善記憶作用可被其受體特異性拮抗劑2-氨基-5-磷戊酸（2-amino-5-phosphonovaleric acid，AP5）所拮抗，腦室給藥NMDA主要是影響記憶鞏固和再現(xiàn)過程。近年來的多項(xiàng)研究也佐證，NMDAR 的表達(dá)可以影響動(dòng)物［88］和健康人［89］的工作記憶，大腦的記憶力下降與大腦海馬區(qū)NMDAR的表達(dá)異常有關(guān)［90］。在腦外傷后1 h 內(nèi)，NMDAR 明顯增高，但隨后顯著性下降，且持續(xù)時(shí)間大于7 d；在腦外傷24 h 或48 h 后，給予NMDAR 激動(dòng)劑，可顯著減輕神經(jīng)損害，并恢復(fù)認(rèn)知功能［91］，表明NMDAR 與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)。此外，在學(xué)習(xí)記憶過程中還有一些受體、機(jī)制及基因可以通過作用于NMDAR，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶。

3.1 記憶網(wǎng)絡(luò)中與NMDAR 相關(guān)的受體

3.1.1 記憶網(wǎng)絡(luò)中NMDAR 與膽堿受體的相關(guān)性

早在二十世紀(jì)七、八十年代，就發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）患者腦基底核膽堿能神經(jīng)元相對(duì)選擇性丟失，膽堿能神經(jīng)纖維發(fā)生退變，從而提出了“膽堿能假說”，此發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了學(xué)習(xí)記憶膽堿能機(jī)制的研究［92］。AD 患者最顯著的特征是進(jìn)行性智力障礙，損毀老年大鼠中樞上行膽堿能系統(tǒng)的起始核Meynert基底核（nucleus basalis of Meynert，NBM），可造成AD動(dòng)物模型，說明AD 患者腦內(nèi)膽堿能系統(tǒng)存在多方面功能障礙［93］。解剖學(xué)研究表明，老齡Wistar 大鼠前腦膽堿能核團(tuán)明顯縮?。ㄆ骄s小26%），神經(jīng)元數(shù)目減少（平均減少27.8%）。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，老年記憶減退大鼠額皮質(zhì)、內(nèi)嗅區(qū)、海馬CA1 區(qū)膽堿酯酶陽性纖維密度明顯降低，且與記憶障礙相關(guān)［94］。表明中樞膽堿能系統(tǒng)與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系密切，老年學(xué)習(xí)記憶減退中膽堿能系統(tǒng)的損害也起著重要作用。膽堿能系統(tǒng)中的煙堿和毒蕈堿受體在AD 患者中的表達(dá)降低，可以作為治療AD的藥理學(xué)靶點(diǎn)［95］。研究表明，不同動(dòng)物的學(xué)習(xí)和記憶模型中有基底外側(cè)杏仁核（basolateral amygdala，BLA）的參與［96-97］。BLA 病變使得大鼠記憶鞏固和被動(dòng)回避學(xué)習(xí)的能力受損。BLA 通過NMDAR 的激活可以調(diào)節(jié)海馬學(xué)習(xí)和記憶的LTP 過程［98］，抑制被動(dòng)回避記憶的形成［99］；也可以增強(qiáng)抗膽堿脂酶劑毒扁豆堿的作用，可以改善回避學(xué)習(xí)中的記憶恢復(fù)［100］。此外，NMDAR的失活或激活可以影響東莨菪堿（毒蕈堿受體的一種非選擇性強(qiáng)效拮抗劑），引起失憶，提示BLA 的毒蕈堿與NMDA 在記憶恢復(fù)形成中存在功能性的相互作用［101］。研究表明，應(yīng)用乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）的合成前體膽堿，對(duì)老年性健忘癥的患者實(shí)施膽堿療法，可以改善老年人的學(xué)習(xí)記憶能力，達(dá)到治療效果［102］。值得注意的是：膽堿能藥物對(duì)學(xué)習(xí)記憶的增強(qiáng)效應(yīng)與藥物的劑量有關(guān)，中小劑量起增強(qiáng)作用，大劑量反而抑制或損害記憶［103］，因此在治療過程中應(yīng)嚴(yán)格控制藥物劑量。

Bernard 早在1982 年就報(bào)道，NMDAR 可調(diào)節(jié)由興奮性氨基酸引起的紋狀體ACh 釋放［104］。在自發(fā)活動(dòng)、學(xué)習(xí)、記憶和探究行為等認(rèn)知活動(dòng)中，基底前腦膽堿能神經(jīng)元被激活后，腦內(nèi)釋放ACh［105-106］。皮層神經(jīng)元可通過維持不同ACh 水平來實(shí)現(xiàn)對(duì)興奮性及突觸傳遞效率的精細(xì)調(diào)節(jié)，ACh 的這一效應(yīng)是通過作用于M 受體影響突觸前遞質(zhì)釋放而實(shí)現(xiàn)的，但NMDAR 和GABA 受體功能均可影響膽堿M 受體的活性［107］。在神經(jīng)發(fā)育過程中，GABA 能神經(jīng)元中NMDAR 的缺失也會(huì)導(dǎo)致社會(huì)記憶缺失［108］。MK-801 作為NMDAR特異性最強(qiáng)、效能最高的非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑，可快速占領(lǐng)NMDAR 離子通道孔深部的PCP 結(jié)合位點(diǎn)，從而阻斷Ca2+進(jìn)入細(xì)胞［109］。研究表明，腹腔內(nèi)注射MK-801，發(fā)育期大鼠的空間工作記憶受到破壞［110］，海馬內(nèi)注射MK-801 會(huì)使得大鼠T 型迷宮位置辨別倒序?qū)W習(xí)遭到破壞［111］。此外，另有報(bào)道表明MK-801 對(duì)ACh M 受體亞型基因的調(diào)控是控制嗎啡戒斷癥狀的機(jī)制之一［112］，但NMDAR 與膽堿能系統(tǒng)在學(xué)習(xí)記憶中的確切作用機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.1.2 記憶網(wǎng)絡(luò)中NMDAR 與腺苷A1受體的相關(guān)性

腺苷是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的一種能量代謝產(chǎn)物，隨著神經(jīng)元活動(dòng)的增加在腦內(nèi)逐漸積聚，作為調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)的細(xì)胞外信號(hào)分子，既可調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，又可作用于突觸后膜使電位超極化，還可與其它受體系統(tǒng)相互作用［113］。腺苷受體包括A1、A2A、A2B 和A3三種亞型，它們都屬于G 蛋白偶聯(lián)受體［114］，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用主要是通過腺苷A1和A2A 實(shí)現(xiàn)的［115］。腺苷A1受體分布極為廣泛，在對(duì)大鼠各組織原位雜交和受體放射自顯影研究發(fā)現(xiàn)，腺苷A1受體在腦基底核、海馬、小腦等部位細(xì)胞表面的分布密度最高［116］。腺苷對(duì)于神經(jīng)通路最顯著的作用為抑制興奮性傳遞，但腺苷A1受體的位置不同，腺苷的作用機(jī)制也不同：突觸前A1受體，腺苷通過調(diào)節(jié)Gi/o 蛋白偶聯(lián)的電壓依賴型Ca2+通道，從而降低興奮性氨基酸的釋放，降低興奮性突觸后電位；突觸后A1受體，腺苷通過抑制N 型Ca2+通道和NMDAR 來調(diào)節(jié)神經(jīng)傳遞；突觸外神經(jīng)元的A1受體，腺苷調(diào)節(jié)K+電流導(dǎo)致神經(jīng)元超極化［117］；非神經(jīng)元分布的A1受體，可以調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的神經(jīng)功能［118］。

腺苷A1受體與NMDAR 的分布基本平行［119-120］，腺苷A1受體可以抑制海馬神經(jīng)元NMDAR 介導(dǎo)的電流活動(dòng)［121］。選擇性腺苷A1受體激動(dòng)劑可損害記憶，腺苷A1受體阻斷劑則對(duì)記憶損害有改善作用［122-124］。例如，在大鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)中，選擇性腺苷A1受體激動(dòng)劑環(huán)戊腺苷（cyclopentyladenosine，CPA）可顯著損害小鼠被動(dòng)回避實(shí)驗(yàn)中的學(xué)習(xí)記憶［125］，胞外腺苷的積聚會(huì)通過腺苷A1受體作用于局部神經(jīng)元來降低其興奮性，進(jìn)而導(dǎo)致認(rèn)知功能損害［126］；相反腺苷A1受體阻斷劑8-環(huán)戊-1，3-二丙基黃嘌呤（8-cyclopentyl-1，3-dipropylxanthine，DPCPX）則可以對(duì)短暫缺氧造成的記憶損害產(chǎn)生保護(hù)作用［127］。張丹參等［128-130］研究表明，DPCPX 不直接影響正常記憶過程，可能通過抑制腦內(nèi)AChE 活性、增加腦內(nèi)ACh 含量、升高腦內(nèi)Glu/GABA 比值、誘導(dǎo)增加神經(jīng)元細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)量、增加BDNF 蛋白含量，達(dá)到改善記憶障礙的作用。研究結(jié)果提示，腺苷A1受體的功能狀態(tài)直接影響著NMDA 受體的功能，DPCPX的記憶改善作用也有賴于NMDA 受體功能的完整性，DPCPX 通過增強(qiáng)NMDA 受體介導(dǎo)的海馬齒狀回突觸傳遞活動(dòng)可能是其改善記憶作用的重要機(jī)制［131］，以此研究結(jié)果為依據(jù)，張丹參等［131］提出了“腺苷A1受體很可能與NMDA 受體相偶聯(lián)并調(diào)控NMDA 受體功能”的理論假設(shè)，認(rèn)為腺苷A1受體阻斷劑DPCPX 通過阻斷腺苷A1受體改變NMDA 受體的功能狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)控學(xué)習(xí)記憶功能狀態(tài)。

另有研究顯示，NMDAR 非特異性阻斷劑MK-801全身給藥后，可在大鼠皮層引起神經(jīng)毒性，但是預(yù)先給予CPA 可劑量依賴性減弱MK-801 引起的毒性作用，從另一方面證實(shí)了腺苷A1受體激動(dòng)劑與NMDAR 阻斷劑的協(xié)同作用［132-133］。表明，NMDAR 與腺苷A1受體之間很可能存在某種內(nèi)在的聯(lián)系，二者協(xié)同完成對(duì)學(xué)習(xí)記憶的調(diào)控功能，這個(gè)結(jié)論也支持上述理論假設(shè)。但NMDAR 與腺苷A1受體之間的在聯(lián)系的確切機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

3.2 記憶網(wǎng)絡(luò)中NMDAR 與LTP 的相關(guān)性

在外界環(huán)境變化或腦損傷時(shí)，突觸可塑性使得大腦的結(jié)構(gòu)與功能可以發(fā)生相應(yīng)的變化，涉及神經(jīng)元、突觸及結(jié)構(gòu)與功能的調(diào)控［134］，其表現(xiàn)形式為突觸前神經(jīng)元釋放Glu，與突觸后的NMDAR 結(jié)合，將信號(hào)傳遞到突觸后膜，使突觸后電流（excitatory postsynaptic current，EPSC）增加，產(chǎn)生的一系列生化聯(lián)級(jí)反應(yīng)，包括LTP 和長(zhǎng)時(shí)程抑制（long-term depression，LTD）。在海馬區(qū)，高頻刺激引起突觸后膜的NMDAR 活化，提高信息傳遞效率，誘導(dǎo)LTP 的形成；反之，則引起LTD，這取決于樹突棘中產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)Ca2+上升的程度和特定細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的下游激活［135］。激活NMDAR 可以誘導(dǎo)LTP 或LTD。其中，LTP 是參與海馬依賴性學(xué)習(xí)和記憶的主要細(xì)胞機(jī)制之一［136］，LTP 是學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)［137］，參與大腦發(fā)育過程中依賴性突觸的形成［138］，反映了突觸水平上的信息貯存過程［139］。LTD的定義是突觸對(duì)重復(fù)低頻刺激的長(zhǎng)時(shí)程減弱［140］，這是鞏固海馬依賴性空間記憶所必需的［141］。誘導(dǎo)LTD 的開關(guān)是突觸后鈣Ca2+的增加。由于突觸后Ca2+增多與LTP 和LTD 的誘導(dǎo)有關(guān)，普遍認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)Ca2+的快速升高導(dǎo)致LTP 的誘導(dǎo)，而緩慢增加則導(dǎo)致LTD 的誘導(dǎo)。

NMDAR 通道開放是觸發(fā)LTP 的基礎(chǔ)，關(guān)于LTP 與NMDAR 有關(guān)的第一篇研究報(bào)告是1983 年由Collingridge 提出的，他們發(fā)現(xiàn)AP5 可阻斷強(qiáng)直刺激引起的LTP 效應(yīng)［142］。張丹參等［143］研究發(fā)現(xiàn)，AP5 可抑制LTP，并選擇性阻斷空間辨別能力的獲得，但不影響視力辨別能力，這說明LTP 與學(xué)習(xí)記憶機(jī)制密切相關(guān)，NMDAR 對(duì)這一過程有調(diào)節(jié)作用。此外，在老齡小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，Glu 含量降低，同時(shí)NMDAR 數(shù)量也顯著減少，而且這些變化與LTP 減弱呈正相關(guān)［144］。實(shí)驗(yàn)表明，LTP 與學(xué)習(xí)記憶過程有賴于NMDAR 的活化［145］，NMDAR 是誘導(dǎo)突觸可塑性的門控開關(guān)［146］，可以調(diào)控LTP 的形成［147］，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸興奮性傳遞過程中也發(fā)揮重要作用［148］。

LTP 的形成過程為：突觸前神經(jīng)末梢釋放興奮性遞質(zhì)，NMDAR 的突觸后膜局部快速去極化，NMDAR通道中的Mg2+被移除，遞質(zhì)與突觸后膜上NMDAR 結(jié)合并打開離子通道，使Ca2+內(nèi)流進(jìn)入突觸后膜細(xì)胞并觸發(fā)神經(jīng)元內(nèi)一系列生化反應(yīng)，突觸后膜的性質(zhì)改變，產(chǎn)生LTP［149］。Ca2+大量?jī)?nèi)流的同時(shí)，激活鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CaMK Ⅱ）的表達(dá)，從而通過CaMK Ⅱ的磷酸化使NMDAR 的磷酸化增加，提高突觸信號(hào)傳遞的有效性［150］。LTP 的維持過程為：突觸后神經(jīng)元合成和釋放的某些逆行信使物質(zhì)（如NO、CO）反過來作用于突觸前膜，使之維持高水平的遞質(zhì)釋放，持續(xù)激活NMDAR，使得LTP處于維持狀態(tài)。若敲除小鼠海馬CA1 區(qū)的NMDAR基因，會(huì)導(dǎo)致NMDAR 通道電流不足，抑制LTP，使小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶功能受損。LTP 具有三個(gè)基本特征，①協(xié)同性：誘導(dǎo)LTP 需要很多纖維同時(shí)被激活；②聯(lián)合性：有關(guān)纖維和突觸后神經(jīng)元需要以聯(lián)合的形式一起活動(dòng)；③特異性：所誘導(dǎo)的LTP 對(duì)被激活的通路是特異的，在其他通路上不產(chǎn)生LTP［151］。

早期研究指出NMDAR 的NR2B 亞基在突觸可塑性和LTP 的形成中發(fā)揮重要作用。NR2B 亞基激活后，通過CaMK Ⅱ作用，促進(jìn)LTP 的形成，LTP 反過來還可以促進(jìn)NR2B 的表達(dá)，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶的功能。近年來研究發(fā)現(xiàn)，NR2B 是最重要的調(diào)節(jié)亞基結(jié)構(gòu)，與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系最為密切，甚至被稱為“聰明基因”。無論是皮層區(qū)還是海馬區(qū)的NR2B 下降與學(xué)習(xí)記憶功能的損傷均表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。NR2B 亞基過度表達(dá)的小鼠，其學(xué)習(xí)記憶能力顯著增強(qiáng)［152］。行為學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，海馬組織NR2B 基因敲除的小鼠出現(xiàn)空間或非空間的記憶缺陷［153］。利用轉(zhuǎn)基因的方法，Wang 等［134］制造了在海馬體和皮質(zhì)中NR2B 過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因大鼠，發(fā)現(xiàn)其在空間水迷宮和新物體的識(shí)別測(cè)試中記憶能力得到了改善。若小鼠海馬的NR2B 蛋白含量為普通小鼠的2 倍，其學(xué)習(xí)和記憶能力顯著增強(qiáng)；之后再敲除NR2B的小鼠，NMDAR 反應(yīng)性下降，NMDAR 依賴的LTP喪失，小鼠空間學(xué)習(xí)能力受損［155］，充分說明NR2B 與LTP 密切相關(guān)。此外，AD 患者腦組織中紋狀體富集酪氨酸表達(dá)增加，使NR2B 亞基去磷酸化增加，進(jìn)而使得NMDAR 突觸表達(dá)減少，電活動(dòng)降低，最終LTP 受影響，這可能是AD 患者學(xué)習(xí)記憶降低的發(fā)生機(jī)制［156-158］。

3.3 記憶網(wǎng)絡(luò)中NMDAR 與BDNF 的相關(guān)性

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是從豬腦提取液中獲得的，是一種分子量為12.3 kD 的堿性蛋白。BDNF 是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族中重要的一員，廣泛存在于大腦皮質(zhì)、海馬、基底前腦、紋狀體、下丘腦、腦干和小腦等部位［159］，并且在海馬內(nèi)其表達(dá)量最豐富［160］。BDNF 可以調(diào)控神經(jīng)元的生長(zhǎng)、神經(jīng)前體細(xì)胞和新生神經(jīng)元的分化、成熟和生存［10］，促進(jìn)神經(jīng)元再生［162］，增加神經(jīng)細(xì)胞間的突觸聯(lián)系，能有效防止神經(jīng)元的變性及死亡［163］，調(diào)控海馬的突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶能力［164］。BDNF 對(duì)興奮性突觸傳遞和可塑性很重要，在學(xué)習(xí)和記憶中發(fā)揮重要作用［165］。實(shí)驗(yàn)證明，BDNF 可以調(diào)節(jié)鼻周皮層和齒狀回中類似和不同記憶所需的可塑性機(jī)制［166］。其鞏固記憶可塑性的效應(yīng)機(jī)制為，BDNF 可以促進(jìn)NMDAR 的磷酸化，使NMDAR 的活性增強(qiáng)［167］。

在消除齒狀回和前額皮質(zhì)的空間記憶和形象記憶過程中，NMDAR 直接或間接地與BDNF 相互作用。在某些情況下，NMDAR 是空間模式分離和辨別學(xué)習(xí)所必需的［168］，且在物體識(shí)別記憶和空間記憶的形成中發(fā)揮作用［169］。BDNF 可以增強(qiáng)記憶辨別能力，但必須激活NMDAR［170］。NMDAR 是BDNF 誘導(dǎo)可塑性改變的調(diào)節(jié)劑［171］，其作用機(jī)制為：BDNF 可以通過調(diào)節(jié)Glu 途徑［172］或通過調(diào)節(jié)NR2B 的磷酸化來選擇性調(diào)節(jié)NMDAR的開放率，從而快速增強(qiáng)突觸后傳遞［173］。但沒有證據(jù)表明NMDA-BDNF 在前額皮質(zhì)的體內(nèi)、體外或海馬中在識(shí)別重疊記憶時(shí)存在類似的相互作用，暗示NMDAR 可能是BDNF 在記憶鞏固過程中的效應(yīng)因子［174］。然而，BDNF 依賴性的LTP 不需要激活NMDAR［175］。在突觸前端，BDNF 可增強(qiáng)突觸體中Glu 的釋放，以及微小興奮性突觸后電流的頻率，這種作用具有NMDAR 依賴性［176］。此外，BDNF 可以增加NMDAR mRNA 的翻譯［177］，這可能依賴于RNA 結(jié)合蛋白異質(zhì)細(xì)胞核核糖核蛋白K，通過其對(duì)NMDAR 功能的作用，BDNF 可以通過增強(qiáng)樹突棘內(nèi)Ca2+內(nèi)流，降低LTP 的誘導(dǎo)閾值，進(jìn)而調(diào)節(jié)LTP［178］。

在腦損傷發(fā)生時(shí)BDNF 的表達(dá)廣泛增加，而且腦組織抵抗損傷的能力與BDNF 表達(dá)水平呈正相關(guān)［179-180］。在實(shí)驗(yàn)中NMDA 可使海馬腦片CA1 區(qū)BDNF 表達(dá)增強(qiáng)，說明當(dāng)神經(jīng)元受到外來因素?fù)p傷時(shí)BDNF 水平提高是一種保護(hù)性反應(yīng)。當(dāng)細(xì)胞外液中NMDA 水平持續(xù)增高，構(gòu)成NMDA 毒性環(huán)境，造成細(xì)胞損傷，抑制細(xì)胞間的突觸傳遞，而此時(shí)細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制亦啟動(dòng)，BDNF 的表達(dá)開始增加。房德芳等［181］表明，丙泊酚可通過增強(qiáng)BDNF 的表達(dá)，減輕神經(jīng)元的損傷，使得神經(jīng)突觸之間的連接保持正常，從而促進(jìn)突觸傳遞效能的恢復(fù)。此外，BDNF 基因啟動(dòng)子的組蛋白修飾與恐懼記憶的消退也密切相關(guān)［182］。實(shí)驗(yàn)表明，慢性應(yīng)激小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為以及空間學(xué)習(xí)記憶能力顯著降低，并且海馬各區(qū)及前腦皮層BDNF 表達(dá)降低［183］。慢性應(yīng)激引起小鼠水迷宮空間學(xué)習(xí)記憶能力明顯減退，腦內(nèi)海馬各區(qū)和前腦皮層BDNF 的表達(dá)顯著降低，但慢性應(yīng)激后各項(xiàng)指標(biāo)有部分恢復(fù)。表明海馬及前腦皮層神經(jīng)元BDNF 表達(dá)的下調(diào)，可能參與了慢性應(yīng)激后小鼠空間學(xué)習(xí)記憶功能的損傷機(jī)制［184］。

研究表明，BDNF 在杏仁核依賴性恐懼條件反射中起作用，其受體酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor，TrkB）是磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）的調(diào)控子，兩者是海馬依賴性學(xué)習(xí)記憶的中介，在恐懼性條件反射突觸可塑性中具有重要作用［185-186］。BDNF 通過與TrkB 受體結(jié)合促進(jìn)酪氨酸激酶自磷酸化和二聚化，并激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)突觸的可塑性［187］。BDNF 依賴于突觸后TrkB 的活化，可快速可逆地增加海馬和皮層突觸NMDAR 依賴的反應(yīng)［188］，同時(shí)BDNF 可促進(jìn)NR1、NR2A 和NR2B的轉(zhuǎn)錄和翻譯而促進(jìn)蛋白合成［189］。Mizuno 等［190］已經(jīng)確定學(xué)習(xí)和記憶的獲得與海馬體中BDNF mRNA表達(dá)的增多有關(guān)，且BDNF 缺陷大鼠在海馬依賴性學(xué)習(xí)和記憶以及海馬LTP 方面均出現(xiàn)損傷［191］。表明，BDNF 在減少神經(jīng)元損傷和記憶損傷及消除恐怖記憶中都發(fā)揮重要作用。

Falkenberg 等［192］發(fā)現(xiàn)，將大鼠在復(fù)雜的環(huán)境中飼養(yǎng)能提高它們?cè)贛orris 水迷宮訓(xùn)練中的成績(jī)，并增加BDNF mRNA 在海馬中的含量；提示海馬中BDNF的表達(dá)水平可能與動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶能力有關(guān)。同年P(guān)atterson 等［193］報(bào)道，能夠誘導(dǎo)LTP 產(chǎn)生的刺激模式能升高海馬腦片CA1 區(qū)神經(jīng)元內(nèi)的BDNF mRNA 水平，用外源性BDNF 能迅速增強(qiáng)突觸傳遞功能。Korte 等［194］在整體動(dòng)物L(fēng)TP 誘導(dǎo)過程中，在海馬齒狀回也得到相似的結(jié)果；而BDNF 基因敲除小鼠的LTP 出現(xiàn)明顯抑制，補(bǔ)充外源性BDNF 后，被抑制的海馬LTP 能恢復(fù)到正常大小［195-196］，其作用機(jī)制可能是，BDNF 可以磷酸化海馬CA1 區(qū)錐體神經(jīng)元突觸后NR1 和NR2 亞基從而誘導(dǎo)LTP，迅速增加神經(jīng)元間的突觸傳遞［197］。Ma 等［198］研究證實(shí)，在大鼠抑制性逃避反應(yīng)學(xué)習(xí)的鞏固階段中，學(xué)習(xí)成績(jī)好的大鼠比學(xué)習(xí)成績(jī)差的大鼠海馬齒狀回內(nèi)BDNF mRNA 的水平明顯上升。LTP 是學(xué)習(xí)和記憶過程的分子水平現(xiàn)象，BDNF 對(duì)LTP 起著重要的調(diào)節(jié)作用，而且對(duì)短時(shí)程及長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性均有影響［199］。BDNF 參與短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)記憶過程，在LTP 的誘導(dǎo)和維持以及海馬依賴性學(xué)習(xí)中起關(guān)鍵作用［200］。BDNF 影響LTP 的誘發(fā)和后期維持的作用機(jī)制可能是，BDNF 作用于突觸前后膜上的受體，使得突觸前遞質(zhì)小泡增多從而增加遞質(zhì)釋放［201］。這一系列結(jié)果表明，BDNF 是突觸傳遞和LTP 的重要調(diào)節(jié)器，一定程度上可以改變學(xué)習(xí)與記憶功能。

4 NMDAR 與神經(jīng)毒性作用的相關(guān)性

Glu 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在一定范圍內(nèi)釋放增加可增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶，并對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)正常功能的維持起著重要作用［202］。同時(shí)，Glu 亦具有神經(jīng)毒性，其大量釋放或在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的堆積又是神經(jīng)細(xì)胞損傷的關(guān)鍵因素，是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病如AD、腦缺血、帕金森病、脊髓側(cè)索硬化、癲癇等發(fā)生發(fā)展的重要因素［203］。

在生理?xiàng)l件下，細(xì)胞外多余的Glu 可通過Glu-谷氨酰胺循環(huán)被迅速清除［204］。然而，當(dāng)Glu 釋放過度或病理?xiàng)l件下發(fā)生循環(huán)功能障礙時(shí)，更多的Glu 在突觸間隙聚集［205］，當(dāng)細(xì)胞外Glu 濃度達(dá)到2～5 μmol·L-1時(shí)，就能引起神經(jīng)元的損傷［206］。其作用機(jī)制包括抑制細(xì)胞膜上谷氨酸/ 胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能，產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用［207-208］，該作用以細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽耗竭和活性氧成分升高為主要特征，被稱為Glu 的氧化毒性［209-210］，對(duì)許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療具有重要意義［211-212］。

同時(shí)，Glu 的大量釋放可以過度激活NMDA 受體，由于NMDAR 對(duì)Ca2+具有高度的滲透性，它們不僅向神經(jīng)元傳遞生理信號(hào)，而且還可以觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。以不同濃度的NMDA 處理海馬神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)，NMDA（100 μmol·L-1）可引起海馬神經(jīng)元的毒性反應(yīng)，且呈劑量依賴性和時(shí)間依賴性［213］。此外，以NMDA（300 μmol·L-1）處理4 h 也可明顯損傷PC12細(xì)胞［214］。NMDAR 的過度激活引起大鼠的認(rèn)知記憶方面出現(xiàn)障礙［215］，被廣泛用于制作學(xué)習(xí)記憶障礙和細(xì)胞毒性病理模型。

NMDAR 產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用的機(jī)制包括：①Ca2+：NMDAR 過度激活，受體通道開放引起Na+、Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，細(xì)胞腫脹破裂導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡而產(chǎn)生興奮毒性，這種遲發(fā)性損傷是Glu 興奮性毒性損傷的主要途徑［216-217］。Ca2+進(jìn)入胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化過程主要分為3 個(gè)階段：最初的5～10 min，Ca2+持續(xù)進(jìn)入胞內(nèi)；隨后的2 h，Ca2+在胞內(nèi)聚積；最終，胞內(nèi)聚積的Ca2+通過激活一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS），Ca2+敏感蛋白酶，導(dǎo)致線粒體功能紊亂，細(xì)胞能量的衰竭［218-220］。②一氧化氮（nitric oxide，NO）：NO 在胞內(nèi)具有多個(gè)靶目標(biāo)，可以和自由基超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）組成過氧亞硝酸鹽［221］。過氧亞硝酸鹽具有極強(qiáng)的氧化性，可以引起蛋白硝化、蛋白氧化、脂質(zhì)過氧化以及DNA 直接損傷，從而導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡［222］。此外，研究發(fā)現(xiàn)NO 可以和甘油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）相互作用，直接產(chǎn)生的神經(jīng)元毒性［223］。在NOS 敲除的小鼠研究中NMDAR 介導(dǎo)的興奮性毒性可以明顯的降低［224］。③自由基：實(shí)驗(yàn)證實(shí)發(fā)生興奮性毒性時(shí)小腦的顆粒細(xì)胞和皮質(zhì)神經(jīng)元中均有自由基的產(chǎn)生［225］。通過使用磁共振成像可以發(fā)現(xiàn)，SOD 的生成量和NMDA的應(yīng)用具有線性關(guān)系［226］。有研究小組通過使用線粒體解偶聯(lián)劑減少了自由基的生成說明自由基是在線粒體中生成［227］，使用抗氧化劑可以在谷氨酸誘導(dǎo)的興奮性毒性中起到神經(jīng)元保護(hù)作用［228］。深入研究這一作用機(jī)制對(duì)相關(guān)疾病的治療具有重要意義。

5 NMDAR 與相關(guān)疾病

NMDAR 除參與上述學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的生理功能外，還廣泛參與疼痛［229-230］、免疫［231-232］、睡眠［233］等生理功能，以及癲癇［234］、糖尿?。?35］、腦缺血［236］、神經(jīng)性頭痛［237］、阿爾茨海默?。?38］、抑郁癥［239］、精神分裂癥［240］等病理過程，可以作為上述疾病的治療靶點(diǎn)。

6 結(jié)語

綜上所述，學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)在功能復(fù)雜多樣的中樞神經(jīng)系統(tǒng)而言，好像一個(gè)龐大的信息記憶網(wǎng)絡(luò)，而NMDAR 就是記憶網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)相對(duì)中心環(huán)節(jié)，許多因素可以通過NMDAR 影響學(xué)習(xí)記憶功能，而NMDAR也可以通過與其他因素的相互作用，對(duì)整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，甚至引起各種相關(guān)疾病。因此，對(duì)NMDAR 在學(xué)習(xí)記憶網(wǎng)絡(luò)中的確切地位及調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究，或許能揭示學(xué)習(xí)記憶的奧秘，對(duì)腦功能的研究有極為重要的劃時(shí)代的意義。