吳麗陽，章軍建

谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的興奮性神經(jīng)遞質，谷氨酸受體包括三種離子型受體和代謝性受體。AMPA（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid，AMPA）受體是其中一種離子型谷氨酸受體，是突觸可塑性調控中重要的環(huán)節(jié)。

1 AMPA受體內化

AMPA受體含有四種亞基——GluA1～4，在海馬中主要以GluA1/GluA2，或GluA2/GluA3雙二聚體結合形式存在，以GluA1/GluA2為主。每個AMPA受體亞基包含1 個細胞外氨基端（N terminal domain，NTD）、1個配體結合區(qū)（ligand binding domain，LBD）、3 個跨膜區(qū)（TMM1～3）、1 個發(fā)卡結構（loop）和1 個細胞內羧基端（carboxyl terminal domain，CTD）[1]。

AMPA 受體的運輸包括插入、擴散、固定、內化、以及循環(huán)或降解[2]。AMPA 受體的運輸具有亞基特異性，細胞內C末端含有磷酸化、泛素化、亞硝基化、棕櫚?；任稽c[1]，參與受體運輸?shù)恼{控。

AMPA受體的內化存在兩種形式，一種是組構性（constitutive）內化，一種是活動依賴性（NMDAR-dependent）內化。組構性內化是時刻進行的，不斷有AMPA 受體以胞吐形式插入膜上，也不斷以胞吞形式內化到細胞質中；活動依賴性內化指當有外界刺激時，NMDA 受體激活，AMPA 受體內化，減少細胞膜上受體的數(shù)量[3]。

在活動依賴性內化中，GluA2在Tyr876位點磷酸化，與 BRAG2 的結合，激活小 GTP 酶 Arf6[4]；E3連接酶Mdm2 泛素化，降解PSD-95蛋白酶體；突觸錨蛋白AKAP150和鈣依賴磷酸酶相互作用，前者與PSD-95 結合，參與PKA 等其他內化蛋白的定位[5]；RalA 和RalBP1 去磷酸化，后者結合到內化位點[6]；PICK1 與 GluA2 相互作用，使 PKC 在 Ser880 磷酸化；PICK1 也與Arp2/3 復合體，一種肌動蛋白成核蛋白結合，并抑制其活性，使肌動蛋白在聚合與解聚的循環(huán)中凈合成率減少，膜張力減低[7]；Eph4 激活使得GluA1的泛素化并在蛋白酶體降解[8]。

AMPA 受體降解有多種途徑。第一是C 末端的磷酸化或者泛素化，Nedd4-1泛素化GluA1亞基，控制受體降解[9]。第二，AMPA 受體也可通過溶酶體途徑降解，受體內化后形成早期內體，經(jīng)過分選后一部分形成晚期內體，與溶酶體融合進行降解，另一部分送入AMPA受體庫進行回收，參與AMPA受體的循環(huán)[10]。小Rab GTP 酶也是重要的調控因素[11]，Rab5 控制分揀內體的形成，Rab7 蛋白定位于晚期內體，Rab11也參與其中。最后，AMPA受體還可通過蛋白酶體途徑進行降解[12]。

2 突觸可塑性與AMPA受體內化

突觸可塑性（synapse plasticity）是認知功能的細胞生物學基礎。研究最廣泛的突觸可塑性指長時程增強（long-term potentiation，LTP）和長時程抑制（long-term depression，LTD）。突觸可塑性調節(jié)包括突觸后膜興奮性的變化、受體運輸?shù)恼{控，突觸細胞骨架的改變和局部蛋白質的合成與降解等[8]。

AMPA受體的內化是LTD[13]以及遺忘[14]的細胞生物學基礎之一。遺忘在電生理中表現(xiàn)為LTD，伴隨AMPA 受體內化增多，突觸后膜上受體數(shù)量減少，蛋白合成處于相對抑制狀態(tài)，細胞骨架凈合成減少，突觸強度減弱[3]。促進AMPA 受體內化及降解，減少AMPA受體的數(shù)量和密度會促進LTD的發(fā)生[15]；抑制AMPA 受體的內化或降解可以抑制LTD，減緩遺忘過程[16]。干預AMPA 受體的循環(huán)也會影響LTD和學習記憶能力[17]，AMPA受體的泛素化與降解參與遺忘過程[18]。

TAT-GluA2(3Y)是廣泛使用的AMPA受體內化抑制劑，模擬GluA2 C端3個酪氨酸的區(qū)域，競爭性抑制Tyr876位點的磷酸化，以及下游的內化信號通路[19]。這是一種人工合成的20個氨基酸的多肽，可以抑制LTD，抑制遺忘，但對于AMPA 受體插入突觸后膜以及LTP沒有影響。

3 認知功能障礙中的AMPA受體內化

3.1 阿爾茲海默病

Aβ可以通過AMPA 受體內化導致突觸結構與功能障礙。使用全細胞膜片鉗技術和突觸AMPA 受體單離子通道特性分析發(fā)現(xiàn)，在海馬CA1 錐體神經(jīng)元中，Aβ（1～42）使得突觸AMPA受體的興奮性突觸后電位的頻率降低60%和振幅減少45%，通道開放頻率減少了約42%，通道開放時間減少了65%，且關閉時間成倍增長[20]。Aβ不但影響單離子通道特性，還影響突觸可塑性?？扇苄訟β阻斷了海馬中LTP的持續(xù)性，亞納米摩爾濃度的寡聚物Aβ足以抑制晚期LTP[21]。Aβ所誘導的細胞反應一定程度上與LTD相似。Aβ過度增加減少棘突密度，減少突觸AMPA受體數(shù)量，LTD 及其第二信使參與其中的病理過程。Aβ促進AMPAR內化位點磷酸化，模擬此AMPAR磷酸化也可以產生A β導致的突觸多形性與突觸抑制的改變[22]，說明AMPAR內化位點磷酸化在Aβ病理過程中起重要作用。

Tau 病理也與AMPA 受體內化相關。在Aβ寡聚體促使GluA1 S845 位點去磷酸化，繼而導致AMPA 受體內化，在神經(jīng)元中觀察到tau蛋白被異常轉運到樹突。抑制tau的磷酸化可以改善Aβ導致的突觸功能損傷和tau 蛋白異位，說明AD 病理過程的發(fā)生需要tau磷酸化的參與[23]。在老年小鼠中，LTD產生的低頻刺激導致了tau 寡聚體的形成，其中有自噬溶酶體途徑參與，LC3（Ⅱ型）增多，抑制自噬小體形成減少了LTD 誘導的tau的聚合[24]。

不少研究闡述了Aβ導致AMPA 受體內化的機制。谷氨酸能神經(jīng)元中，可溶性寡聚Aβ交聯(lián)體ADDL出現(xiàn)在AMPA受體富集的樹突，在突觸內與GluR2 亞基復合體相互作用。減少AMPA受體數(shù)量或抑制其功能，可以減少Aβ交聯(lián)體的形成。鈣依賴磷酸酶調控Aβ寡聚體與GluA1的相互作用，抑制鈣依賴磷酸酶可以改善Aβ寡聚體導致的mEPSP改變、AMPAR以及棘突的丟失。ADDL和AMPA受體相連并一同內化，Cpg2參與這個過程[25]。三重轉基因AD 模型小鼠出現(xiàn)GluA1/GluA2 受體降低現(xiàn)象，與STEP（紋狀體蛋白酪氨酸磷酸酶）敲除小鼠雜交，后代中受體降低現(xiàn)象被抑制，說明STEP參與Aβ所致突觸障礙的病理過程[26]。胞吞蛋白2是一種內化過程調節(jié)蛋白，作用于GluA1亞基，但并不影響AMPA受體組構性內化，胞吞蛋白2的敲除緩解了AD模型中突觸后膜AMPA受體的減少，阻止了寡聚Aβ誘導的 AMPA 受體功能障礙[27]。E3 泛素連接酶 Nedd4-1 受 Aβ影響會募集至突觸后膜，使AMPA受體泛素化，減少AMPA受體，抑制Nedd4-1 可以阻止表面AMPA 受體的丟失和突觸削弱[28]。雷帕霉素誘導自噬激活和PI3K/Akt1/mTOR/CREB 通路，可保護Aβ1～42損傷的海馬神經(jīng)元[29]。

Aβ所致AMPA 受體內化也與認知損傷相關。使用AMPA受體內化的抑制劑可以改善AD小鼠的記憶丟失[31]。雙轉基因AD 小鼠中，進行社會隔離2 月，增加了恐懼記憶的丟失，海馬CA1 神經(jīng)元的LTP 振幅顯著降低，海馬Aβ顯著增加，鈣蛋白酶活性和p25/p35 比值增加，表面AMPA 受體GluA1 亞基減少，p35 和α-CaMKⅡ相互作用減少，說明了社會環(huán)境對AD 小鼠認知的作用及機制[32]。對患者死后尸檢的研究顯示，皮質下缺血性血管性癡呆患者GluR2及mRNA免疫活性上升，而在混合性癡呆患者中不變，顯示GluR2的上調可能是皮質下血管性癡呆認知損傷的適應性調節(jié)，而在混合性癡呆中Aβ42 肽和磷酸化tau濃度升高，抑制了GluR2的上調[33]。

3.2 帕金森病癡呆

在帕金森病中，當谷氨酸能神經(jīng)元活動增強時，黑質下網(wǎng)狀部和蒼白球的小膠質細胞活化，選擇性吞噬丘腦底核的谷氨酸能突觸，可能間接地代償了由于多巴胺能神經(jīng)元丟失而導致的功能障礙[34]。Parkin是一種E3泛素化連接酶，當基因變異時中腦多巴胺神經(jīng)元出現(xiàn)死亡，導致青少年帕金森病。Parkin 缺失導致突觸后膜適配蛋白Homer1的表達減少，AMPAR及相關電流顯著減少，可能導致帕金森病的認知功能損害[35]。α突觸核蛋白累積可導致突觸小泡釋放的減少。但只有A53T變異體可高度聚集并導致突觸后功能障礙，如突觸后電流幅度的減少、AMPA與NMDA受體電流比值的減少、LTP的損傷以及空間學習的損傷，導致家族性PD。在PD 中tau蛋白可加重認知損傷，糖原合成激酶3β促使tau 磷酸化并異位到樹突，加重鈣依賴磷酸酶導致的AMPA受體內化，使散發(fā)型PD合并tau病理更容易有早發(fā)的認知障礙[36]。帕金森病癡呆的具體病理機制仍有待進一步探索。

3.3 其他認知功能障礙

在慢性腦低灌注所致認知障礙中，突觸后膜上AMPA受體數(shù)量減少，沉默突觸增加[37]。腺苷受體A2A的異?？蓪е鹿劝彼岱€(wěn)態(tài)異常，產生精神分裂癥中的認知功能障礙[38]。Gordon Holmes綜合征是TRIAD3基因變異導致的認知損傷、癡呆和運動障礙。TRIAD3 是一種E3 泛素化連接酶，其變異導致Arc/Arg3.1 降解調控的異常，導致突觸功能障礙和認知損傷[39]。氯胺酮導致AMPA受體的內化，多巴胺受體1/5活化，突觸抑制和記憶障礙[40]。在急性應激過程中，通過USP2信號通路導致空間記憶恢復損傷，AMPA 受體參與其調控[41]。AMPA 受體內化也導致睡眠剝奪中子代大鼠的認知功能障礙[42]。老年大鼠在手術和七氟醚麻醉后也會導致AMPA 受體的數(shù)量下降以及認知功能障礙[43]。Angelman綜合征是由Ube3A的突變導致，它的突變導致Arc 的降解減少與AMPA 受體的內化增多，Ube3A 也與孤獨癥譜系障礙相關[44]。HIV 相關神經(jīng)認知障礙（HIV-associated neurocognitive disorder，HAND）中腦干擾素α降低Arf1，損傷突觸穩(wěn)態(tài)，降低PSD-95 的表達，促進AMPA 受體的內化[45]。認知障礙中AMPA受體內化的影響及機制有待進一步研究。

4 總結與展望

AMPA 受體內化在形態(tài)上表現(xiàn)為突觸后膜AMPA 受體數(shù)量的下降，在功能上表現(xiàn)為突觸可塑性的改變；短期表現(xiàn)為突觸后膜電流振幅與頻率的改變，長期表現(xiàn)為突觸后神經(jīng)元蛋白、細胞骨架以及突觸強度的變化；微觀上表現(xiàn)為神經(jīng)元棘突大分子水平的調節(jié)，宏觀上表現(xiàn)為認知功能的改變。目前對于AMPA受體內化的機制已有一定了解，但AMPA受體內化在不同情況下的調節(jié)以及動態(tài)變化仍有待新研究方法的突破。

AMPA受體內化增多及其所致突觸功能障礙可能是多種認知功能損傷共同的病理生理過程，有重要的研究價值。但其中機制仍不十分清楚，如膠質細胞[46]或自噬與AMPA 受體內化的關系仍有待進一步研究。在認知功能障礙中AMPA 受體內化是重要的干預靶點，相關藥物研發(fā)有一定現(xiàn)實意義。