[摘要]谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中最重要的神经递质之一。谷氨酸转运体可分为兴奋性氨基酸转运体(e x c i t a t o r y a m i n o a c i d t r a n s p o r t e r s，E A A T s)，即高亲和力转运体和囊泡谷氨酸转运体(v e s i c u l a r g l u t a m a t e t r a n s p o r t e r s，V G L U T s)，即低亲和力转运体2种类型。其中，E A A T s为维持正常的兴奋性突触的转运及受体激活所必需，人类已发现有5个胞浆膜谷氨酸转运体亚型(E A A T 1一E A A T 5)；V G L U T s的功能是特异地将突触囊泡外的谷氨酸转运至突触囊泡内，主要由3个成员组成，分别为V G L U T 1，V G L U T 2和V G L U T 3。近年研究发现：很多神经系统疾病都伴随着谷氨酸转运体功能的异常，且其病理特征与谷氨酸转运体亚型、分布、结构以及功能相关。有报道认为，中药中某些成分如麝香酮抗脑缺血损伤与其调节谷氨酸转运体有关。

[关键词]谷氨酸；谷氨酸转运体；神经系统疾病

    谷氨酸是哺乳动物体内主要的兴奋性神经递质，与突触的适应性和记忆以及神经和胶质细胞的死亡关系密切。谷氨酸经囊泡上谷氨酸转运体(V G L U T s)摄取后，主要贮存于突触的囊泡内。一旦释放后，则在突触内通过离子型或代谢型受体的介导而起效，发挥作用后很快被位于星形胶质细胞和神经细胞胞浆膜的兴奋性氨基酸转运体(E A A T s)所终止。V G L U T s和E A A T s分属2个不同的转运体家族，两者在功能特征方面有很多不同之处。近年，通过基因敲出或其他实验模型的研究对这两类转运体的生理功能和病理意义有了更深入的了解，尤其是在神经疾病中的生理学意义和调节作用等受到了极大的关注。研究表明，E A A T s的功能和表达改变与中风、癫痫、肌萎缩侧索硬化症(A I s)、阿尔茨海默病(A D)、帕金森(P D)、亨灵顿舞蹈病(HD)，H I V感染相关的痴呆病、恶性胶质细胞瘤以及其他神经疾病关系密切。也有报导称，患P D和A D疾病的患者V G L U T缺失。

1谷氨酸转运体的分布及生理学特征

    到目前为止，已经发现了3种V G L U T s亚型．V G L U T 1，V G L U T 2，V G L U T 3，其功能特征也已经得到了相应的鉴别(表1)。V G L U T 1和V G L U T 2选择性表达在谷氨酸能神经的突触前膜的末端，而V G L U T 3则表达在谷氨酸能和非谷氨酸能神经的胞体和树突以及星形胶质细胞中。。。谷氨酸神经递质是通过磷酸酶激活的谷氨酸酶的作用在突触前末端由谷氨酸合成，并通过谷氨酸转运体转运至突触前囊泡腔内。V G L U T各亚型属于溶质转运蛋白家族(S L C)中S L C I 7 I型磷酸盐转运、体家族。各成员之间具有高度的同源性，由1 2个跨膜区域组成。谷氨酸摄取的动力来自于空泡型A T P酶在囊泡膜上形成的氢离子依赖性的电化学梯度。与其他神经递质转运体不同的是，V G L U T s的动力主要依赖于囊泡膜上的电势梯度，而非p H梯度。

    神经发育过程中，V G I U T s的表达是受到严格调节和控制的。最初的研究发现，V G L U T 1和V G I U T 2的表达部位具有一定的互补性，V G L U T 1主要表达在大脑和小脑皮质及海马中，而V G L U T 2则表达在皮质下神经细胞中。而近年研究表明，这两个亚型也会共同表达在同一突触末端。在成年机体中枢神经系统中，囊泡中谷氨酸的摄取有8 0％由V G L U T 1来完成的。基因敲低小鼠实验表明V G L U T 1在神经突触可塑性的发育和形成过程中起到一定的作用，但出生的早期缺乏这种转运体可由V G L U T 2部分性的进行补偿。V G L U T 3不仅表达在谷氨酸能神经，也表达在一氨基丁酸(G A B A)、5-羟色胺能和胆碱能神经中，提示：表达V G L U T 3的神经尚能同时释放氨基酸和其他类的神经递质。E A A T s为维持正常的兴奋性突触的转运及受体激活所必需。E A A T s属S L C 1家族成员之一。到目前为止，人类已发现有5个胞浆膜谷氨酸转运体亚型(E A A T 1-E A A T 5)(表2)。E A A T 1和E A A T 2表达在胶质细胞中，E A A T 3和E A A T 4在神经细胞上，E A A T 5则在视网膜细胞上。近来的分子学和生物物理学的证据显示，E A A T由3个相同亚基组成，并与N a，K一A T P酶在功能上形成了偶合，组成了大分子复合体。目前的化学计量学模型表明，E A A T s是通过“交替接近机制”发挥作用，通过这种机制1分子的谷氨酸与3个N a和1个H同向转运至胞内相耦合。另外，E A A T s，尤其是E A A T 4和E A A T 5，还可作为氨基酸门控的c I通道，形成了在化学计量学E不与谷氨酸摄取相偶合的阴离子流。

    脑内星形胶质细胞上的E A A T s，主要是E A A T 2，负责谷氨酸的大量摄取。星形胶质细胞的E A A T s有很多重要的功能：①终止谷氨酸的突触效应；②防止胞外谷氨酸的潜在毒性蓄积；③将谷氨酸递质递呈给星形胶质细胞以合成谷氨酸，参与氨的解毒和循环；④传递邻近神经元的代谢需求，激活星形胶质细胞的糖酵解。表达在腑星形胶质细胞终足毛细血管上的E A A T I和E A A T 2，可将脑内谷氨酸转运至血管内，从而防止谷氨酸形成蓄积毒性，起到了神经保护的作用。体外研究尚表明，啮齿动物同源物E A A T 2(G L T 1)与水通道蛋白亚型4(A Q P 4)和K通道K i r 4．1在星形胶质细胞共存，提示神经系统中可能存在着活性依赖的谷氨酸摄取、细胞体积以及K稳态等生物学过程相互之间的耦合机制。神经元上的E A A T s，包括E A A T 3和E A A T 4，可以控制突触后代谢型谷氨酸受体的激活，并限制谷氨酸在相邻突触间杨娜，等：神经性疾病相关的谷氨酸转运体研究进展的溢出，例如，位于小脑浦肯野细胞中的E A A T 4，限制了参与细胞突触可塑性形成的代谢型谷氨酸受体的激活。位于前脑神经元的主要谷氨酸转运体是E A A T 3，通过其对谷氨酸摄取的调节，控制着G A B A前体物的获取，从而影响抑制性中间神经元G A B A的生物合成。E A A T 5的离子通道样特性可能在调节视网膜突触传递过程中发挥着一定的作用’。树突状细胞上也存有E A A T I，E A A T 2，E A A T 3等E A A T s。这些转运体在机体发育过程中均起着不同的作用，并被认为是白质中谷氨酸移除的主要机制。E A A T的功能受多种因素的影响。短期的调节包括募集和翻译后调节，尤其是磷酸化过程。与谷氨酸受体一样，E A A T s与胞浆膜多种蛋白有着明显的相互作用。其固有的活性和在细胞膜表面的表达量即受到它们与骨架蛋白相互作用的调节，也与蛋白激酶的活性(P K C、磷酸酶等)有关。生长因子、神经肽、肿瘤坏死因子等神经化学因素对胞浆膜募集E A A T s和E A A T s活性有一定的影响。

    长期的调节作用主要包括启动子水平的E A A T表达量的变化和转录产物的选择性m R N A剪切。通过对G L T I／E A A T 2启动子的识别，目前已可进行E A A T s的转录调节研究。最近采用整体和离体模型的研究表明，神经轴突与星形胶质细胞的相互作用是星形胶质细胞的G L T 1／E A A T 2在启动子水平上转录激活的充分和必要条件。许多神经化学信号均可影响E A A T 2启动子，例如表皮生产因子(E G F)和转化生产因子(T G F)一可增强E A A T 2的转录，而T N F—则对其产生抑制作用”。。

2神经性疾病方面的意义

    鉴于谷氨酸能的神经传递在神经兴奋的过程中扮演关键角色，不难理解E A A T s的功能损伤可能引起谷氨酸介导的神经和胶质细胞受损，目前已知脑缺血、创伤、癫痫、脱髓鞘性疾病以及其他多种神经退行性疾病与此相关[4 J。E A A T功能的失常可能涉及多种机制及环节，如E A A T mR N A剪切、表达量、募集，E A A T磷酸化和翻译后蛋白的修饰等方面的异常．以及E A A T转运能力下降和星形胶质细胞E A A T功能失调等。有研究将编码G L T 1／E A A T 2的基因敲除，小鼠海马区发生了病变，并出现了癫痫，数周后死去；大鼠G L A S T／E A A T 1和G L T 1／E A A T 2缺失后出现了谷氨酸引起的兴奋毒和进行性麻痹，而G L A S T／E E A T 1缺失小鼠则发生了由于创伤性或缺血性损伤引起的严重小脑水肿。在转基因氧化物变化酶1(S O D 1)A L S模型中脊髓的G L T 1／E A A T 2的表达出现了减少。这些研究结果表明，E A A T在与能量耗竭相关的多种病理过程以及神经退行性疾病中扮演一定角色。异常的E A A T 2 R N A剪切将形成截短的m R N A，会产生截短的E A A T 2蛋白，最终导致有功能的转运体的数量相对减少。有关异常E A A~mR N A剪切的首次报导是在A L S中。最近也有研究报道谷氨酸介导的兴奋毒可能对A L S的神经功能缺失的发生至关重要，但选择性m R N A剪切引起的E A A T 2表达异常并不只存在于该疾病中，也有报道于其他疾病中，如A D、胶质细胞瘤、颞叶癫痫等。值得注意的是，剪切变异体也存在于A L S病人的非病变组织或正常个体中。体外实验表明，在A D中，淀粉样斑块附近的海马组织中E A A T 2表达下降，且一淀粉样物质减少了胶质细胞E A A T的表达和谷氨酸转运。此外，患有难治性癫痫的病人手术切除的脑组织样本中也多次被发现有E A A T表达的异常变化，如患有颞颞叶癫痫的患者，发生硬化的海马中E A A T 2的表达下降等。另外，在新皮质癫痫患者中尚发现有神经E A A T 3和E A A T 4m R N A表达减少。

    研究表明，在缺氧、癫痫以及其他能量耗竭的疾病过程中，星形胶质细胞中E A A T 2的功能会发生损伤，E A A T 2对谷氨酸可能产生反转运，而导致胞外谷氨酸的大量堆积，这些病理变化的发生可能与E A A T 2胞内氨基酸残基被非氧自由基的氧化有关，也可能与驱动钠离子依赖性的转运谷氨酸的A T P酶活性的缺失有关。韦尼克(We r n i c k e)脑病可能与E A A T 1和E A A T 2的缺失密切相关，而人室周白质软化症患者缺氧和缺血损伤区，胶质细胞和巨噬细胞E A A T 2的表达则发生了上调；多发性硬化症的兴奋毒引起的白质损伤可能与寡树突胶质细胞的E A A T 1和E A A T 2的表达减少有关；神经退行性疾病也报道发现V G L U T的表达发生了变化。

     V G L U T 1和V G L U T 2是谷氨酸能神经的特异标记物，它们的表达变化能够反应神经退行性疾病谷氨酸能神经末端的完整性，如，在A D中，V G L U T 1和V G L U T 1 2，尤其是后者，在前额叶皮质区表达下降，其下降的程度与认知的损伤程度呈一定的相关性，而在患有P D的脑壳核中，V G L U T 1和V G L U T 2的表达略微升高(分别上升2 4％及2 9％)，在前额和颞叶皮质区则下降了5 0％，这些变化可能能够反应出谷氨酸能神经或末端发生损伤，或谷氨酸能神经传递过程中活性依赖的可塑性产生了变化，抑或两者兼有。总之，这些实验数据表明，神经退行性疾病与谷氨酸能神经传递的功能损伤有密切关系。

3中药对谷氨酸转运体的影响

    应用传统中药治疗神经性疾病已经具有悠久的历史，而以谷氨酸转运体为药物作用靶点开发中药新药则是一种全新的视角。近年来，随着多种谷氨酸转运体亚型被克隆，人们以谷氨酸转运体为药靶，寻找和发现新的神经保护药物的研究亦逐年增多，目前已有多种药物被报道对谷氨酸转运体具有激动或抑制作用。如头孢曲松、苯环己哌啶、胞二磷胆碱、利鲁唑、凝血酶、蛋白激酶B等能够上调E A A T 2的活性；依托咪酯、氯氮平、天冬酰胺类衍生物、内皮素等下调E A A T 2的活性。麝香在中医临床上常用于治疗脑缺血、脑炎等脑病，是芳香开窍的代表性药物。有研究认为”其主要活性成分麝香酮可下调E A A T 3的表达，而E A A T 3在脑缺血状态下起逆向转运作用，可促使谷氨酸从胞内向胞外释放，产生兴奋毒性，E A A T 3的下调意味着谷氨酸转运体E A A T 3逆向转运减少，从而减轻了兴奋性毒性作用。据此推之，麝香抗脑缺血损伤和减轻脑梗塞的临床疗效可能与其活性成分麝香酮的兴奋性毒性的抑制作用相关。有研究认为，增强谷氨酸的兴奋性毒性可能是6一羟基多巴胺(6-O HD A)的神经毒性机制之一，而6-O HD A的神经毒性与帕金森病有关。环维黄杨星-D(C V B—D)是从黄杨木中提取的有效单体，研究发现，C V B—D对P C 1 2细胞的保护作用可能与其增强谷氨酸转运体的转运功能以及对6-O H D A诱导的P C 1 2细胞死亡产生的保护作用关系密切。

4体会

    大量的实验数据支持V G L U T s和E A A T s对中枢神经突触内谷氨酸稳态的维持扮演着关键角色，也因此与多种神经性疾病的发生密切有关。有研究认为，V G L U T表达的变化是神经末梢或突触末端早期损伤的标记物，而E A A T活性的下降可能是神经和胶质细胞兴奋毒损伤的重要影响因素，提示：通过调节谷氨酸转运体的功能从而促进神经保护可能是一个有效的干预和治疗策略，针对这一环节和相关机制研发高质量新药将有可能为谷氨酸转运相关的神经性疾病的治疗提供一种新途径。值得关注的是，在中医临床疗效的指引下，以谷氨酸转运体为靶点，从中药中寻找和挖掘治疗神经相关疾病的中药新药应是今后中医药研究中的一个重要研究方向，也必将为中药新药的研究和神经性疾病的治疗注入新的活力。