兴奋性氨基酸的神经毒作用

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1315页（5155字）

近年来发现，有些氨基酸是中枢神经递质。

兴奋性氨基酸(EAA)如谷氨酸在生理条件下，引起兴奋性突触后电位，导至兴奋效应，但在大剂量时，则出现神经毒作用。早在1957年lucas首次报道，给小鼠注射大剂量谷氨酸可引起视网膜神经元变性。70年代Olney发现，给未成年动物注射谷氨酸，所有不被血脑屏障保护的脑区内神经元均发生变性。

给成年动物局部脑区注入谷氨酸同样引起类似的损害。

EAA的兴奋作用与神经毒作用明显相关，缺乏兴奋活性的EAA也缺乏神经毒作用，因此，神经毒又称兴奋毒。

EAA神经毒作用的病理变化 各种不同的EAA几乎引起相同的病理改变。

表现为突触后EAA受体所在部位的结构破坏。在离体新皮层细胞培养液中加入100μm的谷氨酸，5min就可产生广泛的神经元损伤，其病理改变，首先是急性神经元突触后树突和胞体肿胀，随后是渐进性神经元变性。

在海马细胞或小鸡视网膜细胞培养液中加入中毒剂量的谷氨酸类似物，30min内神经元即发生变性。

80年代以来，人们逐渐认识到EAA神经毒作用是EAA受体过度激活的结果，N－甲基－D天冬氨酸(NMDA)受体尤为如此。

哺乳类动物脑内存在着大量谷氨酸，并与受体有高度亲和力。为什么在生理情况下，不产生神经毒作用呢?这可能由于正常细胞机制能有效地防止谷氨酸浓度过高。

EAA神经毒作用的机制 EAA神经毒作用可能有两种机制：

(1)急性Na⁺、C1^－依赖性机制。由于EAA过强地作用于突触后膜Na⁺通道，引起Na⁺与C1^－过多的进入细胞内，以致大量水贮留于细胞内，进而出现细胞的肿胀与溶解。

实验证明，如在海马细胞的培养液中除去Na⁺与C1^－，即可阻止这种急性的神经元变性。

(2)慢性Ca²⁺依赖性机制。

谷氨酸引起⁴⁵Ca²⁺在皮质神经元内堆积与神经元变性高度相关。EAA不仅能使突触后膜Ca²⁺通道开放，而且可促发胞内贮存Ca²⁺的释放。细胞内Ca²⁺的浓度高到一定程度并维持一定时间，即可产生细胞损害。其可能的机制是：①细胞内高Ca²⁺，能激活蛋白酶，降解神经元内几种主要的结构蛋白，如微管蛋白等，导致细胞的死亡；②激活磷酯酸酶，以分解细胞膜，释放花生四烯酸。

后者在氧化酶作用下代谢为自由基，从而触发脂质膜的过氧化变性与破坏；③激活黄嘌呤氧化酶和脱氢酶，产生过氧化自由基；④激活蛋白激酶C，使膜Ca²⁺通道进一步开放，增加Ca²⁺内流。此外，胞内Ca²⁺过高可以正反馈形式刺激谷氨酸的进一步释放。

EAA神经毒作用和NMDA受体 至今已发现有5种EAA受体，用在培养液加入谷氨酸受体拮抗剂的研究表明，NMDA受体起主要作用。NMDA受体是一个复杂的复合体，其中有电压依赖性Mg²⁺阻断的阳离子通道，有对士的宁不敏感的甘氨酸受体以及五氯酚受体。

Zn²⁺位于离子通道口，作为通道口抑制性调质，如NMDA复合体失衡，便失去功能。不同类型的NMDA受体拮抗剂，如作用于EAA识别部位的竞争性拮抗剂D－AP5；作用于甘氨酸结合部位的拮抗剂HA966；结合在离子通道口的PCP样物质MK－801等，都有抑制NMDA的神经毒作用。NMDA毒性分即时与迟缓两种。

(1)即时毒性。

包括上述Na⁺C1^－依赖性与Ca²⁺依赖性两种机制。实验证明：①在小脑和海马薄片中，事先除去培养液中的Ca²⁺，可消除NMDA的神经作毒用；②在NMDA产生神经毒作用过程中，胞内有大量Ca²⁺积聚，Ca²⁺的积聚与细胞病理变化有平行关系。

(2)迟缓毒性。在活体条件下，注入NMDA于大鼠纹状体或海马后，可产生一种持续数小时的渐进性神经元变性。

由于NMDA在体内浓度迅速降低，这种毒性作用似乎是多种因素相互增强结果，而不可能由单纯外源性NMDA引起。其可能的机制是：①由于即时毒性，使抑制性中间神经元功能丧失，进而兴奋阈值降低，增强了NMDA受体的激活水平；②大量Ca²⁺进入胞内，使Ca²⁺依赖性酶激活，进而导至谷氨酸释放增加，使线粒体产生不可逆的损伤。甚至在撤除刺激之后，有些酶(蛋白激酶C等)仍处于活动状态，形成一个长时程增强效应。就像在生理条件下，NMDA受体激活，使长时程突触效应增强一样。

用NMDA拮抗剂则可阻抑已激活的NMDA受体，从而大大减少神经元的伤害与死亡。

EAA与神经系统疾病

(1)癫痫。EAA作为兴奋性递质，参与癫痫发作与传播是容易理解的。大剂量用药可使多种动物癫痫发作。

对实验性局灶性癫痫组织薄片研究，提示组织能“渗漏”出谷氨酸。癫痫病人脑脊液中谷氨酸和天冬氨酸增加。

大多数抗癫痫药能改变谷氨酸与天冬氨酸释放和摄入。在癫痫早期即有谷氨酸释放，其神经元的损害与EAA神经毒作用相似。用NMDA拮抗剂在多种动物模型上抑制癫痫发作，对神经元有保护作用。在部份癫痫患者脑内发现NMDA受体数量增加。

现已查明，EAA与抑制性递质GABA失衡可能是癫痫发作的病理原因。

(2)脑缺血。

在缺氧条件下，可导致有自发突触活动的成熟的大鼠海马细胞死亡，如事先在培养液中加入较多的Mg²⁺，则不致发生明显的病理改变，Mg²⁺能选择性阻断NMDA受体。看来，突触活动提高了细胞对缺氧的敏感性，加速了细胞的死亡。NMDA受体阻断剂，对缺氧条件下的神经元起到了保护作用。可见，EAA神经毒作用是缺氧时神经元损伤、死的主要原因。

(3)低血糖和机械损伤。低血糖引起的神经元丧失与EAA有关，低血糖能引起NMDA释放到细胞外，而NMDA拮抗剂则可减少低血糖引起的神经元损害。

机械性创伤引起的神经元损害，有谷氨酸释放与渗漏，而NMDA拮抗剂也有一定的保护作用。

(4)Huntington氏病。

其病变主要影响纹状体内GABA能神经元，注射谷氨酸于大鼠纹状体内，可产生许多Huntington氏病的特征。据研究脑内有一种起神经毒作用的吡啶－2，3－羧酸，主要侵犯纹状体神经元。

能引起Huntington氏病一致的病变。这种酸主要作用于NMDA受体。

业已发现，Huntington氏病患者纹状体内NMDA受体严重丧失。

(5)Alzheimer氏病。其病变主要是前脑基底部投射到大脑皮质，海马和杏仁核的胆碱能神经元丧失。

将EAA注射到前脑基底部胆碱能神经元起始部，可复制上述病理学特征。

说明这些神经元具有EAA受体。Arendash将EAA注入大鼠前脑基底部，可引起与Alzheimer极为相似的神经元变性。

足以说明该病脑内神经元变性是神经毒作用的结果。

(6)外源性EAA引起的慢性神经变性综合症。

①神经山(Neurolathyris)。又称豆中毒，为发生在东非和南亚的一种痉挛性神经功能紊乱。由于当地居民食用的鹰嘴豆内含有一种BOAA(β－N－oxalylamine－l-alanine)，这是一种神经毒，它是AMPA(α－氨基－3－羟基－5－甲基异噁唑－4－丙酸)受体激动剂，可产生与谷氨酸一样的兴奋脊髓神经元的作用。大量BOAA选择性地作用于AMPA受体，进而损害上、下运动神经元。

②关岛病。太平洋关岛上有一种肌萎缩外侧硬化症，其病理特征和parkinson氏病以及老年性痴呆症相似。

由于当地居民食用的cycas circinalis种子里含BMAA(β－N－methyl-amino-l-alanine)，在有重碳盐存在时，形成a－甲基碳酸盐，而变成神经毒，据研究，BMAA是通过NMDA受体起作用的。

过量的EAA能引起神经毒作用已是证据确凿，认识这一点，对深入探索新的有效药物，指导临床实践，提高急、慢性神经系统变性疾病的诊治水平，都具有重要意义。

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(陕西省中医药研究院沈行良副教授、皖南医学院汪桐教授撰)