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兴奋性氨基酸神经毒作用和神经系统疾病

 以身心奋斗为本 2016-12-23
    兴奋性氨基酸(excitatory amino acids,EAA)是指具有2个羧基和1个氨基的酸性游离氨基酸包括谷氨酸(Glu)、天门冬氨酸(Asp),是中枢神经系统的兴奋性神经递质,尤其谷氨酸是中枢神经系统含量最高、分布最广、作用最强的兴奋性神经递质。


    兴奋性氨基酸(Excitatory amino acid,EAA)是广泛存在于哺乳类动物中枢神经系统的正常兴奋性神经递质,参与突触兴奋传递,学习记忆形成以及与多种神经变性疾病有关。缺血、缺氧、创伤、中毒等因素能触发中枢神经系统的EAA过度兴奋,在能量代谢失衡的基础上,异常堆积,产生神经毒性作用。


    1957年Lucas等首次报告给小鼠注射大剂量谷氨酸可引起视网膜神经元变性,但那时没有引起足够的反响。70年代Olney等发现给未成熟动物全身注 射谷氨酸或其它兴奋性氨基酸(EAA),所有不被血脑屏障保护的脑区内神经元都发生了变性,而且不同EAA引起几乎相同的神经细胞病理形态特征,表现为突 触后EAA受体所在处的树突胞体膜结构的破坏。给成年动物局部脑区注入EAA,可引起相似的损害。从结构和活性关系研究中观察到不同EAA及其类似物的兴奋作用和神经毒作用。


     5-羟色胺还能增强记忆力,并能保护神经元免受“兴奋神经毒素”的损害。因此充足的5-羟色胺确实能在老化过程中防止脑损害发生。


   兴奋性氨基酸包括谷氨酸和天冬氨酸等。其中谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质,其可对 神经元的结构和功能产生长期影响,且谷氨酸介导的兴奋性信号传导可以影响哺乳动物的脑功能,包括认知,记忆和学习功能[1‐2]。天冬氨酸与各种神经元活 动密切相关,包括视觉生理学,神经形成,学习和记忆过程[5]。在动物大脑中,天冬氨酸和谷氨酸是钙依赖性的兴奋性神经递质,且通过与谷氨酸受体结合发挥 作用[4]。谷氨酸受体可分为离子型受体和代谢型受体。目前有3种类型的离子型谷氨酸受体,根据其原型激动剂分别命名为N‐甲基‐D‐天冬氨酸(N‐ methyl‐D‐aspartic acid ,NMDA ]受体,α‐氨基‐3‐羧基‐5‐甲基异恶唑‐4‐丙酸[2‐ami‐no‐3‐(3‐hydroxy‐5‐methyl‐isoxazol‐4‐yl ) propanoic acid ,AMPA]受体和海人酸(kainate ,KA)受体[5];代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate recep‐tor ,mGLUR )分为不同的8个亚型:mGLUR1、mGLUR2、 mGLUR3、 mGLUR4、 mGLUR5、mGLUR6、mGLUR7、mGLUR8。其中 N‐甲基‐D‐天冬氨酸受体2A 亚基(N‐methyl‐D‐aspartic acid receptor subunit2A ,GluN2A )和 N‐甲基‐D‐天冬氨酸受体2B亚基(N‐methyI‐D‐aspartic acid receptor subunit 2B ,GluN2B)是功能性NMDA受体的大亚单位[6]。谷氨酸受体的活化和C a2+内流对早期神经元的形成及存活和脑发育时神经细胞的迁移及突触的形成有着至关重要的作用[1]。NMDA 受体在突触传递、突触可塑性、学习和记忆中发挥核心作用。在正常生理条件下,NMDA受体的活性可促进神经保护作用,对抗细胞凋亡和兴奋性损害。因此,阻 断NMDA受体可促进神经元的直接死亡或使神经元易受到二次创伤。激活的NMDA受体可渗透N a+,但重要的是,也能渗透C a2+,并且由C a2+介导NMDA受体活性的大部分生理作用。异常的Ca2+内流可通过NMDA受体导致神经元减少和某些神经变性疾病[7]。大量的兴奋性氨基酸释放可 引起Na+内流,Cl-内流,K+外流,细胞水肿,变性,脂肪变性和蛋白降解,不可逆的线粒体坏死和细胞死亡[4]。在缺血性脑病,停止氧气和葡萄糖的供给经由多个传输机制大量释放的神经递质会导致神经细胞的快速去极化。兴奋性神经递质(谷氨酸和天冬氨酸)会活化大量的离子型受体通道。具有这些受体且反应 迅速的组织,其去极化和直接(NMDA 受体亚型)或间接的(多数AM PA和KA受体)作用将会导致持续性的胞浆内C a2+水平的增高、细胞损伤及死亡,将之称为兴奋性氨基酸毒性[8]。基于兴奋性氨基酸所致神经细胞的损伤,下面将阐述兴奋性氨基酸毒性与几种常见神经系统疾病的相关性。

     谷氨酸受体过度刺激而形成的神经元损害这一最后共同通路。因为在CNS的很多疾病中有这一条最后共同通路。

     随着社会的老龄化,神经系统疾病因其复杂性,严重性,症状的广泛性,显然已经成为导致人类死亡和残疾的主要原因之一,所耗费的卫生资源逐渐增多。目前,绝大多数的神经系统疾病病因及发病机制均不明确,但兴奋性氨基酸(包括谷氨酸和天冬氨酸等)毒性可促使神经细胞死亡,并参与了多种神经系统疾病的发生。

   各种原因引起脑损伤时,从神经末梢释放增加而摄取减少,使其在细胞外间隙蓄积,受体过度激活,从而引起兴奋毒性(Excitotoxicity),导致神经元过度兴奋、坏死和凋亡。

1、目的研究运动神经元病中线粒体损伤和谷氨酸兴奋毒性之间的关系。
Objective To study the relation between mitochondria damage and glutamate excitotoxicity in motor neuron disease. 

2、结论脱氢表雄酮可抑制神经元谷氨酸的释放,这可能介导了其对抗谷氨酸兴奋性毒性的作用。
CONCLUSION Dehydroepiandrosterone could inhibit the release of glutamate, which may mediate its role against excitotoxicity caused by glutamate. 
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3、脑室内移植神经干细胞能明显促进成年小鼠脑谷氨酸兴奋性毒性损伤的修复。
Intracerebroventricular transplantation of NSCs obviously facilitated the brain recovery from glutamate-induced behavioral disturbances and histopathological impairs in adult mice. 

    谷氨酸是中枢神经系统内含量最多的非特异性兴奋性氨基酸,它参与多种物质的代谢调节。谷氨酸可由多种前体物质合成,脑内含量丰富,尤以大脑皮层、尾状核、小脑和海马含量最高。谷氨酸在谷氨酸能神经元内被摄入、聚集、贮存于囊泡内,囊泡载体具有高度特异性。

    在中枢神经系统的发育过程中,兴奋性氨基酸对同一脑区不同时期的影响是不同的,发育早期阶段是神经营养作用,发育后期则为“促毒性”作用。兴奋性氨基酸又受人类性激素的影响,从而调节脑发育。在脑发育早期,由于兴奋性氨基酸系统的过分营养作用,造成基底神经节和边缘系统神经元数目的不适当增加。

    正常情况下兴奋性氨基酸主要存在于神经末梢的突触囊泡内,末梢去极化时释放到突触间隙,作用于突触后膜的特异性受体,完成兴奋性突触传递及其它生理作用。然而过量的兴奋性氨基酸对神经系统具有神经毒性作用,即兴奋性毒性作用。

神经
nerve

  人和动物体内传达知觉和运动的组织。周围神经系统的神经干及其分支。每条神经是由若干神经纤维及其被膜有机地组合而成。神经呈白色,常与血管伴行,组成血管神经束。身体内大多数神经是混合神经,既包含传入(感觉)神经纤维,又包含传出(运动)神经纤维。神经损伤后,在适宜条件下可以再生。

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