軟骨藻酸和谷氨酸受體

關(guān)鍵字：  軟骨藻酸 
　　軟骨藻酸(domoic acid’C15H7NO6’分子量311)是一種小分子的興奮性神經(jīng)毒素，屬遺忘癥毒素類(lèi)(ASP)。加拿大愛(ài)華德王子島曾有100多名居民由于食用了軟骨藻酸污染的水產(chǎn)品而發(fā)生食物中毒，病人出現(xiàn)胃腸道癥狀(惡心、嘔吐)和慢性神經(jīng)損害(持續(xù)性記憶損害，定位力缺失)，甚至昏迷，至少有3人死亡［1］。此后，在美國(guó)的西海岸也相繼發(fā)生了軟骨藻酸的污染事件，一些種類(lèi)的海產(chǎn)品因此而被暫時(shí)禁止捕撈［2］。隨著在世界范圍內(nèi)一系列污染事件的發(fā)生，人們對(duì)軟骨藻酸的關(guān)注日益增加，對(duì)軟骨藻酸毒性機(jī)理的研究也逐漸深入。軟骨藻酸主要引起海馬區(qū)和大腦新皮層神經(jīng)元的損傷［3，4］，其毒性作用途徑主要是通過(guò)谷氨酸受體發(fā)揮作用，即NMDA(N-methyl-D-aspartate NMDA)型和KA(kainic acid’KA)/AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate’AMPA)型2種亞型谷氨酸受體［3，5］。
　　1　NMDA受體
　　NMDA受體與突觸的可塑性和學(xué)習(xí)、記憶密切相關(guān)，通過(guò)該受體本身、其共軛的離子通道(即NMDA通道)及調(diào)節(jié)部位三者形成一復(fù)合體而發(fā)揮功能，對(duì)Ca2+高度通透［6］。每個(gè)NMDA受體上含有2個(gè)谷氨酸和2個(gè)甘氨酸結(jié)合識(shí)別位點(diǎn)，谷氨酸和甘氨酸均是谷氨酸受體的特異性激活劑［7］。1991年，日本Nakanishi實(shí)驗(yàn)室首次從大鼠腦中成功地克隆出了一種NMDA受體亞基的cDNA(NMDAR1)［8］。此后，人們又相繼克隆出了4個(gè)新的NMDA受體亞基的cDNA(NMDAR2 A-D)。NMDAR1可單獨(dú)形成功能性純寡聚體NMDA受體，但NMDAR2亞基卻不具備該功能。當(dāng)NMDAR1與不同的NMDAR2共同表達(dá)后，由谷氨酸誘導(dǎo)的電流比對(duì)僅NMDAR1獨(dú)自表達(dá)誘發(fā)的電流大數(shù)十倍到上百倍，此特性表明NMDA受體可能是由NMDAR1和不同的NMDAR2亞基組成的一個(gè)異寡聚體［7］。NMDAR1是由938個(gè)氨基酸殘基組成的跨膜蛋白，分子量為105kD，有4個(gè)跨膜區(qū)［9］。1992年，Novelli等發(fā)現(xiàn)［10］，含軟骨藻酸的蚌類(lèi)對(duì)神經(jīng)培養(yǎng)物的損害與興奮性氨基酸有協(xié)同作用，而且他們的資料表明，亞毒作用劑量的軟骨藻酸能促進(jìn)谷氨酸和精氨酸的興奮毒作用。該協(xié)同毒性作用可能是通過(guò)降低Mg2+對(duì)NMDA受體離子通道的阻礙效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的。Berman等在體外培養(yǎng)的神經(jīng)元中，利用KA/AMPA及NMDA受體抑制劑，研究了軟骨藻酸對(duì)小腦顆粒細(xì)胞的毒作用機(jī)制。他們的資料顯示，由于NMDA競(jìng)爭(zhēng)性和非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑均能降低軟骨藻酸誘導(dǎo)的內(nèi)源性興奮性氨基酸的外流，所以NMDA受體不僅能介導(dǎo)大部分軟骨藻酸引起的神經(jīng)損傷，而且是興奮性氨基酸外流的一個(gè)主要部位。這些結(jié)果更直接地支持了Novelli等人的觀點(diǎn)。Berman和Heron等還發(fā)現(xiàn)，暴露在軟骨藻酸下，內(nèi)源性腺苷能抑制谷氨酸的釋放［3，11］。但是，軟骨藻酸和內(nèi)源性腺苷相互作用的機(jī)制還不十分清楚。軟骨藻酸能促進(jìn)谷氨酸和精氨酸的釋放，而釋放的谷氨酸和精氨酸又可激活NMDA受體，進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)源性興奮性氨基酸的釋放。所以軟骨藻酸可協(xié)同性地加強(qiáng)谷氨酸/精氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)興奮作用。NMDA受體激活后，細(xì)胞外的Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)貯存的Ca2+大量釋放，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+過(guò)負(fù)載，造成細(xì)胞損傷。高濃度的Ca2+可活化與NMDA受體NR1和NR2B亞基結(jié)合的鈣/鈣調(diào)素依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/CaM-dependent protein kinaseⅡ’CaMK Ⅱ)［12］，CaMKⅡ又能磷酸化AMPA受體，進(jìn)而提高該受體通道的敏感性［13］。
　　2　KA/AMPA受體
　　KA/AMPA受體是最重要的離子型非NMDA型興奮性氨基酸受體。AMPA受體家族包括4個(gè)結(jié)構(gòu)極為相似的亞基，各亞基的氨基酸序列的同源性高達(dá)70%。由于氨基酸殘基疏水性分布，在靠近羧基端的部分構(gòu)成4個(gè)跨膜區(qū)。AMPA、L-谷氨酸及KA均可激活這類(lèi)離子通道，并有AMPA的高親和力結(jié)合位點(diǎn)。天然AMPA受體是一個(gè)僅由這4種亞基組成的五聚體，每個(gè)單體的分子量為108kD。AMPA受體的4種亞基在第4個(gè)跨膜區(qū)的上游均含有1個(gè)由38個(gè)氨基酸殘基組成的特殊區(qū)段，該區(qū)存在2個(gè)結(jié)構(gòu)相似區(qū)，分別由受體基因上2個(gè)相鄰的外顯子編碼［7］。但各亞基的DNA編碼在翻譯后要經(jīng)過(guò)一些如磷酸化、糖基化及棕櫚酮化等修飾，這些修飾是通道功能重要的調(diào)節(jié)方式［14］。離子型谷氨酸受體功能的多樣性是通過(guò)不同亞基的組裝、選擇性基因接合、轉(zhuǎn)錄前mRNA的編輯等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。特別對(duì)于AMPA和KA受體，它們不同于NMDA受體，還要通過(guò)RNA編輯進(jìn)行特殊的修飾。最近發(fā)現(xiàn)通道小孔區(qū)的氨基酸是編輯酶的作用位點(diǎn)，所以該部位的修飾會(huì)影響到離子的通透性［15］。人們繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，在AMPA受體GluR5亞基或KA受體GluR5和GluR6亞基的通道小孔區(qū)內(nèi)或附近關(guān)鍵位置的RNA編輯，將中性的谷氨酸替換成帶正電荷的精氨酸，谷氨酸和精氨酸的互換會(huì)引起Ca2+的內(nèi)流［14］。成年大鼠的GluR2基因全部經(jīng)過(guò)編輯，而GluR5和GluR6編輯不完全，分別為39%和75%。這種現(xiàn)象可能與編輯有關(guān)的腺苷脫氨酶識(shí)別和堿基配對(duì)所需的特定內(nèi)含子序列的位置有關(guān)。GluR2的內(nèi)含子序列在谷氨酸-精氨酸互換點(diǎn)的位置附近，而GluR5和GluR6的內(nèi)含子序列卻遠(yuǎn)離該互換點(diǎn)1900個(gè)核苷酸［16］。Seeburg等人研究發(fā)現(xiàn)，AMPA受體的電導(dǎo)性和通透性由GluR2決定，這是因?yàn)镚luR2的第2個(gè)跨膜區(qū)與其它3個(gè)亞基不同，谷氨酸突變?yōu)榫�氨酸。他們還發(fā)現(xiàn)，AMPA受體各亞基的基因編碼中，谷氨酸/精氨酸位點(diǎn)均是谷氨酸的編碼。正是由于高度特異性的mRNA編輯才實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)突變［17］。結(jié)果提示腦細(xì)胞具有選擇表達(dá)含未編輯GluR2亞基，從而實(shí)現(xiàn)選擇對(duì)Ca2+通透的AMPA受體數(shù)量的能力［7］。
　　在大鼠中，通過(guò)分子克隆技術(shù)，已發(fā)現(xiàn)5種KA受體亞型(GluR5～7’KA-1’KA-2)。其中KA-1和KA-2受體亞基能與各自的激活劑高度結(jié)合但不引起反應(yīng)。利用逆轉(zhuǎn)錄PCR及膜片鉗技術(shù)揭示，KA受體是由同類(lèi)的不同亞基組成的異質(zhì)組合體。亞基的組成對(duì)受體的功能特性影響特別大，因?yàn)楫愘|(zhì)的KA受體復(fù)合物中出現(xiàn)編輯的GluR5或GluR6會(huì)阻礙Ca2+的通透性［14］。GluR6的第1個(gè)跨膜區(qū)有2個(gè)受RNA編輯修飾的位點(diǎn)，所以加上第2個(gè)跨膜區(qū)具有的谷氨酸/精氨酸位點(diǎn)，GluR6共有3個(gè)受RNA編輯修飾的位點(diǎn)。與AMPA受體不同，只有當(dāng)GluR6第1個(gè)跨膜區(qū)處于編輯形式時(shí)，第2個(gè)跨膜區(qū)的谷氨酸/精氨酸位點(diǎn)的編輯才影響通道Ca2+的通透性，結(jié)果提示，細(xì)胞可能通過(guò)RNA編輯改變結(jié)構(gòu)達(dá)到調(diào)控通道的Ca2+流量［7］。到目前為止，尚缺乏特異性的抑制劑來(lái)明確地區(qū)別KA和AMPA受體［18］。分子生物學(xué)研究又揭示，KA和AMPA受體亞基的RNA剪接和編輯又使得2種受體亞型的多樣性更加復(fù)雜［7］。而且軟骨藻酸又是KA的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，所以目前還不能區(qū)分軟骨藻酸對(duì)KA和AMPA受體單獨(dú)作用的特性。但現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，軟骨藻酸對(duì)KA受體的結(jié)合力要比AMPA受體大，僅對(duì)AMPA受體來(lái)說(shuō)，軟骨藻酸能在納摩爾級(jí)濃度激活A(yù)MPA受體，而KA卻不能，這也是軟骨藻酸比紅藻氨酸毒性大的一個(gè)因素［19］。軟骨藻酸激活谷氨酸受體的方式與KA相同，但有別于天然的L-谷氨酸，谷氨酸引起快速脫敏反應(yīng)，而KA和軟骨藻酸不能或僅引起KA/AMPA受體緩慢脫敏。軟骨藻酸對(duì)KA/AMPA受體高親和力和不引起脫敏電流這兩個(gè)特性是其神經(jīng)毒理作用的兩個(gè)重要因子［14］。天然神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)AMPA受體產(chǎn)生脫敏反應(yīng)是神經(jīng)系統(tǒng)中限制突觸后電位強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的一種重要機(jī)制。由于AMPA/KA受體不能產(chǎn)生脫敏反應(yīng)，導(dǎo)致受體持續(xù)活化，陽(yáng)離子通過(guò)受體通道大量進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞。大量涌進(jìn)的陽(yáng)離子會(huì)改變細(xì)胞內(nèi)的一系列生化過(guò)程，最終會(huì)導(dǎo)致一些敏感細(xì)胞死亡［14］。有趣的是，Alfonso等發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)的雞視網(wǎng)膜細(xì)胞中，軟骨藻酸可引起Ca2+依賴(lài)性和非依賴(lài)性的γ-氨基丁酸的釋放，從而發(fā)揮抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)體的自我保護(hù)［20］。目前，軟骨藻酸與KA/AMPA受體的結(jié)合方式及具體的作用機(jī)制還不清楚，而且激活KA/AMPA受體后，引起的各種細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)也有待于進(jìn)一步研究。
　　3　結(jié)束語(yǔ)
　　軟骨藻酸通過(guò)不同的作用機(jī)制激活NMDA受體和KA/AMPA受體，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生神經(jīng)興奮性損害，特別是引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的異常升高，一方面可引起AMPA受體的磷酸化，提高其對(duì)軟骨藻酸的敏感性，但另一方面又可以誘導(dǎo)γ-氨基丁酸的釋放，對(duì)軟骨藻酸的興奮作用進(jìn)行抑制，體現(xiàn)了機(jī)體調(diào)節(jié)的精密性。隨著受體亞型特異性激活劑和抑制劑的出現(xiàn)，必將極大地推動(dòng)軟骨藻酸作用機(jī)制的研究，從而加快軟骨藻酸中毒特效藥物研制工作的進(jìn)展。另一方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)海產(chǎn)
　　品中軟骨藻酸的監(jiān)測(cè)，預(yù)防食物中毒事件的發(fā)生。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)海產(chǎn)品中軟骨藻酸的監(jiān)測(cè)，避免軟骨藻酸引起食物中毒事件的發(fā)生。

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