兴奋性氨基酸拮抗剂对脑缺血损伤的保护作用
作者：马宝华 王 宏 周学锋 宋春泉
单位：青岛医学院第二附属医院药剂科青岛 266042
关键词：脑缺血；氨基酸类；拮抗剂和抑制剂；综述
中国图书馆分类法分类号 中国图书馆分类法分类号：R338
脑缺血常导致迟发性神经元坏死(DND)。此时，脑内兴奋性氨基酸(EAAs)在缺血神经元周围大量聚集，引起受体门控的离子通道开放，细胞内游离Ca2+增多，导致DND〔1〕.EAAs主要指谷氨酸(Glu)和天门冬氨酸(Asp)。脑缺血时EAAs的大量释放是早期脑缺血损伤的重要原因。因此，各种能抑制EAAs释放或减轻EAAs毒性的EAAs拮抗剂可以有效减轻缺血性脑损伤，保护脑组织。
1 EAAs受体拮抗剂
, http://www.100md.com
EAAs的神经毒性作用主要是由于其能激动EAAs受体，使受体门控的Ca2+，Na+通道开放，大量的Ca2+,Na+等内流而产生细胞毒性作用。因此，若能阻断EAAs与受体的结合，就能发挥治疗DND的作用。EAAs受体拮抗剂主要有4种，其中发展最快的是N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂，其余3种分别为乙酰甲基苯丙氨酸(AMPA)受体拮抗剂、EAAs受体广谱拮抗剂、非NMDA受体拮抗剂。近年来，人们对于EAAs受体拮抗剂对脑缺血损伤保护作用的研究表明，通过阻断缺血区EAAs受体，可以明显抑制Ca2+内流，保护缺血的神经元〔1〕。对MK-801等NMDA受体拮抗剂的研究表明，它可在不改变皮层氨基酸总量的情况下降低Glu和Asp在胞外的增加速率。其机制为阻断NMDA受体后减少Na+,Ca2+内流和K+外流，抑制Glu的释放并且促进Glu的吸收〔2〕。Vornor等〔3〕认为MK-801等NMDA受体拮抗剂只在缺血恢复期发挥作用，而在缺血严重代谢抑制时不产生作用。并且，Ghribi等〔4〕研究发现，给予脑缺血大鼠NMDA受体拮抗剂的灌注液中若无Ca2+，那么它对Glu和Asp的水平没有影响。应用AMPA受体拮抗剂2,3-二羟-6-硝-7-磺胺苯丙吡喹啉(NBQX)可以明显地降低缺血神经元周围的Glu和Asp含量〔2〕。
, 百拇医药
Joro蜘蛛毒素(JSTX)、1-萘基乙酰精胺(Naspm)、6-氰基-7-硝基金鸡钠草酸-2,3-二酮(CNQX)、盐酸1-(4-氨基苯)-4-甲-7,8-亚甲二氧-5H-2,3-苯丙二氮艹卓(GYKI52466)等均为非NMDA受体拮抗剂，其中Naspm，CNQX可以降低由非NMDA受体通道调节的兴奋性突触前电位，并且若首先应用CNQX，再用Naspm无效，说明Naspm所阻断的是CNQX所调节的非NMDA受体的一部分〔5〕。Arvin等〔6〕研究表明，GYKI52466在纹状体的作用同皮层和海马区域不同，它在纹状体区对Glu的浓度升高有抑制作用，但在皮层和海马区这种作用不明显，认为这可能与GYKI52466对纹状体神经元保护作用有关。
广谱EAAs受体拮抗剂，目前研究最多的是犬尿烯酸(KYN)。许多研究均表明，给予KYN后，能明显抑制缺血诱发的Glu和Asp浓度增加〔7〕。
2 EAAs释放抑制剂
, 百拇医药
EAAs释放抑制剂有许多种，研究最为普遍且应用最广的是Na+通道阻断剂。河鲍 屯毒素(TTX)是一种Na+通道阻断剂，Hirota等〔8〕在大鼠和沙土鼠脑缺血时应用TTX，结果发现TTX对缺血诱导的神经元损伤有保护作用，其机制可能为TTX阻止过多的神经元除极，限制了Glu的释放，防止细胞内Ca2+超负荷，保持了细胞的能量储备，从而操纵Na+-Ca2+交换，保持稳定的离子内环境，以此发挥对缺血神经元损伤的保护作用。其他的EAAs释放或抑制剂，如Cl--CO2-3交换阻断剂4,4-二异硫氰基-2,2-二磺酸芪(DIDS)、酸性氨基酸阻滞剂二氢卡因酸盐(Dihydro kainate)都有类似作用〔9〕。
3 γ-氨基丁酸(GABA)
GABA为抑制性氨基酸，是中枢神经系统的主要抑制性神经递质，对神经元的活动有较强的抑制作用，GABA常与Glu共存于大脑皮层和海马。GABA可阻断Glu的兴奋作用，包括除极和Ca2+内流，这一过程是通过阻断GABA-A受体来实现的。尼古丁酸(Nipecotic acid)〔11〕，一种GABA重吸收抑制剂，在缺血纹状体微透析研究中发现，它可使GABA含量升高，从而对Glu的兴奋性毒性产生抑制作用。有人在大鼠脑卒中时给予GABA-A受体激动剂蝇覃醇(Muscimol)，应用生物法发现，Muscimol对大鼠有保护作用，可增加其脑血流量，降低脑代谢〔12〕。
, 百拇医药
4 腺苷
腺苷为内源性释放物，通过调节Glu和Asp来降低其毒性。脑缺血后腺苷浓度很快上升，其峰值达基础水平的26倍，再灌注50～60min后降至梗死前水平〔13〕。吲哚美辛是腺苷吸收抑制剂，Phillis等〔14〕将其应用于脑缺血后大鼠脑皮层，发现其可减少Glu和Asp的释放，但不减少GABA的释放，认为这是吲哚美辛抑制腺苷吸收、升高腺苷水平从而降低Glu和Asp外流所致。而Glu和Asp外流的减少，又可以激活腺苷A受体，增强腺苷对Glu和Asp毒性的作用。又据报道，腺苷受体醛固酮增高剂(Aldosteric enhancer)也可以降低Glu外流。
5 一氧化氮(NO)合成酶抑制剂
NO是普通气体，体内的NO是在NO合成酶(NOS)催化下由L-精氨酸氧化产生。NO可增大Glu等EAAs的细胞毒性〔15〕。而且，随着研究的深入，人们发现在脑缺血区NO的含量有升高。推测可能是由于脑缺血时局部EAAs增加，通过作用于NMDA受体使Ca2+内流。当细胞内Ca2+达一定水平时，便可激活NOS，NO随后大量生成。这可能是缺血早期NO升高的原因之一。因此，通过应用NOS抑制剂来降低脑组织NO水平从而降低EAAs的毒性成为近年来人们研究的新领域。硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)为竞争性NOS抑制剂，它能够减少大脑中动脉缺血引起的皮层和纹状体梗死体积〔16〕。估计与其减少NO合成，抑制Glu毒性有关。
, 百拇医药
6 其他
除以上几种EAAs拮抗剂外，尚有多种应用不甚广泛、作用机制不明确的对EAAs有拮抗作用的物质。如磷酯酶C和乙酰胆碱酯酶抑制剂——苯甲磺酸氟化物(PMSF)〔17〕，可抑制早期脑缺血时的乙酰胆碱酯酶的活性，对Glu细胞外水平的升高有抑制作用；血小板活化因子抑制剂〔18〕可以抑制缺血后离体组织的3H-D-Asp的释放；转换生长因子能够降低离体组织神经元缺氧和兴奋毒性损伤〔19〕。
综上所述，通过多个环节抑制EAAs释放或减轻EAAs的毒性，能有效地减轻缺血性脑损伤，保护脑组织。因此，EAAs拮抗类药物的应用，将成为治疗缺血性脑血管病的重要手段。
参考文献
1 Clark GD. Role of excitatory amino acids in brain injury caused by hypoxia-ischemia and hypoglycemia. Clin Perinatol,1989,16:459
, 百拇医药
2 Phillis JW,Smith BM,Perkins LM,et al. Characterization of glutamate, aspartate, and GABA release from ischemia rat cerebral cortex. Brain Res Bull,1994,34(5):457
3 Vornor JJ. Toxic NMDA-receptor activation occurs during recovery in a tissue culture model of ischemia. J Neurochem,1965(4):1681
4 Ghribi O,Callebert J, Verrecchia C, et al. Blocks of NMDA-operated channels decrease glutamate and aspartate extracellular accumulatim in striatum during forebrain ischemia in rats.Fundam Chin Pharmacol, 1995,9(2):1410
, 百拇医药
5 Tsubokawa H,Oguro K,Masuzawa T,et al.Effects of a spider toxin and its analogue on glutamate-actived currents in the hippocampal CAI neuron after ischemia.J Neurophysiol,1995,74(1):218
6 Arvin B,Lekieffre D,Graham JL,et al.Effects of the Non- NMDA releptor antagonist,GYKI52466 on the microdoalysate and tissue concentrations of amino acids following transient forebrain ischemia. J Neurochem, 1994,62(4):1458
7 Lysko PG,Webb CL,Xue JL,et al.Neuroprotective effects of tetrodotoxin as a Na channel modulator and glutamate release inhibitor in cultured rat cerebral neurons and in gerbil global brain ischemis.Stroke, 1994, 25(12):2476
, 百拇医药
8 Hirota H,Katayama Y,Kawamata T,et al.Tsubokama-T inhibition of the high-affinity glutamate uptake system facillates the massive potassium flux during cerebral ischemia in vive.Neurol Res,1995,17(2):94
9 Puka M,Lehman A.In vivo acidossis reduce extracellular concentration of taurine and glutamate in the rat hippo-campus.J Neurosci Res, 1994, 37(5):641
10 Schultz JA, Hoffman WE, Albrech RF. Sympathetic stimulation with physostgmine worsens outcome incomplete brain ischemia in rats. Anesthesiology， 1993,79(1):114
, http://www.100md.com
11 Shuaib A, Ijaz S, Miyashita H, et al. Progressive decrease in extracellular GABA concentrations in the post-ischemic period in the striatum,amicrodialysis study.Brain Res,1994,666(1):99
12 Newman GC,Hospod FE,Qibin H,et al.Effects of K, pH and glutamate on Ca kinetics in hippo campal brain slices.J Neurosci Methods,1995,59(1) :111
13 Phillis JW,Smith BM,O'Regan MH,et al.Amino acid and purine release in rat brain following remporary middle artery occlusion. Neurochem Res， 1994,19(9):1125
, 百拇医药
14 Phillis JW, Smith BM, Pcrkin LM, et al. Indomethacin in modulates ischemia-evoked rease of glutamate and adenosine from the rat cerebral cortex.Brain Res,1994,652(2):353
15 Dawson DA.Nitric oxide and focal cerebral ischemia multiplicity of acrions and diverve outcome.Cerebrovasc Brain Metab Res,1994,6(4):299
16 Ghriloi O,Callebert J,Plotkine M, et al. L-NAME modulates glutamate accumulation induced by K depolarization but not by forebrain ischemia in the rat striatum.Neurosci Lett,1994,174(1):34
, 百拇医药
17 Tanimura T.Effect of phenylmethylsulfonyl fluoride on brain tissue arachidonic acid and ectracellular glutamate level in complete cerebral ischemia in rats.No To Shinkei,1994,46(2):153
18 Zaboocka B,Domanska J.PAF antagonist BN52021 inhibits(3H)D-aspartate release after ischemia in vitro.Nertoteport,1994,6(1):85
19 Henrich NP,Prehn JH,Kviglstein J. Neuroprotective effects of TGF-betal.J Neural Transm Suppl，1994,43:33
收稿1998-10-27
修回1999-04-25, http://www.100md.com
单位：青岛医学院第二附属医院药剂科青岛 266042
关键词：脑缺血；氨基酸类；拮抗剂和抑制剂；综述
中国图书馆分类法分类号 中国图书馆分类法分类号：R338
脑缺血常导致迟发性神经元坏死(DND)。此时，脑内兴奋性氨基酸(EAAs)在缺血神经元周围大量聚集，引起受体门控的离子通道开放，细胞内游离Ca2+增多，导致DND〔1〕.EAAs主要指谷氨酸(Glu)和天门冬氨酸(Asp)。脑缺血时EAAs的大量释放是早期脑缺血损伤的重要原因。因此，各种能抑制EAAs释放或减轻EAAs毒性的EAAs拮抗剂可以有效减轻缺血性脑损伤，保护脑组织。
1 EAAs受体拮抗剂
, http://www.100md.com
EAAs的神经毒性作用主要是由于其能激动EAAs受体，使受体门控的Ca2+，Na+通道开放，大量的Ca2+,Na+等内流而产生细胞毒性作用。因此，若能阻断EAAs与受体的结合，就能发挥治疗DND的作用。EAAs受体拮抗剂主要有4种，其中发展最快的是N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂，其余3种分别为乙酰甲基苯丙氨酸(AMPA)受体拮抗剂、EAAs受体广谱拮抗剂、非NMDA受体拮抗剂。近年来，人们对于EAAs受体拮抗剂对脑缺血损伤保护作用的研究表明，通过阻断缺血区EAAs受体，可以明显抑制Ca2+内流，保护缺血的神经元〔1〕。对MK-801等NMDA受体拮抗剂的研究表明，它可在不改变皮层氨基酸总量的情况下降低Glu和Asp在胞外的增加速率。其机制为阻断NMDA受体后减少Na+,Ca2+内流和K+外流，抑制Glu的释放并且促进Glu的吸收〔2〕。Vornor等〔3〕认为MK-801等NMDA受体拮抗剂只在缺血恢复期发挥作用，而在缺血严重代谢抑制时不产生作用。并且，Ghribi等〔4〕研究发现，给予脑缺血大鼠NMDA受体拮抗剂的灌注液中若无Ca2+，那么它对Glu和Asp的水平没有影响。应用AMPA受体拮抗剂2,3-二羟-6-硝-7-磺胺苯丙吡喹啉(NBQX)可以明显地降低缺血神经元周围的Glu和Asp含量〔2〕。
, 百拇医药
Joro蜘蛛毒素(JSTX)、1-萘基乙酰精胺(Naspm)、6-氰基-7-硝基金鸡钠草酸-2,3-二酮(CNQX)、盐酸1-(4-氨基苯)-4-甲-7,8-亚甲二氧-5H-2,3-苯丙二氮艹卓(GYKI52466)等均为非NMDA受体拮抗剂，其中Naspm，CNQX可以降低由非NMDA受体通道调节的兴奋性突触前电位，并且若首先应用CNQX，再用Naspm无效，说明Naspm所阻断的是CNQX所调节的非NMDA受体的一部分〔5〕。Arvin等〔6〕研究表明，GYKI52466在纹状体的作用同皮层和海马区域不同，它在纹状体区对Glu的浓度升高有抑制作用，但在皮层和海马区这种作用不明显，认为这可能与GYKI52466对纹状体神经元保护作用有关。
广谱EAAs受体拮抗剂，目前研究最多的是犬尿烯酸(KYN)。许多研究均表明，给予KYN后，能明显抑制缺血诱发的Glu和Asp浓度增加〔7〕。
2 EAAs释放抑制剂
, 百拇医药
EAAs释放抑制剂有许多种，研究最为普遍且应用最广的是Na+通道阻断剂。河鲍 屯毒素(TTX)是一种Na+通道阻断剂，Hirota等〔8〕在大鼠和沙土鼠脑缺血时应用TTX，结果发现TTX对缺血诱导的神经元损伤有保护作用，其机制可能为TTX阻止过多的神经元除极，限制了Glu的释放，防止细胞内Ca2+超负荷，保持了细胞的能量储备，从而操纵Na+-Ca2+交换，保持稳定的离子内环境，以此发挥对缺血神经元损伤的保护作用。其他的EAAs释放或抑制剂，如Cl--CO2-3交换阻断剂4,4-二异硫氰基-2,2-二磺酸芪(DIDS)、酸性氨基酸阻滞剂二氢卡因酸盐(Dihydro kainate)都有类似作用〔9〕。
3 γ-氨基丁酸(GABA)
GABA为抑制性氨基酸，是中枢神经系统的主要抑制性神经递质，对神经元的活动有较强的抑制作用，GABA常与Glu共存于大脑皮层和海马。GABA可阻断Glu的兴奋作用，包括除极和Ca2+内流，这一过程是通过阻断GABA-A受体来实现的。尼古丁酸(Nipecotic acid)〔11〕，一种GABA重吸收抑制剂，在缺血纹状体微透析研究中发现，它可使GABA含量升高，从而对Glu的兴奋性毒性产生抑制作用。有人在大鼠脑卒中时给予GABA-A受体激动剂蝇覃醇(Muscimol)，应用生物法发现，Muscimol对大鼠有保护作用，可增加其脑血流量，降低脑代谢〔12〕。
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4 腺苷
腺苷为内源性释放物，通过调节Glu和Asp来降低其毒性。脑缺血后腺苷浓度很快上升，其峰值达基础水平的26倍，再灌注50～60min后降至梗死前水平〔13〕。吲哚美辛是腺苷吸收抑制剂，Phillis等〔14〕将其应用于脑缺血后大鼠脑皮层，发现其可减少Glu和Asp的释放，但不减少GABA的释放，认为这是吲哚美辛抑制腺苷吸收、升高腺苷水平从而降低Glu和Asp外流所致。而Glu和Asp外流的减少，又可以激活腺苷A受体，增强腺苷对Glu和Asp毒性的作用。又据报道，腺苷受体醛固酮增高剂(Aldosteric enhancer)也可以降低Glu外流。
5 一氧化氮(NO)合成酶抑制剂
NO是普通气体，体内的NO是在NO合成酶(NOS)催化下由L-精氨酸氧化产生。NO可增大Glu等EAAs的细胞毒性〔15〕。而且，随着研究的深入，人们发现在脑缺血区NO的含量有升高。推测可能是由于脑缺血时局部EAAs增加，通过作用于NMDA受体使Ca2+内流。当细胞内Ca2+达一定水平时，便可激活NOS，NO随后大量生成。这可能是缺血早期NO升高的原因之一。因此，通过应用NOS抑制剂来降低脑组织NO水平从而降低EAAs的毒性成为近年来人们研究的新领域。硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)为竞争性NOS抑制剂，它能够减少大脑中动脉缺血引起的皮层和纹状体梗死体积〔16〕。估计与其减少NO合成，抑制Glu毒性有关。
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6 其他
除以上几种EAAs拮抗剂外，尚有多种应用不甚广泛、作用机制不明确的对EAAs有拮抗作用的物质。如磷酯酶C和乙酰胆碱酯酶抑制剂——苯甲磺酸氟化物(PMSF)〔17〕，可抑制早期脑缺血时的乙酰胆碱酯酶的活性，对Glu细胞外水平的升高有抑制作用；血小板活化因子抑制剂〔18〕可以抑制缺血后离体组织的3H-D-Asp的释放；转换生长因子能够降低离体组织神经元缺氧和兴奋毒性损伤〔19〕。
综上所述，通过多个环节抑制EAAs释放或减轻EAAs的毒性，能有效地减轻缺血性脑损伤，保护脑组织。因此，EAAs拮抗类药物的应用，将成为治疗缺血性脑血管病的重要手段。
参考文献
1 Clark GD. Role of excitatory amino acids in brain injury caused by hypoxia-ischemia and hypoglycemia. Clin Perinatol,1989,16:459
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5 Tsubokawa H,Oguro K,Masuzawa T,et al.Effects of a spider toxin and its analogue on glutamate-actived currents in the hippocampal CAI neuron after ischemia.J Neurophysiol,1995,74(1):218
6 Arvin B,Lekieffre D,Graham JL,et al.Effects of the Non- NMDA releptor antagonist,GYKI52466 on the microdoalysate and tissue concentrations of amino acids following transient forebrain ischemia. J Neurochem, 1994,62(4):1458
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8 Hirota H,Katayama Y,Kawamata T,et al.Tsubokama-T inhibition of the high-affinity glutamate uptake system facillates the massive potassium flux during cerebral ischemia in vive.Neurol Res,1995,17(2):94
9 Puka M,Lehman A.In vivo acidossis reduce extracellular concentration of taurine and glutamate in the rat hippo-campus.J Neurosci Res, 1994, 37(5):641
10 Schultz JA, Hoffman WE, Albrech RF. Sympathetic stimulation with physostgmine worsens outcome incomplete brain ischemia in rats. Anesthesiology， 1993,79(1):114
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11 Shuaib A, Ijaz S, Miyashita H, et al. Progressive decrease in extracellular GABA concentrations in the post-ischemic period in the striatum,amicrodialysis study.Brain Res,1994,666(1):99
12 Newman GC,Hospod FE,Qibin H,et al.Effects of K, pH and glutamate on Ca kinetics in hippo campal brain slices.J Neurosci Methods,1995,59(1) :111
13 Phillis JW,Smith BM,O'Regan MH,et al.Amino acid and purine release in rat brain following remporary middle artery occlusion. Neurochem Res， 1994,19(9):1125
, 百拇医药
14 Phillis JW, Smith BM, Pcrkin LM, et al. Indomethacin in modulates ischemia-evoked rease of glutamate and adenosine from the rat cerebral cortex.Brain Res,1994,652(2):353
15 Dawson DA.Nitric oxide and focal cerebral ischemia multiplicity of acrions and diverve outcome.Cerebrovasc Brain Metab Res,1994,6(4):299
16 Ghriloi O,Callebert J,Plotkine M, et al. L-NAME modulates glutamate accumulation induced by K depolarization but not by forebrain ischemia in the rat striatum.Neurosci Lett,1994,174(1):34
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17 Tanimura T.Effect of phenylmethylsulfonyl fluoride on brain tissue arachidonic acid and ectracellular glutamate level in complete cerebral ischemia in rats.No To Shinkei,1994,46(2):153
18 Zaboocka B,Domanska J.PAF antagonist BN52021 inhibits(3H)D-aspartate release after ischemia in vitro.Nertoteport,1994,6(1):85
19 Henrich NP,Prehn JH,Kviglstein J. Neuroprotective effects of TGF-betal.J Neural Transm Suppl，1994,43:33
收稿1998-10-27
修回1999-04-25, http://www.100md.com