异丙酚抑制兴奋性氨基酸神经毒性研究进展

【关键词】  异丙酚 兴奋性氨基酸 兴奋毒性 脑保护作用

    兴奋性氨基酸对中枢神经系统具有毒性作用，已经成为人们的共识。异丙酚是一种新型静脉麻醉药，近年应用越来越广泛。在临床研究中发现异丙酚对中枢神经系统的缺血再灌注损伤具有保护作用，并且其保护作用与抑制兴奋性氨基酸的兴奋毒性有关。

    1  兴奋性氨基酸

    1．1  概述  兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）迄今没有一个明确的定义，从广义角度来讲，包括内源性和外源性两种。谷氨酸(Glu)和天门冬氨酸(Asp)是哺乳动物中枢神经系统(CNS)中最重要的两种内源性EAAs，尤其是Glu，它在脑内含量最高，也是脑组织中含量最高的氨基酸，是Asp含量的3～4倍；外源性EAAs来自味精的主要成分谷氨酸钠(MSG)，它经机体代谢成为Glu，参与中枢神经系统某些重要的生理、生化以及病理过程。

    1．2  EAAs的生理作用和机制  谷氨酸在中枢神经系统中含量最丰富，且分布广泛。在脑区以皮层、尾壳核、苍白球、小脑等含量高。大脑皮层的所有主要传出系统均使用谷氨酸。谷氨酸在脊髓上的分布有较大差别，背根的谷氨酸多于腹根，背部灰质多于腹部灰质。谷氨酸在脑内的合成有两个途径：①谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下水解成谷氨酸；②α酮戊二酸在α酮戊二酸转变酶及维生素B6的作用下生成谷氨酸，合成的谷氨酸又经谷氨酰胺合成酶的作用降解成谷氨酰胺，再参与谷氨酸的合成。因此谷氨酸是脑内一种中间代谢物。

    免疫组织化学研究发现谷氨酸在脑内有特异分布，主要以神经递质或调质功能为主，对维持神经系统间的突触传递、调节神经功能有着十分重要的生理作用。谷氨酸通常以囊泡形式贮存于突触末端，当突触前神经元去极化时依赖于Ca2＋调节经突触前膜释放入突触间隙，作用于其相应受体而发挥其功能，参与神经元信号传递、影响神经营养和神经元可塑性。正常情况下，谷氨酸经突触前膜释放后，通过神经元和胶质细胞的再摄取，在突触间隙内维持稳定的含量在微摩尔水平［1］。但过度释放时启动一系列细胞内生化反应引起细胞死亡。Glu在脑内除作为兴奋性神经递质发挥效应外，还参与三羧酸循环等多种代谢过程。

    除此之外，现己证实兴奋性氨基酸和其N甲基D天冬氨酸（NMDA）受体在记忆作用中参与海马区突触长时程增强（long term potentiation，LTP）的诱导，EAA在脑外伤后记忆障碍发病机制上起重要作用。例如，让鼠学习在水箱里寻找一个隐蔽的平台，学成后向鼠脑室内注射NMDA拮抗药，会损害鼠学习寻找新平台的能力，但不影响其寻找以前学会了的平台，这种损害在活体上有海马LTP的分裂。说明NMDA受体与获得新信息有关，与回忆和表达以前信息无关［2］。

    1．3  兴奋性毒性效应及其机制  正常情况下的EAAs神经递质在病理条件下产生神经毒性而导致神经元死亡的现象，称为兴奋毒性作用。近年来，人们通过大量实验研究认识到EAA及其受体在缺血、外伤中起重要作用。脑和脊髓中任何引起细胞外兴奋性氨基酸浓度异常增高的病理变化均会产生兴奋毒性。

    1．3. 1  EAA兴奋毒性的主要证据：①人们观察到实验动物颅脑外伤后，脑内兴奋性氨基酸浓度明显升高。Faden等采用脑微量透析技术发现实验性中度液压脑损伤动物损伤区脑组织谷氨酸、天门冬胺酸含量分别升高282%和273%，而重型损伤中则高达940%和1 849%［3］，其他一些学者的研究也得出相似结论［4］。②大量的离体和活体研究结果［4～6］提示谷氨酸过度增加所致的神经毒性可致脑损害。③体外实验证明在培养液中加入谷氨酸100 μmol/L持续5 min，可使培养的皮层神经元大量死亡［7］。④近来有报道称，在可控皮质损伤模型，用微透析方法检测细胞间隙的Asp和Glu浓度，显示EAA浓度与脑水肿程度之间存在正相关［8］。

    1．3．2  EAA的兴奋性毒性效应假说：一方面是由于伤后EAA的大量增加致神经元持续去极化，干扰细胞的调节机制，引起细胞外高浓度Na+和水内流，导致渗透性损伤［9］。有研究结果［10］显示大鼠脊髓损伤（SCI）后脊髓组织出现明显水肿，同一时程的Na+变化与水含量变化情况相符，呈显著正相关，提示SCI后Na+升高是引起组织水肿的主要因素。而伤后EAA含量变化特点与Na+及H2O含量变化特点相似，相关分析呈显著正相关，提示了鼠SCI后EAA与Na+及H2O含量变化有密切关系。SCI后蛛网膜下腔注射EAA受体激动剂NMDA可加剧Na+、H2O含量增加，亦表明EAA导致的组织水分增加、细胞肿胀是通过促进Na+内流引起的。另一方面是由于SCI后的脊髓组织中EAA大量释放，过度激活NMDA受体，使受体依赖性Ca2+通道大量开放，导致Ca2+内流和钙超载，从而引起神经元迟发性损伤。

    1．3．3  对线粒体的损伤作用：近年研究发现，兴奋性氨基酸对神经元的损伤作用部分是通过损伤线粒体实现的。神经元缺血时细胞外谷氨酸大量增加，诱导Ca２＋向细胞内转移，造成对线粒体的损害。有学者提出线粒体氧化代谢障碍和部分细胞膜去极化，使电压门控型NMDA受体钙离子通道更易激活。细胞内钙缓冲体系的其他过程也可能受损害，因而进一步加重钙超载对线粒体的损伤。线粒体毒素引起的神经元变性能被NMDA拮抗剂阻断。此外，谷氨酸与活性氧对线粒体有协同损害作用。实验证实，降低线粒体SOD活性能够加强谷氨酸对大鼠皮质神经元的毒性作用［11］。

    1．3．4  与凋亡的关系：有研究表明，谷氨酸受体介导的兴奋毒性作用可通过凋亡机制实现。红藻氨酸（KA）、α氨基3羟基5甲基异唑4丙酸（AMPA）和NMDA等受体的过度激活均可诱导细胞凋亡。Armstrong等［12］发现，经200 μmol/L或3 mol/L谷氨酸处理致小脑颗粒神经元发生急性坏死之后，残存的神经元在8～12 h出现迟发的、凋亡性死亡。

    2  异丙酚与EAA的研究进展

    2．1  异丙酚具有抑制EAA兴奋毒性的作用  异丙酚是一种新型静脉麻醉药，由于它起效快、作用时间短等药理特点，在临床上的应用越来越广泛。异丙酚的结构与其它镇静催眠药不同，相似于天然的抗氧化剂αtocopherol （vitamin E），含有一个酚羟基，能吞噬自由基，抑制脂质过氧化。Daskalopoulos等［13］的研究显示，异丙酚能恢复由tBOOH氧化应激损伤的神经胶质细胞对谷氨酸转运速率。神经胶质细胞的谷氨酸摄取能力对细胞内pH值较敏感，异丙酚通过保护NHEl（Na+H+交换体）的活性从而维持氧化应激期间的胶质细胞摄取谷氨酸的能力。释放至突触间隙内的谷氨酸在激活受体的同时向周围弥散，大部分被毗邻的胶质细胞摄取，其余部分被突触前神经末梢摄取，迅速终止其作用。

    2．2  异丙酚抑制EAA兴奋毒性作用的机制假说

    2．2．1  异丙酚对NMDAR活性的调节：异丙酚通过降低EAA浓度达到减轻NMDA受体活化所致的脑缺血性损伤。在正常情况下，NMDA受体被Mg2+以电压依赖方式阻断，对Ca2+通道的开放受甘氨酸(Gly)的抑制性调节，Gly与NMDA受体上的Gly调节位点结合，可显著增强NMDA受体激活后的反应效能。异丙酚可以抑制突触EAA的释放，使脑缺血组织Glu的浓度降低，还能像低温一样可显著降低Gly的产生，从而减轻EAA受体介导神经毒性作用，进一步研究发现，异丙酚是通过抑制钠通道，籍此抑制突触的谷氨酸释放和交感神经的神经传递而发挥神经保护作用［14］。 Hans等［15］却提出，异丙酚可以减轻NMDA受体介导的毒性，他推测该作用可能是通过异丙酚的苯环基团非竞争性拮抗NMDA受体实现的，异丙酚和其它NMDA非竞争性拮抗剂共有的苯环结构提示其作用在NMDA受体的苯环己哌啶结合位点。Orser等［16］指出，异丙酚还可能是通过对门控通道的变构调节来抑制NMDA受体。在可逆性大脑中动脉阻塞造成的大鼠脑缺血/再灌注模型中，异丙酚和咪达唑仑均减少缺血部位EAA堆积；对于抑制性氨基酸（IAA）的堆积，异丙酚是增加而咪达唑仑减少，研究者还认为异丙酚可能通过加快再灌注期EAA的清除而产生脑保护效应［17］。国外有学者提出异丙酚可阻止细胞外Glu浓度升高而使细胞损伤减轻［18］；还能降低脑缺血后脑组织Gly的浓度，通过对Gly的影响减轻Glu等EAA的兴奋毒性。

    2．2．2  异丙酚对NMDAR直接抑制作用：许多研究都证实当NMDAR被异常激活时，对该受体通道的抑制可以产生神经元的保护作用［19］。异丙酚可以通过抑制NMDAR通道活性，减弱兴奋性突触后电流，或直接抑制NMDAR介导的兴奋性突触传递而产生脑保护作用。最近研究表明［20］，NMDA 300 μmol/L作用4 h可明显导致PC12细胞损伤，而异丙酚（6.25～400 μmol/L）可对NMDA所致的PC12细胞损伤产生显著的保护作用，进一步研究提示异丙酚可能通过直接或间接抑制NMDAR的功能，使［Ca2＋］ i降低，继而抑制NOS活性而产生细胞保护作用。

    2．2．3  异丙酚激活γ氨基丁酸（GABA）A受体，通过GABAA与NMDAR的协同作用而产生脑保护作用。也有报道异丙酚和硫喷妥钠的神经保护效果在很大程度上通过GABAA受体介导。

    3  异丙酚的脑保护作用近期研究

    近年来，静脉麻醉维持和诱导药物异丙酚的脑保护效应尤为引人注目，大量动物实验和人体试验都发现异丙酚具有脑保护效应［21～24］，它有良好的对抗应激性血糖升高作用，同时能保证脑氧供需平衡，有利于脑保护，对于颅脑外伤患者可减小氧自由基的产生，还能有效地减少脑的损伤。Gelb等［25］将实验鼠的一侧颈动脉结扎造成动物的脑缺血再灌注模型，结果发现使用异丙酚能显著减少鼠脑梗死的面积。甘国胜等［26］用异丙酚预处理后观察大鼠运动行为能力的变化，发现大鼠的神经行为学较缺血再灌注组改善明显，更接近于对照组。刘秀珍等［27］研究发现异丙酚能减少脑创伤家兔血及脑脊液神经元特异性烯醇化酶含量，动物神经学症状显著改善，死亡率明显下降，提示了异丙酚通过阻滞或减轻继发性脑损害，改善脑创伤后的神经功能而产生脑保护作用。

    关于异丙酚对脑缺血损伤的保护作用，目前仍存在争论。有研究发现丙泊酚对大鼠脑缺血无保护作用，不能抑制脑缺血产生的细胞外谷氨酸堆积现象［28］。国内于布为等［29］研究发现异丙酚对大鼠皮层和海马脑片谷氨酸损伤无保护作用，大剂量反而加重损伤，与国外某些文献结果吻和［30］。

    多数研究结果［31］都支持异丙酚对EAA兴奋毒性有抑制作用，并且EAAs受体在这个方面扮演十分重要的角色。近来研究的焦点集中于对EAAs受体的研究，并取得了显著成果。关于异丙酚对于EAAs受体的调节作用机制仍不十分清楚，尚需进一步研究。

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作者单位：滨州医学院解剖学教研室 滨州市 256603