谷氨酸及NMDA受體與全身麻醉藥

麻醉手術(shù)后病人出現術(shù)后認知障礙（Post Operative Cognitive Dysfunction，POCD）是老年病人術(shù)后早期較為突出的問(wèn)題[1]，嚴重困擾著(zhù)臨床麻醉醫生。雖然影響因素很多，但全身麻醉藥物對認知功能的影響不容否認?，F已基本明確全身麻醉藥物是主要通過(guò)抑制興奮性突觸傳遞和增強抑制性突觸傳遞產(chǎn)生麻醉作用。顱內興奮性遞質(zhì)谷氨酸及NMDA受體被認為與學(xué)習、記憶、中樞神經(jīng)系統疼痛的傳導和大腦創(chuàng )傷后神經(jīng)元的死亡及POCD等有重要關(guān)系[2~6]，隨著(zhù)對全麻機制的深入探索和認知科學(xué)的認識，全麻藥物對學(xué)習記憶功能的影響和機制也將更加清楚?，F就谷氨酸及NMDA受體與全身麻醉藥的關(guān)系最新研究進(jìn)展作一綜述。

1．谷氨酸

谷氨酸(glutamate，Glu) 是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統內重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，也是腦內含量最高的氨基酸，以大腦皮層和海馬含量最高，Glu是不能通過(guò)血腦屏障，不通過(guò)血液供給腦，因此只能有局部代謝產(chǎn)生。即葡萄糖經(jīng)Krabs循環(huán)產(chǎn)生а-酮戊二酸和草酰乙酸，通過(guò)轉氨酶作用產(chǎn)生Glu [7]。突觸間隙中的Glu被位于神經(jīng)元細胞和膠質(zhì)細胞膜上Na+依賴(lài)性EAA轉運體（EAA transporters， EAAT）攝回而被迅速清除使其作用終止。被攝回的Glu被谷氨酰胺（Gln）合成酶的作用下轉變?yōu)镚ln后重新進(jìn)入突觸前神經(jīng)元末梢，被線(xiàn)粒體內磷酸化激活的谷氨酸酶轉化成Glu進(jìn)行再循環(huán)，這就是所謂的“谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)”[3]。正常情況下，Glu在谷氨酸能神經(jīng)元內被攝入、聚集、貯存于囊泡內，當神經(jīng)元

去極化時(shí)，囊泡內的Glu以Ca2+依賴(lài)方式釋放于突觸間隙中，與突觸后不同亞型的Glu受體結合。完成興奮性突觸傳遞及其它生理作用。靜息狀態(tài)下， Glu在細胞外、細胞內、突觸囊胞內的濃度分別為1 um、10 um及100 um。病理情況下，細胞外間隙中Glu濃度增高，過(guò)度剌激其受體對中樞神經(jīng)系統有明顯的毒性作用即興奮性神經(jīng)毒性[7~9]。

2. 谷氨酸受體(glutamate receptor，GluR)分為五種[7]，包括4種親離子即N-甲基D-門(mén)冬氨酸（N-methy-D-aspatrate，NMDA）受體，α-氨基-3-羥基5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-mino-3-hydroxy-5-methy-4-isoxazole propionic acid，AMPA）受體，海人藻酸（kanic acid，KA）受體和 L-2-氨基4-磷丁酸（L-AP4）受體及一種親代謝型受體，后四種又稱(chēng)為非NMDA受體。Glu與突觸后親離子受體結合，導致陽(yáng)離子通道打開(kāi)，使膜去極度化，膜興奮性增高，興奮性突觸后電位主要有AMPA和NMDA受體介導的成份組成。L-AP4受體可能位于興奮性突觸前膜，對Glu釋放起負反饋作用。親代謝受體與G-蛋白相耦聯(lián)可能參與磷酸肌醇的代謝、花生四烯酸的生成和環(huán)-磷酸肌苷的調節，其功能尚不完全清楚。

NMDA受體 是目前研究較為深入的EAAs受體之一。哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統內NMDA受體從大腦皮層到脊髓都有廣泛分布，其中以大腦皮層和海馬密度最高[4，6]。利用分子生物學(xué)技術(shù)現已發(fā)現NMDA受體至少存在7種亞型，即NR1、NR2B、NR2B、NR2C、NR2D、NR3A和NR3B）。NR1是功能亞基，與NR2、NR3亞基組成異聚體后，能形成有高度功能活性的NMDA受體通道[6]。NMDA受體除具有Glu連結位點(diǎn)外，還有甘氨酸連結位點(diǎn)，必須兩個(gè)位點(diǎn)都結合后，才能激活受體[10]。NMDA受體通道具有一種獨特的門(mén)控方式，既受配基門(mén)控，又受電壓門(mén)控，其電壓依賴(lài)性是離子通道內部的Mg阻滯作用決定的[6]。與非NMPA受體不同，NMDA受體激動(dòng)時(shí)，其偶聯(lián)的陽(yáng)離子通道開(kāi)放，除Na+、K+通過(guò)外，還允許Ca2+通過(guò)。高鈣電導是NMDA受體的特點(diǎn)之一，也是NMDA受體與Glu興奮性神經(jīng)毒性、觸發(fā)突觸長(cháng)時(shí)程增強 (long-term potentiation，LTP)效應、學(xué)習記憶形成機制密切相關(guān)的原因。

3. Glu及NMDA受體的生理作用： (1) 興奮性遞質(zhì)作用：多數興奮突觸后電位由AMPA受體和NMDA受體的離子成分組成。(2) 在學(xué)習記憶、發(fā)育中突觸可塑性、神經(jīng)元營(yíng)養、樹(shù)突的生長(cháng)形成以及與認知功能等方面具有重要作用[2~6]。NMDA受體可觸發(fā)突觸LTP效應，LTP是突觸部位傳遞效能增強的一種現象，也是突觸可塑性的表現形式，被認為是腦內信息貯存和記憶形成的生理機制，與學(xué)習記憶密切相關(guān)[2，6]。在腦細胞信息傳遞過(guò)程中，NMDA受體通路是決定學(xué)習、記憶的關(guān)鍵[6]。該通路受阻會(huì )引起學(xué)習記憶障礙。動(dòng)物試驗證明[2，6]，NMDA受體拮抗劑能阻斷LTP形成，并損害小鼠空間辨別記憶。

4．谷氨酸及NMDA受體與全身麻醉藥

4.1 谷氨酸及NMDA受體與吸入全麻藥

NMDA受體是中樞神經(jīng)系統中主要的興奮性氨基酸受體，研究證明吸入麻醉藥的抗傷害作用與NMDA受體有密切的關(guān)系。傷害性刺激誘發(fā)神經(jīng)興奮產(chǎn)生動(dòng)作電位時(shí)，Glu以胞吐方式從突觸前膜釋放到突觸間隙，與突觸后膜的NMDA受體產(chǎn)生興奮性效應[10，11]。

Haseneder等[10]用全細胞膜片鉗技術(shù)研究大鼠脊髓背角神經(jīng)元發(fā)現，異氟醚抑制傷害性信息初級傳入位點(diǎn)脊髓背角淺層Glu釋放，從而實(shí)現其突觸前抑制興奮性突觸傳遞的功能。Nishikawa等[11]在大鼠海馬腦片上用電生理的方法研究發(fā)現，臨床濃度的氟烷和異氟醚不僅能抑制突觸前膜谷氨酸的釋放，而且能夠顯著(zhù)抑制由NMDA受體所介導的興奮性突觸后電位（EPSPs）。Cheng等[12]研究也發(fā)現，安氟醚能夠直接抑制小鼠脊髓運動(dòng)神經(jīng)元NMDA受體所介導的EPSPs。研究還表明[13] 異氟醚對Glu受體抑制作用具有選擇性，1.4%異氟醚抑制NMDA受體介導的EPSPs達55%，而對非NMDA受體則沒(méi)有如此明顯效應。

Sumikura等[14]研究發(fā)現大鼠鞘內注射N(xiāo)MDA受體的拮抗劑AP5 10mg能使七氟醚的肺泡氣最低有效濃度（minimum alveolar concentration，MAC）下降25.8%左右（P<0.01）。Stabernack等[15]研究發(fā)現鞘內注射N(xiāo)MDA受體的拮抗劑MK801能使異氟醚的MAC下降約65%（P<0.001），并且發(fā)現MAC下降的程度與脊髓中MK801的濃度成正相關(guān)。以上這些研究均提示NMDA受體參與了吸入麻醉藥抗傷害作用的調制過(guò)程。

Masaki等[16]在大鼠側腦室注射N(xiāo)MDA受體拮抗劑D-AP5也能明顯減少七氟醚的MAC（P<0.05）。提示高位中樞的NMDA受體至少參與或部分介導了吸入麻醉藥全麻作用。

Larsen等[17]認為異氟醚主要通過(guò)增加突觸前膜對Glu的攝取，抑制突觸前膜釋放，使突觸間隙Glu濃度快速下降，抑制興奮性神經(jīng)傳遞作用。清除突觸前膜釋放的Glu可終止其突觸傳遞過(guò)程，突觸前膜本身可能從突觸間隙再攝取一部分Glu，然而，大部分的Glu被星形膠質(zhì)細胞清除。Hirofumi等[18]從鼠胚胎的海馬回中提取星形細胞，在含有[3H] Glu的溶液中培養（這種溶液事先在37℃經(jīng)0～4%氟烷均衡過(guò)），測量星形細胞內的放射量以評估其中的蛋白質(zhì)含量，結果表明，氟烷可顯著(zhù)增加星形細胞中Glu的攝取量。提示抑制突觸前膜Glu釋放和增加星形細胞內Glu攝取增加可能是吸入性麻醉藥的一個(gè)共同特性。

有證據表明，吸入性麻醉藥異氟醚和氟烷是NMDA受體拮抗劑，能抑制NMDA受體和Glu引起的神經(jīng)元去極化，降低NMDA通道開(kāi)放頻率和時(shí)間，減少Ca++的內流[19]，防止神經(jīng)元凋亡[20]。

以上研究表明，Glu和NMDA受體參與了吸入性麻醉藥的麻醉和異氟醚的腦缺血保護。

4.2 谷氨酸及NMDA受體與靜脈全麻藥

異丙酚是一種較為理想的靜脈麻醉藥，目前認為，異丙酚作用于中樞神經(jīng)系統的確切機制仍不清楚，但與抑制Glu及NMDA受體有關(guān)。

離體實(shí)驗表明[21]，異丙酚主要是抑制腦內突觸前膜Glu的釋放。應用大鼠大腦皮層突觸體（主要成分為突觸膜）研究發(fā)現，異丙酚以濃度依賴(lài)方式抑制突觸體Glu的釋放，半數抑制濃度（IC50）為39μmol/L，而對于KCl誘導的Glu釋放沒(méi)有影響。異丙酚主要是抑制Na內流從而抑制突觸前膜去極度化引發(fā)的Glu的釋放。不同腦區的Glu對異丙酚作用的敏感性不同，如海馬、紋狀體內突觸體Glu釋放的受抑制程度較皮層明顯[13]。

另外，臨床濃度的異丙酚可通過(guò)抑制NMDA受體通道活性，減弱EPSPs[22]，或抑制氧化應激反應，降低細胞外Glu濃度，抑制NMDA受體，減少因NMDA受體介導興奮性毒性所致的神經(jīng)細胞死亡而達到腦保護作用[23]，推測異丙酚通過(guò)抑制Glu觸發(fā)的細胞內Ca2+增加而發(fā)揮腦保護機制。

研究表明[24]還發(fā)現，異丙酚可使大鼠腦區的NO、CGMP含量降低，說(shuō)明異丙酚能明顯抑制NOS活性，異丙酚通過(guò)對NOS抑制作用，抑制NO生成及Glu釋放，抑制NMDA受體，減弱它們對神經(jīng)細胞的損傷而發(fā)揮腦保護作用。

氯胺酮是臨床上常用的一種靜脈麻醉藥，以顯著(zhù)的鎮痛和遺忘，但不必意識喪失為特征。它是惟一通過(guò)美國FDA認證的NMDA受體拮抗劑。國內外學(xué)者通過(guò)離體腦損傷實(shí)驗模型，研究證實(shí)氯胺酮可保護因細胞能量代謝障礙和興奮性氨基酸毒性所致的腦損傷[25，26 ]。

然而，1989年Olney等[27 ]首次報道氯胺酮可以引起引起成年大鼠扣帶和胼胝體后壓部皮質(zhì)神經(jīng)元損害，此后有許多類(lèi)似報道給予證實(shí)[28]。臨床觀(guān)察也發(fā)現使用氯胺酮的病人有類(lèi)似精神分裂的癥狀，存在認知損害和行為異常。

目前認為氯胺酮產(chǎn)生有效麻醉和鎮痛作用與NMDA受體的苯環(huán)己哌啶（PCP）位點(diǎn)被阻滯有關(guān)[29]。 Orser等[29]研究認為氯胺酮是通過(guò)兩個(gè)不同機制來(lái)抑制NMDA受體：氯胺酮與開(kāi)放的通道結合，從而縮短通道的開(kāi)放平均時(shí)間；氯胺酮通過(guò)一個(gè)生化變構機制來(lái)減少通道開(kāi)放的頻率。對NMDA受體的阻滯是引起鎮痛、遺忘、幻覺(jué)和神經(jīng)保護效果的主因[30]。

5．結語(yǔ)

顱內興奮性遞質(zhì)Glu及NMDA受體被認為與學(xué)習、記憶、中樞神經(jīng)系統疼痛的傳導和大腦創(chuàng )傷后神經(jīng)元的死亡及POCD等有重要關(guān)系。一些全身麻醉藥可能是通過(guò)谷氨酸能作用而發(fā)揮包括記憶缺失、意識消失和鎮痛作用的全麻效應，降低Glu從突觸前膜釋放，抑制它與NMDA受體的結合以及增強它在突觸間的攝取，都能極大地調節谷氨酸能神經(jīng)元的興奮性。

Glu及NMDA受體在全身麻醉過(guò)程中的重要性，各種全麻成分在學(xué)習、記憶中的介導作用，特別是否與POCD有關(guān)，將是今后科學(xué)家們共同研究的目標。