GABA受體在腦缺血中的作用
甘平1,，程介士1
（1. 復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032）
摘要： GABA是哺乳類動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種抑制性氨基酸遞質(zhì)，通過其三種受體發(fā)揮生理作用。隨著對腦缺血損傷機(jī)制的研究,，科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)，GABA的三種受體在腦缺血損傷與修復(fù)中發(fā)揮了重要的作用,。本文對GABA的受體與腦缺血中的關(guān)系做一綜述。
關(guān)鍵詞：GABA受體,；腦缺血,；損傷與修復(fù)
中圖分類號：Q 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：
Effect of GABA receptors on the brain ischemia
GAN Ping1, YANG ru2, CHENG Jie-shi 1
(1. The Key National Neurobiology Laboratory of Medical College of Fudan University , Shanghai 20032,China)
Abstract：GABA is an important inhibitory neurotransmitor in mammal CNS, which produce effect by its three receptors. More evidence indicates GABA receptors play important roles in brain ischemia injury and repair. This view will discuss different roles of GABA receptors in brain ischemia injury and recovery.
Key words：GABA; brain ischemia; injury and recovery
GABA是哺乳類動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種抑制性氨基酸遞質(zhì)，與受體載體結(jié)合后使神經(jīng)元產(chǎn)生突觸前或突觸后的抑制,。GABA在半個世紀(jì)前分別由兩個實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地從腦萃取物中鑒定出來,，這兩個實(shí)驗(yàn)室分別是由Eugene Roberts和 Awapara領(lǐng)導(dǎo)的[1，2],。GABA在腦缺血中具有神經(jīng)保護(hù)作用,，但其受體的作用機(jī)制還有待闡明。 GABA受體分為GABA-A,GABA-B和GABA-C3種亞型,。
1 GABA受體簡介
1．1 化學(xué)結(jié)構(gòu)和分型 GABA-A受體分布于整個神經(jīng)系統(tǒng), 屬配體門控離子通道受體, 由GABA識別位點(diǎn),、安定識別位點(diǎn)和Cl－通道三部分組成。GABA-A受體具有a1~6, b1~4, g1~4, g2l, g2s, g3, d, e等亞單元,，每個GABA-A受體由四種共5個亞單元（如2a2b1g等）組成,，每個亞單元由具有四個跨膜螺旋（M1, M2, M3,
M4）的長肽鏈組成。GABA-B受體不及GABA-A受體豐富,，但小腦皮層及腳間核以GABA-B受體為主,。GABA-B
基金項(xiàng)目： 通訊作者：程介士 作者簡介：甘平（1972-）,，女，昆明人,，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究生. E-mail： 聯(lián)系電話：（021）54237521 收稿日期：2003-04-07
受體是GABA的自家受體,，從藥理學(xué)上把GABA-B受體分為GABA-B1和GABA-B2受體，GABA-B1在大腦皮層對激動劑3-APPA和baclofen都敏感,，而在脊髓水平對3-APPA敏感而對baclofen不敏感,。GABA-B1受體又可以分為GABA-B1b和GABA-B1g異源受體。GABA-C由r1和或r2亞單元組成,。
1.2 作用特性 GABA-A興奮時打開Cl-通道,，Cl-內(nèi)流使突觸后膜超極化，引起一種快IPSP,。GABA-B受體則與鉀通道偶聯(lián),，激動時通過一種百日咳毒素敏感的G蛋白(G/G) 打開鉀通道，使突觸后膜超極化,，引起慢IPSP,。但由于GABA-B受體主要分布于突觸前末梢，與GABA和baclofen高親和性地結(jié)合,，通過激動位于膜上的G蛋白,，抑制Ca2+內(nèi)流，在突觸前抑制興奮性氨基酸的釋放而產(chǎn)生抑制效應(yīng),。GABA-C受體對GABA較為敏感,，發(fā)生效應(yīng)緩慢，作用持久不易失敏,，其效應(yīng)不能被荷包牡丹堿（bicuculline,，Bic）阻斷，也不被苯二氮卓類（BZ）藥物所加強(qiáng),，但可被拮抗劑印防己毒素（picrotoxin,，PTX）和14AA阻斷。
1.3 激動劑及拮抗劑 GABA-A受體選擇性激動劑：蠅覃醇（muscimol）作用比GABA強(qiáng)10倍以上,。THIP(4,5,6,7,-四氫異惡唑[5,，4，-C]-吡啶酮-3醇)是蠅蕈醇的同類物,，毒性較低且具鎮(zhèn)痛作用,。荷包牡丹堿作用于GABA-A受體的識別位點(diǎn)，選擇性地阻斷GABA-A受體,。印防己毒素直接作用于Cl-通道,，是GABA不可逆的阻斷劑。GABA-B受體選擇性激動劑有苯氨丁酸（baclofen）。其拮抗劑有5-amino valeric acid(5AVA),3-aminopropame sufonic acid(3APS)和phaclofen([4p-chlorophenyl]-3aminopropyl-phosphonic acid)],。GABA-C受體選擇性激動劑有：TACA(trans-4-aminocrotonic acid), 蠅蕈醇,CACA(cis-4-aminocrotonic acid)[3],。拮抗劑有3APPA(3-aminoproyl phossphonic acid)。而kojic amone及progabode對GABA-A GABA-B受體均有激動作用,。
2 GABA受體在腦缺血時的改變
采用離體細(xì)胞胞內(nèi)和胞外記錄技術(shù)測定GABA-A介導(dǎo)的快IPSP和GABA-B受體介導(dǎo)的慢IPSP發(fā)現(xiàn),，局灶性缺血28d后，由于抑制性中間神經(jīng)元選擇性的死亡及其軸索的消失,，缺血組梗死灶部位GABA-A和GABA-B受體介導(dǎo)的抑制效應(yīng)與對照組相比,，分別降低了47%和37%[3]。而用免疫組化檢測后發(fā)現(xiàn),，在緊鄰皮層缺血損傷區(qū)1.7~4mm范圍,，GABA-A受體的a1亞型明顯減少，而a2亞型無顯著性改變,。同時發(fā)現(xiàn),，在缺血損傷周邊區(qū)約0.5~1.0mm范圍，皮層的GABA能中間神經(jīng)元parvalbumin的軸突和樹突有萎縮現(xiàn)象,，并且軸突和樹突的數(shù)量減少[4],。電化學(xué)法導(dǎo)致的皮質(zhì)缺血7天后，GABA-A受體的α1,，α2,，α5和γ2降低，而α3極顯著上調(diào),。研究者認(rèn)為,，這種亞單元表達(dá)的差異性或許與腦卒中后的功能恢復(fù)有關(guān)[5]。在大鼠單側(cè)永久性局灶性缺血4周后,，在缺血區(qū)周邊及對側(cè)半球均可見GABA-A受體與 [3H]標(biāo)記的蠅蕈醇（muscimol）結(jié)合顯著降低,，而與[3H]標(biāo)記的安定（dizocilpine）結(jié)合增強(qiáng)[6]。Sommer C等人發(fā)現(xiàn), 缺血后5min, 海馬CA1區(qū)的GABA-A 受體與muscimol 的結(jié)合顯著上調(diào)[7],。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)：短暫性缺血后，在海馬可見GABA-A受體mRNA的表達(dá)減少及GABA-A受體的迅速內(nèi)化[8],。
3 GABA受體在腦缺血時的作用及可能機(jī)制
已有大量文獻(xiàn)報(bào)道,，缺血期間及缺血后，胞外抑制性氨基酸GABA和taurine是增加的,。測定體內(nèi)微透析收集到的樣品時發(fā)現(xiàn),，缺血后GABA高達(dá)基礎(chǔ)水平的（1060±143）%[9]。但是關(guān)于這些抑制性遞質(zhì)在腦缺血病理?xiàng)l件下的作用,，特別是GABA受體的作用仍未達(dá)成共識,。
3.1 神經(jīng)保護(hù)作用
3.1.1 有助于神經(jīng)元的存活和功能重建 免疫組化DAB染色后可觀察到，在缺血損傷區(qū)約0.5~1.0mm范圍,，皮質(zhì)的GABA能中間神經(jīng)元parvabumim數(shù)量減少,，其軸突,、樹突萎縮。因?yàn)槿毖?，炎性?xì)胞和巨噬細(xì)胞活躍,， NO、自由基等毒性物質(zhì)増加,，引發(fā)一系列損傷效應(yīng)和能量耗竭,，綜合效應(yīng)的結(jié)果是細(xì)胞水腫、GABA能中間神經(jīng)元受損,，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的抑制作用減弱[4],。大鼠經(jīng)受大腦中動脈栓塞（middle cerebral artery occlusion， MCAO） 60min,，在24h后給予muscimol,，7~10d后將胚紋狀體移植至受損紋狀體，結(jié)果黑質(zhì)部位的神經(jīng)元與缺血對照組和缺血后單純移植組相比有顯著增多,。病理行為學(xué)的測試結(jié)果也表明有顯著好轉(zhuǎn),，可見GABA受體激動劑有助于黑質(zhì)神經(jīng)元的存活和促進(jìn)其功能重建。但是紋狀體受損后,，其他核團(tuán)的中間神經(jīng)元有否損傷,，GABA受體激動劑能否通過軸突投射而有助于這些核團(tuán)的中間神經(jīng)元支配功能重建還有待闡明[10]。缺血后,，CA1區(qū)神經(jīng)元的AMPA受體和其配體的結(jié)合維持不變,，但是[3H]musimol和GABA-A受體的結(jié)合明顯上調(diào)，表面興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)之間的相對變化有助于缺血后神經(jīng)元的存活[11],。
3.1.2 與細(xì)胞內(nèi)第二信使ATP和Ca2+的關(guān)系 使用傳統(tǒng)的膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)發(fā)現(xiàn),，大鼠孤束核神經(jīng)元的突觸后GABA受體對GABA的親和力是受到胞內(nèi)[ATP]i調(diào)節(jié)的[12]。Harata等人以11~14d Wistar大鼠CA1區(qū)錐形神經(jīng)元作材料,，在維持胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)完整,，同時維持Na+, K+ 和Cl-的濃度的情況下，采用nystatin-perforated膜片鉗單通道記錄發(fā)現(xiàn),，在缺乏ATP的情況下,，正常神經(jīng)元的GABA-A受體介導(dǎo)的內(nèi)向Cl－ 流-[IGABA]逐漸減少，而維持[ATP]i時,，可阻斷[IGABA]的降低,。其原因是缺血時能量耗竭使[ATP]i減少，引起[IGABA]降低從而導(dǎo)致Ca2+重?cái)z取增加,，胞內(nèi)Ca2+聚集,。用5mmol/L的鈣離子螯合劑EGTA可減輕Ca2+對GABA-A受體的影響[13]。有報(bào)道稱，以蛙的背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞為研究對象發(fā)現(xiàn),，Ca2+的增加抑制了GABA-A受體的活動[14],。這些研究結(jié)果表明，缺血引起GABA對突觸GABA-A受體的反應(yīng)因[ATP]i降低而減弱,。由于缺血后GABA-A受體的功能受到抑制,，從而剝奪了神經(jīng)元發(fā)揮對抗興奮性毒性的作用。聯(lián)合給予NMDA受體阻斷劑MK-801和GABA-A受體激動劑muscimol可以阻斷缺血對大鼠大腦的損傷作用[15],。Schwartz-Bloom等人研究發(fā)現(xiàn),，成年大鼠海馬的腦片在經(jīng)受了7min的糖-氧剝奪后，ATP的水平降低了70% ,，而diazepam（benzodiazepine受體的激動劑）能完全恢復(fù)此種狀況,。而且diazepam的作用可以被picrotoxin阻斷，但benzodiazepine的拮抗劑flumazenil不能阻斷diazepam的作用,。細(xì)胞色素C的大量釋放是受損細(xì)胞死亡的信號之一,。Diazepam在使ATP水平完全恢復(fù)的同時還能阻止細(xì)胞色素C的釋放[16]。
3.1.3 GABA受體的激動劑及其擬似物具有神經(jīng)保護(hù)作用 采用生物鑒定法,，在可逆性MCAO缺血模型上的研究發(fā)現(xiàn),，缺血5min后腹腔注射GABA-B激動劑baclofen 20mg/kg具有神經(jīng)保護(hù)作用。由于baclofen可作用于突觸前GABA-B受體,，抑制glutamate的釋放,。同時，GABA-B受體在突觸后膜發(fā)揮作用,，增加鉀導(dǎo),，限制了胞外Ca2+內(nèi)流，這些作用減輕了隨后的一系列損傷效應(yīng),。但不能確定的是,，baclofen引起血壓升高并經(jīng)過血管的側(cè)支循環(huán)增加腦血流再灌是否是其發(fā)揮保護(hù)作用的原因之一。也就是說,，其保護(hù)機(jī)制有待進(jìn)一步探討[17],。在沙鼠前腦缺血模型中發(fā)現(xiàn)，缺血前給予安定受體全效和部分激動劑diazepam和 PUN- 101017均可保護(hù)CA1區(qū)神經(jīng)元的存活,。但再灌后給予PUN- 101017的效用優(yōu)于diazepam,。可能的機(jī)制是,，正常情況下GABA受體通過內(nèi)向Cl-通道發(fā)揮去極化的抑制作用,。但在缺血損傷時GABA受體因暴露在大量釋出的GABA中轉(zhuǎn)而產(chǎn)生興奮效應(yīng),。采用海馬腦片研究發(fā)現(xiàn),，在GABA-A受體異常活躍時，不但使Cl-進(jìn)入神經(jīng)元,，而且伴隨陽離子以HCO3－形式進(jìn)入[18],。結(jié)果內(nèi)向Cl－流喪失而外向HCO3－持續(xù)存在，GABA反而使神經(jīng)元去極化,。因此,，在缺血損傷前給予全效GABA激動劑能增強(qiáng)GABA的抑制作用，但在損傷后給予卻不能發(fā)揮保護(hù)作用了[19],。在Schwartz-Bloom等人的研究里,，前腦缺血后注射benzodiazepine受體的激動劑diazepam和部分激動劑imidazenil對海馬CA1b區(qū)的神經(jīng)元具有保護(hù)作用。分別采用Nissl染色和TUNEL染色觀察發(fā)現(xiàn),，diazepam的治療效果比imidazenil的好,。但同時采用電鏡方法，則可觀察到CA1b區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)已受到了破壞[20],。
有研究表明,，GABA-A受體的擬似物clomethiazole對缺血損傷后的動物具有神經(jīng)保護(hù)作用。但是人們沒有肯定GABA-A受體的激動劑benzodiazepines 和部分激動劑 barbiturates 的神經(jīng)保護(hù)作用,。并且由于GABA-A受體亞型的多樣性及其配體的作用而低估了GABA 擬似物的保護(hù)作用[21],。
3.2 GABA受體的神經(jīng)毒作用 雖然通常認(rèn)為缺血使興奮性氨基酸增加，胞內(nèi)Ga2+聚集,，繼而引發(fā)一系列反應(yīng),，最后導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。但現(xiàn)有大量證據(jù)表明,，興奮性細(xì)胞死亡是胞外Cl－依賴性而非胞內(nèi)Ga2+依賴性,。據(jù)報(bào)道GABA和glycine受體的阻斷劑具部分神經(jīng)保護(hù)作用，這表明抑制性遞質(zhì)受體的活動導(dǎo)致興奮性毒性[22],。Fukuda等人用7~14d的大鼠的體感皮質(zhì)椎形神經(jīng)元進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),，GABA-A受體拮抗劑bicuculline可以減少缺血（糖-氧剝奪）引起的胞內(nèi)Ca2+蓄積，但GABA不能引起胞內(nèi)Ca2+的持續(xù)增加,。當(dāng)用1.5mmol/L furosenide(速尿)抑制了Cl－外排,，則GABA能引起胞內(nèi)Ca2+的增加。他們認(rèn)為：GABA能神經(jīng)元引起的IPSP比Glu引起的EPSP對缺血更為敏感,。在正常情況下,，GABA主要發(fā)揮抑制作用，bicuculline能通過阻抑GABA-A受體這一抑制體系而增加興奮作用,。但在缺血情況下Cl－外排機(jī)制受損,，GABA-A致使膜去極化并引起Ca2+內(nèi)流，此時的GABA扮演了加重興奮性毒性的作用,。由于未成熟個體 (7~14d的大鼠) 的大腦其抑制性和興奮性體系之間的平衡尚未發(fā)育完全,，因此GABA的抑制作用更易發(fā)生反轉(zhuǎn)[23],。新生0d和1d的大鼠在外源性muscimol的作用下，海馬齒狀回的神經(jīng)元減少,，水迷宮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，大鼠的學(xué)習(xí)能力缺損[24], 而且可以用dialtiazem（L-型電壓敏感性Ca2+通道阻斷劑）抑制[25]。Chen等人亦發(fā)現(xiàn)通過阻抑GABA 和glycine受體的活動,，可以保護(hù)視網(wǎng)膜細(xì)胞免于缺血性損傷及死亡,，因GABA 和Glycine受體的拮抗劑阻止了Cl－的內(nèi)流[26]。Xu 等人發(fā)現(xiàn), 緩慢抑制GABA-A受體的活動可以延長海馬神經(jīng)元的存活時間,，而用神經(jīng)類固醇或GABA-A受體的激動劑加強(qiáng)GABA-A受體的活動就會增加培養(yǎng)細(xì)胞的脫失,，表明GABA-A受體的過度活動是具有神經(jīng)毒作用的[27]。
綜上所述,，GABA受體的作用機(jī)制是復(fù)雜的,，由不同亞單元組成的不同受體亞型，在缺血前和缺血時發(fā)揮的作用存在差異,。不同受體亞型的不同作用途徑, 以及在個體發(fā)育不同階段的作用還需進(jìn)一步闡明,，以探索一條腦缺血保護(hù)的有效途徑，并對臨床用藥提供正確的理論指導(dǎo),。
參考文獻(xiàn)：
[1] Awapara J,Landua AJR,Fuerst J,Seale B.Free amino γ-aminobutyric acid in brain[J].J Biol Chem, 1950, 187:35-39.
[2] Roberts E,Frankel S. γ-aminobutyric acid in brain:its formation from glutamic acid.J Bio Chem , 1950,187:35-39.
[3] Mittmann T, Qü M, Zilles K, et al. Long term cellular dysfunction after focal cerebral isehemic: in vitro analyses.Neuroscience, 1998,85(1):15-27.
[4] Neumann-Haefelin T, Staiger FJ, Redecker C, et al. Immunohistochemical evidence for dysregulation of the GABAergic system ipsilateral to photochemically induced cortical infarcts in rats.Neuroscience, 1998,87(4):871-879.
[5] Redecker C, Wang W, Fritschy JM, et al. Widespread and long-lasting alteration in GABA(A)-receptor subtypes after focal cortical infarcts in rats:mediation by NMDA-dependent processes.J Cere Blood Flow Metab, 2002, 22(2):1463-1475.
[6] Alicke B, Schwartz Bloom RD. Rapid down regulation of [3H]muscimol binding sites in the gerbil hippcampus following transient cerebral ischemica.J.Neurochem, 1995, 65:2808-2811.
[7] Sommer C, Fahrner A, Kiessling M. Postischemic neuroprotection in the ischemia-tolerant state gerbil hippocampus is associated with increased ligand binding to inhibitory GABA(A) receptors. Acta Neuropathol (Berl); 2003,105(3):197-202.
[8] Li H, Siegel RE, Schwartz RD. Rapid decline of GABA-A receptor subunit mRNA expression in hippocampus following transient cerebral ischemia in the gerbil.Hippocampus, 1993,3:527-538.
[9] Gabriel EM, Inglefield JR, Chadwick LE, et al. Ischemia injury and extracellular amino acid accumulation in hippocampal area CA1 are not dependent upon an intact septo-hippocampl pathway.Brain Res, 1998,785:279-286.
[10] Goto S, Yamada K, Yoshikawa M, et al. GABA receptor agonist promotes of the striatonigral pathway by transplant devived from fetal striatal primordia in the lesioned striatum. Exp, Neurol, 1997,147:503-509.
[11] Sommer C, Fahrner A, Kiessling M.Postischemic neuroprotection in the ischemia-tolerant state gerbil hippocapus is associated with increased ligand binding to inhibitory GABA(A) receptors. Acta Neuropathol (Berl), 2002,105(3):197-202.
[12] Shirasaki T, Aibara K, Akaike N. Direct modulation of GABA-A receptor by intracellular ATP in dissociated nucleus tractus solitari neurones of rat. J physiol, 1992, 449:551-572.
[13] Harata N, Jie W, Ishibashi H. Run-down of GABA-A response under experimental ischemia in acutely dissociated CA1 pyramidal neurones of the rat. J Physiol, 1997,500(3):673-688.
[14] Oomura I, Akaike Y. Intracellular calcium inos decrease the affinity of the GABA receptor.Nature, 1986, 324:156-158.
[15] Lyden PD, Lonzo L. Combination therapy protects ischemic brain in rat:a glutamate antagonist plus a γ-aminobutyrie acid agonist.Storke, 1994, 25:189-196.
[16] Galeffi F, Sinnar S, Schwartz-Bloom RD.Diazepam promotes ATP recovery and prevents cytochrome c release in hippocampal slices after in vitro ischemia[J]. J Neurochem, 2000, 75(3):1242-1249.
[17] Friedman CJ, Lyden PD, Nanez S, et al. High dose baclofen is neuroprotective but also causes intracerebral hemorrhage:a quantal bioassay study using the intraluminal suture occulsion method. Exp neurol, 1997,147:346-352.
[18] Staley KL, Soldo BL, Proctor WR. Ionic mechanisms of neuronal excitation by inhibitory GABA-A receptors.Science, 1995,269:977-981.
[19] Hall ED, Fleck TJ, Oostveen JA. Comparative neuroptective properties of the benzodiazepine receptor full agonist diazepam and the partial agonist PNU-101017 in the gerbil forebrain ischemia model. Brain Res, 1998, 798:325-329.
[20] Schwartz-Bloom RD, Miller KA, Evenson DA, et al. Benzodiazepines protect hippocampal neurons from degeneration after transient cerebral ischemia: an ultrastructural study. Neuroscience, 2000, 98(3):471-484.
[21] Green AR, Hainsworth AH, Jackson DM. GABA potentiation: a logical pharmacological approach for the treatment of acute ischaemic stroke. Neuropharmacology, 2000, 39(9):1483-1494.
[22] Erdo SL. Strychnine protection against excitotoxic cell death in primary cultures of rat cerebral cortex. Neurosci Let, 1990, 115: 340-344.
[23] Fukuda A, Muramatsu K, Okabe A, et al.Changes in intracellular Ga2+ induced by GABA-A receptor activation and reduction in Cl- gradient in neonatal rat neocortex. Am Physiol Soc, 1998,
[24] Nunez JL, Alt JJ, McCarthy MM. A novel model for prenatal brain damage. Ⅱ. Long-term deficits in hippocampal cell number and hippocampal-dependent behavior following neonatal GABAA receptor activation. Exp Neurol, 2003,181(2):270-280.
[25] Nunez JL, Alt JJ, McCarthy MM. A new model for prenatal brain damage.Ⅰ. GABAA receptor activation induces cell death in developing rat hippocampus. Exp Neurol, 2003,181(2):258-269,.
[26] Quan Chen,Krista Moulder,Tatiana Tenkova,etc.Excitotoic cell death dependent on inhibitory receptor activation.Expermental Neurol, 1999,160:215-225.
[27] Xu W, Cormier R, Fu T, et al. Slow death of postnatal hippocampal neurons by GABA(A) receptor overactivation. J Neurosci, 2000,1;20(9):3147-3156.
