耳蜗谷氨酸－谷氨酰胺循环

目前认为，各种耳蜗疾病如突发性聋、噪声引起的听力损失、老年性聋和外周性耳鸣等均与谷氨酸兴奋性毒性有关。谷氨酸是耳蜗内毛细胞与Ⅰ型螺旋神经节神经元之间主要的传入神经递质，对听觉的产生具有重要的作用。另外，作为兴奋性神经递质，谷氨酸过量释放可以导致耳蜗的神经毒性作用，主要表现为传入神经树突水肿为特征的损害，严重者可致神经元死亡。多年来，学者们推测耳蜗中可能存在谷氨酸摄取系统，即谷氨酸－谷氨酰胺（glutamic acid－glutamine，Glu－Gln）循环，通过调节突触间隙中谷氨酸含量，维持内耳正常的生理功能。

（一）谷氨酸－谷氨酰胺循环路径

1981　年，Costman等提出在中枢神经系统谷氨酸能神经元和神经胶质细胞之间可能存在谷氨酸－谷氨酰胺（Glu－Gln）循环。谷氨酸储存于突触前小囊泡中，通过钙离子依赖性的出胞作用释放到突触间隙，与突触后膜上的离子型谷氨酸受体或代谢型谷氨酸受体结合后，激活了与其相耦联的钠、钙离子通道或G蛋白，从而产生兴奋性冲动。未与受体结合的谷氨酸通过两条途径转运：重新摄取回突触前囊泡；扩散到突触间隙被神经胶质细胞摄取后在谷氨酰胺合成酶的作用下转化为谷氨酰胺，神经元细胞摄取谷氨酰胺后通过谷氨酰胺酶转化为谷氨酸，转运到突触前囊泡中完成循环。这是中枢神经系统中的谷氨酸－谷氨酰胺循环学说。1983年，Eybalin等利用放射自显影方法对离体内毛细胞、支持细胞摄取放射性标志的谷氨酸和谷氨酰胺的研究推测耳蜗中可能存在类似于中枢神经系统中的谷氨酸－谷氨酰胺循环机制。不过，至今谷氨酰胺是否进入内毛细胞尚未得到证实。

内毛细胞释放兴奋性传入神经递质谷氨酸至内毛细胞和Ⅰ型螺旋神经节神经元之间的突触间隙，一部分谷氨酸与突触后膜上谷氨酸受体（GluR）结合，激活与Glu－R相耦联的Na＋通道引起Na＋内流，引起神经末梢的兴奋，产生听觉；过量释放或未与突触后膜受体结合的谷氨酸被支持细胞膜上的谷氨酸－天冬氨酸转运体（glutamate－asparate transporter，GLAST）转运进入支持细胞，在谷氨酰胺合成酶的作用下转变为谷氨酰胺，Gln由支持细胞排出后，被释放到支持细胞外，再由内毛细胞摄取后在磷酸激活的谷氨酰胺酶作用下重新合成谷氨酸完成循环。如此周而复始循环，不断达到新的Glu平衡。

Glu－Gln循环的目的在于将过多Glu摄取后转换为Gln，再进入IHC合成为Glu。以此达到相对平衡，这其中有几个重要的环节（图12－3）：①突触囊泡释放Glu；②Glu的转运载体（GLAST）：谷氨酸－天冬氨酸转运载体；③Gln合成酶（GS）：使Glu转化为Gln；④Gln转运载体入IHC；⑤在谷氨酰胺酶（PAG）作用下，使Gln转化为Glu（补充IHC内的Glu）。听神经纤维去极化后产生动作电位（CAP），CAP反映了3个环节（内毛细胞，内毛细胞下突触和螺旋神经节的神经纤维）的功能。当3个环节中任何一个出现异常时，都会使CAP阈值升高。

图12－3　Glu－Gln循环模式

（二）Glu的兴奋性毒性机制

Glu既是兴奋性递质，同时对突触后膜有营养作用。当IHC损伤时，Glu减少，突触后膜退行性变，Glu过量，又会产生兴奋性毒性，可同时损伤突触后膜和IHC。出现突触后膜与突触间隙水肿、空泡形成；IHC胞内空泡形成。Glu兴奋性毒性的机制大致为：a．激活PA/KA受体，促进Na＋内流和K＋、Cl－外流，造成细胞膜内、外电解质紊乱；b．过量Glu过度激活NMDA受体。Ca2＋通道病理性开放，引起大量Ca2＋内流，造成细胞内Ca2＋超载；c．通过AMPA/KA受体耦合通道进入细胞内的Na＋增加，使之持续去极化，启动电压依赖性Ca2＋通道开放，Ca2＋库中的Ca2＋也释放，细胞内Ca2＋也超载。d．细胞Ca2＋增加，激活磷脂酶A2和磷脂酶C，使膜磷脂降解，释放出大量的花生四烯酸及代谢产物白三烯等活性物质，使血管收缩，供血减少，引起IHC的传入神经末梢血管源性水肿。所以，减少突触前膜Glu的释放，阻断突触后膜Glu受体，以及阻断细胞内Glu介导的Ca2＋释放，注入谷氨酰胺合成酶激动剂等都可能降低Glu兴奋性毒性作用。耳蜗内灌流Glu，可使CAP阈值上升，但CM的非线性特点未改变。可见过多的Glu选择性破坏了内毛细胞及其下的传入突触。

（三）噪声损伤对Glu－Gln循环的影响

噪声暴露后，引起IHC的Glu免疫反应减弱，淋巴液中的Glu增加；噪声暴露同时，灌流GLAST，或者灌流Glu合成酶（GS），都可起到部分防御NIHL的作用；噪声暴露同时，灌流组氨酸（Gln转运载体拮抗药），由于减少了Glu合成的原料Gln，因此也可部分防御NIHL。

综上所述，耳蜗中存在着谷氨酸－谷氨酰胺循环过程的各种酶、受体及转运体，且其分布特点与脑组织中谷氨酸－谷氨酰胺循环基本一致，提示耳蜗中可能存在谷氨酸－谷氨酰胺循环机制。在许多病理情况下，如缺血、缺氧、噪声等刺激导致的耳蜗损伤及听功能下降，均与谷氨酸的代谢异常有关，在此过程中谷氨酸－谷氨酰胺循环可能发挥重要作用。同时谷氨酸－谷氨酰胺循环中的每个环节，都可能成为治疗与谷氨酸兴奋性毒性作用有关的耳蜗疾病的靶点。