中枢神经系统突触外区受体与脑功能异常

中枢神经系统突触外区GABAA受体的变异及调制，对于脑功能有十分广泛的影响。

正常睡眠对于正常生活是必需的，许多神经-精神疾病如抑郁症、精神分裂症，经常伴有严重的睡眠紊乱。但是，我们对于调控睡眠的机制知道得很少，仅依赖有限的资源和临床介入来处理睡眠异常，远未合乎期望。GABAA受体在调控睡眠节律方面起关键作用。几十年来，苯二氮（benzodiazepine）和唑吡坦（zolpidem）这两种药因为能够增强GABA电流而被人知晓，仍然是最广泛地被处方应用的失眠治疗药物，尽管它们会引起药物耐受、成瘾和戒断等问题。在如何改良药物干预方法的研究中，人们现在清楚了，促睡眠药物如加波沙朵的催眠作用，可归于对δ GABAA受体的选择性作用。当其浓度达到大约500 nmol/L时，此药激活δ GABAA受体，而对于突触GABAA受体却很少有作用。这种选择性来自加波沙朵对γ2 GABAA受体较之对δ GABAA受体的低表观亲和力。作为催眠药，加波沙朵应用于人类可增加睡眠时程，促进慢波睡眠或非快速眼动（non-rapid eye movement，NREM）睡眠。通过基因操控方法把小鼠δ GABAA受体去掉后，加波沙朵诱导的慢振荡就从脑电图上消失，而加波沙朵的麻醉效应也减弱。不幸的是，加波沙朵作为苯二氮的取代药物，由于在部分病人中引起幻觉和定向障碍等副作用，因此未能通过第Ⅲ期临床试验，但是更强效的δ GABAA受体选择性激动剂正在开发之中［4］。

许多神经疾病所共有的丘脑-纹状体-皮层网络的动力学变化，可能是睡眠异常的原因。这件事可能联系到突触外区GABAA受体功能的改变。在丘脑中，张力性GABA电导促进丘脑转输（relay）神经元的爆发性放电，而这对于NREM睡眠时产生1～4 Hz的脑电图慢节律是关键因素。在NREM睡眠时，与快速眼动（rapid eye movement，REM）睡眠或觉醒状态相比较，丘脑部位细胞周围的GABA浓度升高。新大脑皮层表面Ⅱ/Ⅲ层也有δ GABAA受体，但是现在很少有证据提示，新大脑皮层的这些δ GABAA受体有贡献于睡眠时看到的慢的丘脑-皮层节律。在帕金森病患者疾病发展的早期，在药物治疗开始之前，睡眠异常是经常遇到的非运动性症状。纹状体的尾状核-壳核脑区调节运动的设计，因而关键性地联系着帕金森病。此脑区的中等树突棘神经元的突触外区也表达高水平的、含α4βδ亚单位的GABAA受体及多巴胺D1受体，展示由δ GABAA受体群介导的张力性电导。多巴胺驱动的丢失是帕金森病的特征，这个特征解释了纹状体GABA浓度的增高。有趣的是我们不妨猜想一下，此变化可能构成与帕金森病相联系的睡眠紊乱的原因；而细胞周围GABA浓度的变化可以解释一系列神经-精神疾病中常有的睡眠紊乱，包括抑郁症［4］。

调制睡眠和诱导麻醉的药物具有共同的分子靶。应用GABA摄取阻断剂可以增加细胞周围的GABA浓度，将会引起麻醉样状态；神经甾体（它是脑合成的、卵巢和肾上腺皮质甾体激素的代谢产物）可以通过对δ GABAA受体的作用，而用作麻醉剂。的确，δ GABAA受体的丢失关联到由神经甾体诱导的麻醉反应减弱。其他重要的全身麻醉剂如异丙酚（propofol）和异氟烷（isoflurane），可以增强海马神经元的张力性抑制，也增强丘脑转输神经元和新大脑皮层神经元的张力性抑制。然而，异氟烷引起的记忆丧失效果，而不是麻醉效果，在α4 GABAA受体基因敲除的小鼠中发生改变，而这种小鼠也缺少细胞表面的δ GABAA受体。此事实表明，突触外区GABAA受体并非所有麻醉剂的主要作用位点［4］。

神经甾体属于最强效的中枢神经系统GABAA受体功能调节者。强调制作用的首个例子早在1984年就已经发现，那是人工合成甾体阿法沙龙（alphaxalone；5α-pregnan-3α-ol-11，20 dione）。此后不久，又展示了卵巢甾体激素孕酮的代谢产物别异烯醇酮（allopregnanolone，也称3α-hydroxy-5α-pregnan-20-one，或3α，5α-tetrahydroprogesterone，或5α-pregnan-3α-ol-20-one，or 5α3α-THPROG），另一个是应激甾体激素脱氧皮质酮（deoxycorticosterone）的代谢产物。它们都是强效的巴比妥样GABAA受体配基。合作研究展示，δ GABAA受体是低浓度（nmol/L）神经甾体的优先作用部位。此优先作用可能反映了这些受体的简单特征，那就是，GABA并非δ GABAA受体最有效的激动剂。这意味着从GABA结合到通道开放，其效率是不高的。由于神经甾体增加了GABA打开通道的可能性，它就可以增强GABA在δ GABAA受体上的效果，因此调制了受体活力。δ GABAA受体可能是旁分泌式的神经甾体信号转导的优先作用部位，在那里神经甾体由另一个细胞合成，例如星状胶质细胞。神经甾体要经过弥散来到细胞外间隙，作用到突触外区的δ GABAA受体。星状胶质细胞的神经甾体合成，受线粒体18 kD转位分子TSPO（丙二氮受体是它的老名称）的调节。由于此，药物XBD-173是一个最好的非镇静性抗焦虑、抗惊恐药。中枢神经元也有线粒体TSPO，在那里可能介导在脑片中应用丙二氮或酒精之后神经甾体影响神经元兴奋性的自身效果［4］。

因为脑内神经甾体水平也反映卵巢或应激激素的水平，所以当激素状态发生变化时，被神经甾体代谢产物所调节的张力性抑制，也可能有贡献于中枢神经系统疾病。例如与焦虑相关联的动物月经期前烦躁不安疾病（premenstrual dysphoric disorder，PMDD），此病据认为与神经甾体对张力性抑制的调节有关；而突触外区GABAA受体的数目，与产后孕酮代谢产物别异烯醇酮（allopregnanolone）的水平不一致，这被认为与产后抑郁症有关。怀孕时，孕酮水平可增加100倍以上，而别异烯醇酮水平（在脑内产生，其来源是孕酮）也相应增高。别异烯醇酮可能通过δ GABAA受体潜在地增强抑制。脑内神经甾体的高水平是危险的，因为这可能引起麻醉样效应，可能镇静了预计要做妈妈的病人。更可能的是，作为代偿性机制，神经甾体敏感的δ GABAA受体的数目在怀孕时减少，从而高水平的神经甾体与数目较少的δ GABAA受体可以互相抵消。但当孕妇生产以后，孕酮和神经甾体的水平恢复正常，她脑内的这个平衡需要重新调整。由于产后神经甾体水平降低，因此数目减少了的δ GABAA受体就不再足以维持适当的抑制性张力，其结果就是有一段时期神经元兴奋性增高，一直要等到δ GABAA受体的数目恢复到怀孕前的水平。在实验中发现，δ GABAA受体恢复的延迟，在小鼠中往往伴随着严重的抑郁症样行为，此时母亲甚至会啮食她生出来小鼠的肉。如果给予药物加波沙朵（gaboxadol），使之激活δ GABAA受体，啮食行为即可减少。最近鉴定了增强δ GABAA受体功能的选择性δ GABAA受体激动剂DS-1以及变构增强剂DS-2，可帮助设计药物，用以专门处理产后抑郁症。在青春期，有关δ GABAA受体表达的类似变化也有研究报告，此现象的发生可以部分解释，为什么在此发育时期伴随有应激相关疾病易感性的增加［4］。

由社会隔离所引起的应激，在大鼠可导致突触外区δ GABAA受体的上调，而且关联着海马张力性抑制的增强。海马的张力性抑制可以对抗中间神经元的兴奋，因此可以调节γ振荡的频率。已知γ振荡在精神分裂症病人中是有变化的。有实验表明，在精神分裂症病人的尸检脑标本中发现了δ GABAA受体mRNA的减少，还有δ GABAA受体基因（GABAA receptor A subunit delta，GABRD）的两个多态性与男性儿童发生心境变化相关。这些现象潜在地提示，张力性电导的改变可以解释已经描写过的、上述疾病中的神经网络行为的紊乱。有意思的是，人类GABAA受体α5亚单位基因被鉴定是精神分裂症和抑郁症的易感位点。曾患严重抑郁症的病人尸体解剖研究显示，参与谷氨酸和GABA信号转导通路的基因数目有显著变化，包括表达α5 GABAA受体和δ GABAA受体的基因。许多基因，其中包括参与突触GABAA受体功能的基因，在神经-精神疾病中可能是有变化的。由此产生了新的课题，因为在这些疾病中，含有α5和γ亚单位的GABAA受体是受应激激素严格调节的，而这个特征或能解释，为什么突触外区GABAA受体的表达会经常伴随着应激相关疾病［4］。

突触和突触外区GABAA受体功能的紊乱，包括点突变，被认为参与了几种型式的癫痫。既然为了调控神经元网络的行为，维持适当水平的张力性抑制有很大的重要性，那么不奇怪，δ GABAA受体会是处理特定型式癫痫的靶。在表4-1所列举的一些药物中，有的已经在临床上用作抗癫痫药，这些药物通过改变脑内细胞周围GABA水平而调制张力性抑制。δ亚单位基因的突变，也被显示与基因型式的人癫痫病及小鼠颞叶癫痫模型有某种程度的相关，后者涉及海马张力性抑制的改变。神经甾体的类似物加奈索酮（ganaxolone）正在进行临床试用，可用于治疗月经癫痫。月经癫痫是一种女性癫痫，它显示周期性变动，癫痫发作的频率及强度方面依赖于月经周期的时相。在卵巢活动周期中，δ GABAA受体介导的张力性抑制被显示有变化，因为突触外区δ GABAA受体对于神经甾体的调制高度敏感，例如孕酮。综上所述，通过加奈索酮增强张力性抑制的能力这一点，就可以解释为什么此药能在卵巢的周期敏感时期保证癫痫不发作。然而，增强张力性抑制并不是解释所有癫痫治疗的良好策略。例如，丘脑皮层网络中的慢波放电是一个明确的特征，表示缺少发作；但与此矛盾的是，这种类型的发作可以因δ GABAA受体激动剂加波沙朵增强受体的开放而被触发。在啮齿动物中有一个失神性癫痫（absence epilepsy）的模型，它联系到增加丘脑转运神经元的张力性抑制水平，而这是由于GABA转运蛋白（GAT-1）的功能丧失引起了丘脑内细胞周围的GABA水平增加。丘脑转运神经元增强张力性电导以后的膜超极化，可以改变丘脑-皮层网络的细致平衡，导致慢波放电。这些实验观察提供了一种可能的解释：为什么用药物噻加宾（tiagabine）和氨己烯酸（vigabatrin）治疗那些失神发作（absence seisure）的癫痫病人，反而增强了特定型式的癫痫［4］。

表4-1　可以改变脑内张力性抑制作用的某些临床相关药物［4］

图4-7　改变张力性电导的药理学策略

现在已经知道有一系列临床相关药物，通过一系列直接和间接的靶，可以改变张力性电导。本图表示这些靶的一部分，它们主要定位于脑内神经元和非神经元区隔。（详见正文，图引自［4］）

下面对图4-7所表示的一些药物作用及临床应用进行简要介绍。

①加巴喷丁（gabapentin）：虽然当初它曾被认为是GABA模拟的，但其作用机制尚不清楚，此药可增加脑内细胞周围的GABA浓度，这可能反映了它会改变GABA的合成和释放。加巴喷丁处方是用来治疗成年人及老年人的部分性发作（partial-onset seizure），以及用来进行配合治疗，治疗酒精戒断及睡眠疾病［4］。

②噻加宾（tiagabine）：它是一个GABA转运蛋白阻断剂，优先作用于GABA转运蛋白（GAT）神经末梢，导致细胞周围的GABA水平升高。此药物处方用来治疗部分性癫痫发作以及全身性焦虑/惊恐疾病［4］。

③SNAP-5114：它是一个GABA转运蛋白阻断剂，是星状胶质细胞的一种更具选择性的GABA摄取阻断剂，也导致细胞周围GABA水平的升高［4］。

④NPPB［5-nitro-2-（3-phenylpropylamino）benzoic acid］：虽然斑萎蛋白-1通道可能有一个替代性的非小泡性来源的GABA释放，但是有人报告，NPPB对这些通道的阻断，既可增加、也可减少小脑颗粒细胞的张力性抑制［4］。

⑤氨己烯酸（vigabatrin）：它不可逆地阻断GABA转氨酶。处方药氨己烯酸代表另一种策略，其目的是提高细胞周围的GABA水平。氨己烯酸被用来处理难治和复杂的部分性癫痫发作以及婴儿痉挛。但是当前此药不被优先选用，因为发现对某些成年人及小孩有造成视野损失的副作用［4］。

⑥THIP或加波沙朵：为了改变张力性抑制，更直接的机制包括与突触外区GABAA受体的正构及变构相互作用。例如，正构激动剂THIP或加波沙朵选择性地激活δ GABAA受体，因此促进NREM睡眠。DS-1是一个新开发的激动剂。比之THIP，它对δ GABAA受体具有更大的选择性，但是它的临床优越性还有待确立［4］。

⑦L-655，708，神经甾体：反相激动剂如L-655，708，当前被用来阻断α5 GABAA受体产生的电流，其一般性目标是用于增强认知。这是一种变构性调制物，其作用机制是为了更直接地增强张力性抑制［4］。

⑧加奈索酮（ganaxolone）：当前开发出来的加奈索酮可用于处理具有抗药性的月经癫痫［4］。

⑨非那司提（finasteride）、XBD-173：或许可以用非那司提来增强或减少张力性抑制，非那司提的作用是阻断神经甾体的合成。另一药物XBD-173可增强神经甾体的合成，它通过线粒体18 kD转位蛋白TSPO而起作用［4］。

⑩其他：为了选择性地调制张力性抑制，有可能β亚单位的同工型可以提供一种方法，因为对于丘脑、海马齿状回含有α4βδ亚单位的GABAA受体来讲，优先的β伴侣是β2亚单位。β亚单位依赖的磷酸化药物的任何进一步发展，可能都会是有用的［4］。

成瘾药物在中枢神经系统内一般都有明确的靶，例如大麻、可卡因，但是酒精与它们有所不同，对于酒精中毒作用的分子靶，人们了解得很差。以往，为了演示对神经元靶的可测量的和前后一致的抑制效应，在做离体实验研究时都应用了高浓度酒精，比实际可影响作业的浓度要高得多。例如在美国，各个州都把法定的血液酒精浓度阈值定为0.08%，这个浓度对应于血液中的浓度约17 mmol/L。可见，当寻找酒精作用的脑靶点时，中毒性酒精浓度应该在生理学相关的范围之内。在表达系统中含有α4、α6、α1和β2或β3亚单位的δ GABAA受体。当处于中毒的酒精浓度时，这些亚单位都可被酒精所增强。更进一步，酒精对δ GABAA受体的作用在原位神经元上也得到了演示。然而，有好多研究不能在异种表达系统中重复上述结果，这就对突触外区δ GABAA受体作为中毒性酒精浓度的分子靶提出了质疑。事实上，δ GABAA受体上的拟定酒精结合位点的作用减退，并不改变活体与酒精相关的行为反应。有可能，急性效应是由于酒精对δ GABAA受体的间接作用，或者它增强小泡的GABA释放，或者它增强神经甾体的合成。希望不要太长的时间就能够取得共识，我们会知道中毒剂量的酒精作用于脑的确切位点［4］。

至于谈到酒精依赖的病理生理学，δ GABAA受体可能有贡献于酒精对脑内酬报系统的作用，该系统负责强化连续的酒精滥用。应用RNA干扰技术（RNAi）减少α4亚单位或δ亚单位在大鼠伏隔核背内侧壳的表达，可减少酒精摄入及酒精偏爱。因为这个高度局限的伏隔核脑区是动物酒精自我给予的行为优先部位，也是其他滥用药物自我给予的优先部位，如苯异丙胺（安非他命）、可卡因和多巴胺受体激动剂。过去10年来发现的酒精对δ GABAA受体的急性和慢性作用的新机制，现在正开始形成互相联系在一起的背景，并成为解决问题的第一步。这个问题就是GABA能系统在酒精滥用、耐受和依赖性中所起的作用。此外，不论在动物模型还是在相关病人尸体解剖的脑组织中都看到，长期的酒精滥用可以改变GABAA受体的表达型式。因此，了解突触外区GABAA受体的功能变化，可能有助于对成瘾行为提出更合理的治疗策略，以治疗酒精依赖和酒精滥用［4］。

有研究表明，损伤感觉皮层以后的恢复，可能与可供利用的GABA有关。这种张力性抑制具有急性的神经保护性质，例如纹状体中等树突棘神经元可以受张力性抑制的保护，而免于海人藻酸或NMDA受体介导的毒性。与野生型相比，成年小鼠缺损δ GABAA受体的中等树突棘神经元，会出现张力性GABA电流的减少，而中等树突棘神经元的存活也发生减少。皮层性中风的模型也提示，张力性抑制具有急性的神经保护作用。这些发现表明，靶向介导张力性抑制的突触外区GABAA受体，可能构成一个潜在的发展新策略，用以帮助中风后恢复。成年个体的脑具有很高的结构与功能可塑性，然而一旦发育窗口关闭，某些屏障可以阻碍它。损伤以后出现的脑可塑性是特别重要的，因为它既可促进，也可妨碍功能的恢复。可塑性在中风之后可以发生，特别在围绕坏死部位的脑区。根据最近的发现，参与增强张力性抑制的机制在中风后的恢复过程中、在成年脑的学习和记忆中都可能起作用。因此而开发出来以处理认知失调的α5 GABAA受体的苯二氮位点的反向激动剂，在这里可能同样有用。作为中风以后增强功能恢复的首个临床处理，也可能适用于其他脑损伤性疾病［4］。