N-甲基-D-天冬氨酸受体与支气管哮喘的关系

　　【摘要】N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA受体)是谷氨酸受体中重要的离子型受体.NMDA受体参与了神经系统的多种重要生理功能,而NMDA受体过度激活引起的神经毒性可导致中枢神经系统的功能紊乱而引起疾病的发生.近年来研究表明NMDA受体不仅存在中枢神经系统也存在外周组织中比如肺组织, NMDA受体过度激活可能与多种肺部疾病的发生存在密切联系.

　　【关键词】 谷氨酸  NMDA受体  支气管哮喘

　　谷氨酸是哺乳动物及人类中枢神经系统重要的兴奋性神经递质.CNS内存在着与谷氨酸结合并发挥生理效应的两类受体,即离子型谷氨酸受体及代谢型谷氨酸受体.N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA受体)是谷氨酸受体中重要的离子型受体.NMDAR过度激活可引起神经细胞内Ca2+超载和Na+蓄积,从而导致神经细胞的急性肿胀、迟发性坏死和凋亡引起多种疾病的发生.在外周组织、器官及细胞中发现NMDA受体的表达,近年来研究表明NMDAR的过度激活与多种肺部疾病的发生及发展存在相关联系.

　　1 NMDA受体的概述

　　谷氨酸受体根据其不同的生理效应分为两种:离子型谷氨酸受体(ionotropic glutamate receptors,iGluRs)及代谢型谷氨酸受体.其中 iGluRs是直接的离子通道,分为主要的3个主要类型(分别以其激动剂命名):NMDA甲基-4-异噁唑)受体和KA(kainate,红藻酸)受体,后两种合体常合称为非NMDA(N-methyl-D-aspartate N-甲基-D-天冬氨酸)受体、AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyi-4-isoxazole propionic acid,α-氨基-3-羟基-5-受体.这四种受体的激动与拮抗特性不同,激动后细胞膜离子通透性和细胞内生化反应也各异.其NMDA受体与中枢神经系统的发育,学习和记忆有密切关系.NMDA受体是谷氨酸受体的重要受体亚型,是发挥兴奋性毒性作用的主要受体.在生物体内已经发现了3种NMDA受体亚基:NR1、NR2、NR3[1-2].NR2有4种不同亚单位,即NR2A、NR2B、NR2C、NR2D;NR3有两种亚单位:NR3A和NR3B.NMDA受体的亚单位常以受体复合物的形式存在.其中NR1是受体复合物的功能亚单位,构成离子通道,是必需组分;NR2是受体复合物的调节亚单元,起修饰作用;少数NR3亚单元也参与通道的构成,起抑制性调节作用,NR3是NMDA受体电流的负调控子,可以改变对Ca2+的通透性和对镁离子的敏感性,NR3A基因敲除后,Ca2+大量内流[3],导致谷氨酸受体(Glu R1)过度兴奋,促进中风和神经退行性疾病的发生.在哺乳类动物的神经组织内,功能性NMDA受体至少含有一个NR1亚基和一个NR2亚基.NMDA受体有多种亚型,由不同亚单位组成的受体亚型具有不同的生物物理和生物化学特性[4].

　　NMDA受体的特点:①.控制阳离子通道,对单价阳离子NA+、K+有通透性,对Ca2+ 有高度通透性;②.需同时结合谷氨酸和甘氨酸才能激活;③. 具有电压依赖的Mg2+离子阻断作用[5],在静息电位下,该通道被细胞外的Mg2+关闭,只有在细胞去极化和激动剂共同作用时方能开放.

　　2 NMDA受体的分布及其作用

　　谷氨酸作为重要的兴奋性神经递质,其受体主要分布在中枢神经系统.但谷氨酸受体在外周组织的分布越来越受到重视,不少研究者开始寻找其分布部位及组织并探讨其相关性作用.谷氨酸受体在大多数外周组织均存在,包括肾上腺、周围神经(包括有髓和无髓神经)、骨、骨髓、支气管平滑肌、胰腺、肠、食道、肝、心脏、味蕾、角化细胞、肺、回肠纵行平滑肌、自主及感觉神经节、肾、脾、卵巢、迷走神经、胆碱能神经、巨噬细胞和中性粒细胞等[6-7].

　　生理状态下,谷氨酸是神经细胞间信息传导的重要媒介,但在病理条件下,谷氨酸通过兴奋其受体介导的兴奋性毒性是神经系统缺血、外伤及其他原因引起的神经紊乱、神经退行性变的主要原因[8].现已公认内源性谷氨酸过量和NMDARs的过度兴奋与许多急慢性神经变性疾病有关.在细胞凋亡通路中,NMDA受体介导的兴奋性氨基酸毒性至关重要,起到启动者和执行者的作用[9].NMDA受体过度激活可引起神经细胞内Ca2+超载和Na+蓄积,从而导致神经细胞急性肿胀、迟发性坏死和凋亡.其主要细胞毒性因为过多的钙离子激活了许多钙敏感酶,如:核酸内切酶、蛋白酶、一氧化氮合酶等.大量的钙离子内流能在线粒体内减少三磷酸腺苷的合成,造成氧代谢中间产物的增加.一氧化氮及氧的中间代谢产物均具有损害性,二者结合导致DNA碎裂.另外,在钙离子内流介导的一系列反应中,这些反应通过耗尽细胞内盼能量而间接导致细胞的死亡[10].

　　近年来关于NMDA受体对中枢神经系统疾病发挥着重要作用,其在外周组织的作用亦不可忽视:周岚等发现Glu是葡萄糖诱导胰岛素释放的加强剂,KA、AMPA和NMDA可降低β胰岛细胞内Ca2+浓度使胰岛细胞去分化从而调节胰岛素的释放;NMDAR可以调节回肠的纵行平滑肌的收缩;NMDAR在成骨细胞中表达丰富,可调节成骨细胞的增生和分化;NMDA受体在肾上腺上表达可调节肾上腺皮质和髓质激素的分泌从而对机体代谢及功能发挥调控作用;GluR与排卵、受精、受精卵着床以及子宫的活动密切相关;不少动物实验表明NMDA受体在心脏传导系统的兴奋传导区也有分布,说明了NMDA受体在控制心脏节律方面起到重要作用;此外Glu作为感觉神经递质,在皮肤、关节、内脏等外周组织的感觉传入,特别是伤害性初级传入过程中有"外周敏感化"用[6];因此人们开始关注NMDA受体在对麻醉减轻疼痛的影响.实验证明,GluRs无论在中枢神经系统还是在周围组织都具有相同的特性[11].

　　3 NMDA受体与肺的关系

　　近年来随着对NMDAR的深入研究,发现其在外周组织中亦发挥着重要的作用,在肺的中表达有不少研究,发现NMDAR与急性肺损伤有密切联系.有实验证明肺泡Ⅱ型上皮细胞有NMDA受体的NR1亚单位表达,并发现在整体条件下,NMDA可引起急性肺损伤,其机制与中性粒细胞的募集和肺泡Ⅱ型上皮细胞的功能障碍有关[12].Said在1996年首次发现应用高浓度的NMDA(1mM)对肺组织进行离体灌注可引起急性高渗透性肺水肿,这种损伤可被NMDAR拮抗剂MK-801阻断[13].进一步的研究显示NMDA灌注引起的肺NO释放增多,用NOS阻断剂可减轻这种大剂量NMDA所致的肺损伤,提示NO的过量产生参与介导NMDA受体激活的肺损伤进程[14].在肺中,运用RT-PCR方法显示NMDARlmRNA在气管和大气道有中度的表达,而在外周和中段肺的表达较弱.用Western blot同样可以在肺和气道中检测到NMDAR1的表达[15].Dickman等发现在气管、主支气管、周围及中肺以及肺泡巨噬细胞中有NMDAR不同亚型的分布[16].实验证明在成年大鼠及新生大鼠肺泡、RAW264.7细胞上有各NMDAR亚型分布,高氧暴露可以上调新生大鼠肺泡巨噬细胞NMDA受体各亚型的表达,NMDA受体激活可促进肺巨噬细胞NO及促炎性细胞因子TNF-α、IL-1β/IL-6和MIP-2的产生和分泌[17].肺巨噬细胞是常驻在肺内的组织巨噬细胞,具有粘附、变形、游走、吞噬、分泌等生理特性,参与机体的防卫、保护,以及肺内细胞间通讯[18-19].肺泡巨噬细胞是机体抵御外来微生物侵袭肺脏的第一道防线,也参与提呈抗原和免疫调节.肺巨噬细胞表面也表达NMDA受体,且当受到刺激后这些表达在巨噬细胞上的NMDA受体可在自身释放的谷氨酸作用下表达上调,提示其可能在肺部损伤时发挥重要作用.

　　4 支气管哮喘

　　哮喘是由多种细胞包括气道的炎性细胞和结构细胞(如嗜酸性细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞、气道上皮细胞等)和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病[20].

　　目前哮喘的病因还不十分清楚,其发病机制亦不十分清楚,可能与遗传、免疫、环境等有关,发病机制可概括为免疫-炎症反应、神经机制和气道高反应性及其相互作用.现在普遍认为支气管哮喘发作是气道综合性的病理生理改变的结果,气道高反应性是支气管哮喘患者共同的病理生理特征,而气道炎症是导致气道高反应性的重要机制之一.哮喘气道炎症反应是由多种炎症细胞、炎症介质和细胞因子参与的相互作用结果.有研究发现哮喘患者痰中嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、T细胞、肥大细胞、巨噬细胞比例可明显升高,且不同种类的细胞比例升高,其对治疗反应也不同[21-26].其中嗜酸性粒细胞(EOS)侵润是其基本特征,嗜酸性粒细胞的气道炎症反应与严重哮喘的发病机制有关,嗜酸性粒细胞亦在气道重建中发挥着重要作用[27-28].

　　5 NMDA受体与支气管哮喘

　　Allen早在1981年认为谷氨酸钠引起患者支气管痉挛从而首次提出了谷氨酸钠诱发哮喘的观点.有实验表明NMDA能提高豚鼠气道平滑肌的张力,并增强乙酰胆碱或乙酰甲胆碱引起的平滑肌收缩,而气道对乙酰胆碱的反应性与哮喘患者的病情严重程度是平行的[29].研究者用NMDA(10-8-10-4)灌注豚鼠支气管符段,发现可以增强静息肌肉张力,并增强对乙酰胆碱和乙酰甲胆碱的收缩效应.在整体豚鼠肺灌注中,NMDA(1-2mM)可提高肺灌注压,而MK-801可以完全阻断这种效应[30] .亦有研究提示NMDA受体激动剂(AP-5)及拮抗剂(MK-801)影响气道高反应性,并证明NMDAR参与实验的气道高反应的可能性 [31].辣椒素是一种香草酸受体,它作用于C类感觉传入纤维,使其释放致炎因子速激肽,引发气道平滑肌收缩、血管通透性增高、血浆渗出等病理表现,而佐环平的阻断效应提示NMDA受体的激活部分参与了辣椒素引起的气道高反应性[32].

　　中性粒细胞亦是参与气道炎症的重要炎症细胞,并与哮喘的严重程度密切相关;刘永等大鼠实验首次证明了中性粒细胞表面存在NMDA受体的表达;NMDA受体的激活可通过上调中性粒细胞表面黏附分子CD1lb表达增加,促进中性粒细胞与内皮细胞间黏附[33].中性粒细胞是重要的炎症细胞,NMDAR可能介导中性粒细胞而影响炎症的发生及炎症程度.T淋巴细胞及其有关的细胞因子(IL-4、IL-8、IL-10、FN-γ和TGF-β1等)在哮喘发生过程中亦扮演着重要角色.目前有研究表明淋巴细胞中有NMDA受体的表达[34].IL-8是由单核/巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和上皮细胞等分泌,是重要的中性粒细胞趋化因子,且能趋化嗜酸性粒细胞和T细胞在气道粘膜聚集,并激活嗜酸性粒细胞合成与释放阳离子蛋白,促使中性粒细胞和嗜碱细胞脱颗粒,引发迟发型哮喘;L-10是细胞因子的合成抑制因子,可抑制多种细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等的产生.IL-8诱导嗜碱性粒细胞释放组胺、白三烯(LTC),导致气道收缩和高反应性,其中LTC可与IL-8产生协同作用刺激中性粒细胞的移行及浸润,而组胺也可诱导气道上皮细胞IL-8的产生,加重哮喘症状[35].有人发现,哮喘患者痰液、鼻腔灌洗液和肺泡灌洗液中的IL-8明显高于正常人[36].亦有实验表明IL-10水平在支气管哮喘患者中较正常组明显减少,提示IL-10分泌减少是导致或加重气道炎症的原因之一[37].有研究者发现NMDA可以增加IL-8和减少IL-10的分泌[38].由此可推断NMRAR通过调节细胞因子IL-8和IL-10参与哮喘发作的可能性大并可能影响哮喘的严重程度.有实验用不同浓度氯胺酮腹腔注射均可抑制哮喘模型大鼠肺组织NMDA-R1、iNOS的mRNA和蛋白的过度表达,减少NO的产生,从而减轻哮喘大鼠的气道炎症性损伤,并初步证实NMDA受体介导的兴奋性肺毒性涉及哮喘炎症反应和氧化应激性细胞损伤的病理机制[39].

　　综上所述,NMDA受体的过度激活是在炎症发生及发展上发挥着重要作用,并在肺组织损伤上的作用不可忽视,因而其可能参与了多种肺部疾病的发生及发展.支气管哮喘作为肺部疾病的常见疾病特别是在儿童肺部疾病中发病率高,NMDA通过不同调节路径可能参与了支气管及肺组织在哮喘发生及发展中的病理生理改变,这将为支气管哮喘的治疗提供了新的思路.