高亲和力谷氨酸转运体

?综 述?高亲和力谷氨酸转运体3

杨　如　杨雄里(中国科学院上海生理研究所,上海200031)

摘要　高亲和力谷氨酸转运体主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上,能逆浓度梯

度从胞外向胞内摄取谷氨酸,中止谷氨酸能传递,使胞外谷氨酸浓度保持在较低水

平,以保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。近年来,随着高亲和力谷氨酸转运体的克

隆,有关研究迅速发展。本文从高亲和力谷氨酸转运体的克隆、分子结构特征、表达

分布、生理功能、结构2功能关系等方面对近年的进展加以综述。

关键词　谷氨酸转运体;兴奋性氨基酸;神经递质

学科分类号　Q424

High2Aff inity G lutamate T ransporters　YAN G Ru,YAN G Xiong2Li(S hanghai In2

stit ute of Physiology,Chi nese A cademy of Sciences,Shanghai200031)

Abstract　High2affinity glutamate transporters are located predominantly in the plasma

membrane of neurons and glial cells.They have the capacity to take up glutamate from

the extracellular space into the cells against its concentration gradient to terminate gluta2

matergic transmission and to keep the extracellular glutamate concentration at low levels

to protect neurons from glutamate toxicity.As glutamate transporters were recently

cloned,the research in this field has been greatly advancing.This article focuses on re2

cent progress in the study of molecular structure,distribution of expression,physiologi2

cal significance,structure2function relationships of these transporters.

K ey w ords　G lutamate transporter;Excitatory amino acid;Neurotransmitter

谷氨酸是中枢神经系统兴奋性突触传递的主要神经递质。由于胞外不存在谷氨酸代谢酶,谷氨酸清除的主要途径之一是由高亲和力谷氨酸转运体摄取谷氨酸。高亲和力谷氨酸转运体(以下简称为谷氨酸转运体)分为G LAST(或简称EAA T1)、G L T1(EAA T2)、EAAC1 (EAA T3)、EAA T4和EAA T5等5个类型[1～5],虽然它们在其它组织也有分布,但主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上,其作用是逆浓度梯度从胞外将谷氨酸摄入神经元和胶质细胞内,在突触部位适时中止谷氨酸能传递,并使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平,保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。这种转运将氨基酸摄取与同向转运Na+和逆向转运K+相偶联,又与同向转运H+(或逆向转运OH-)相偶联。一般认为,转运体只起转运递质的作用,但近来发现,有些谷氨酸转运体有类似通道的特性,对氯离子有很高的通透性。

3　国家重点基础研究规划(G1999054000)、国家自然科学基金(39770256)和上海生命科学研究中心资助课题

一、谷氨酸转运体的分子结构特征及其在神经系统的分布

1992年,几个实验室[1～3]同时独立地克隆了EAAC1、G L T1和G LAST三种真核生物的谷氨酸转运体。之后,其它实验室[4,5]又相继克隆出EAA T4和EAA T5。这些转运体均由500～600个氨基酸组成,有较高的同源性(其中36%～55%的氨基酸序列是相同的),而EAAC1、G L T1和G LAST之间的同源性则为51%～55%[6,7]。

不论是真核还是原核生物,其谷氨酸转运体具有相似的分子结构特征。这些共同的特征包括:(1)8或10个跨膜区段;(2)胞外环或胞浆内有富含丝氨酸的基序(motif,EAA T5尚不清楚),在胞质区或跨膜功能区,有共同的功能区AA(I,V)FIAQ,可能与底物结合有关;(3)几个相同的P KA和P KC磷酸化位点(EAA T5尚不清楚);(4)第二个胞外环都有一个糖基化位点;(5)其近C末端有一个大的疏水区,与其它神经递质转运体不同。附图显示克隆的人EAAC1的拓扑模型。

附图　人EAAC1结构的拓扑模型

含10个跨膜区段(疏水区内跨膜区的确切数尚不清楚),SSSS为富含丝氨酸的基序,AAXFIAQ表示与底物结合有关的

功能区,Ser87为PKC磷酸化位点,箭头表示位于第二个胞外环上的糖基化位点。G L T1、G LAST、EAAT4和EAAT5的

拓扑模型均相似(据Kanai等.1993改绘)

G L T1和G LAST主要表达于脑内的胶质细胞,G L T1尤表达于前脑、海马、大脑皮层和纹状体等部位。与G L T1相比,小脑的Bergmann胶质细胞G LAST特别丰富。在膜上,G L T1和G LAST不仅可单独表达,亦可同时表达于不同部位[8]。清除积聚的谷氨酸,防止兴奋性毒性主要由G L T1和G LAST完成。近来有报道,G LAST和G L T1也可以在某些脑区(如脊髓接收初级传入区域)的神经元上表达。EAAC1在中枢神经系统(包括视网膜)普遍存在,主要表达于突触后神经元,特别是其树突干和树突棘上。它也可在突触前表达,如在海马的CA1～

胞、深层细胞核团的突触前终扣、突触后靠近G ABA能纤维终末均有染色。由于G ABA能神经元的G ABA主要从L2谷氨酸经α2脱羧形成,蒲肯野氏细胞轴突终末的EAAC1可能给这些细胞提供大量的谷氨酸,以维持其递质库中G ABA的浓度。

EAA T4仅局限于小脑,在蒲肯野氏细胞树突的突触后表达。EAA T5(包括EAA T5A和EAA T5B)则局限于视网膜,表达于光感受器、双极细胞、无长突细胞和胶质细胞。神经节细胞只表达EAA T5B。

二、谷氨酸转运体的特性

谷氨酸转运体每转运一个谷氨酸,要联合转运2个Na+,反向转运一个K+,再同向转运一个H+或反向转运一个OH-,近来的研究更倾向于H+的同向转运。即:1G lu(谷氨酸): 2Na+:1H+(或1OH-):1K+。假定空的转运体是电中性的,满载的转运体携带一个G lu阴离子、2个Na+、可能还有一个H+,净电荷为1或2个,因此转运是生电的[9]。

由人运动皮层克隆的EAA T2在爪蟾卵母细胞上表达后,1mmol/L的L2谷氨酸可诱导出一个较大的(大于100nA)的内向电流(钳制电压-60mV),其中至少包括两个成分:一个瞬变电流,时间常数(τ)小于0.5ms,相对幅度为82%～86%;另一个稳态电流,τ在10～30ms 之间,相对幅度为14%～18%。随着膜的超极化,稳态电流幅度呈指数增加,翻转电位为+ 40mV[10]。

,谷氨酸转运体有类似氯通道的特性,可通透氯离子和大量的阴离子,如ClO-4。虽然转运时必须有谷氨酸或天冬氨酸存在,但通透氯离子的过程与底物转运并非在热力学上相耦联。有人认为,谷氨酸或天冬氨酸与谷氨酸转运体的结合可能会改变转运体的构型,使其对氯离子通透。虎蝾螈视网膜有sEAA T1、sEAA T2A、sEAA T2B、sEAA T5A 和sEAA T5B等5种谷氨酸转运体。这些转运体除sEAA T5B外,在爪蟾卵母细胞上表达时,谷氨酸可诱导两个电流:一个内向整流的转运电流和一个非耦联的氯离子内流引起的外向电流,二者的总电流形成反转电位。谷氨酸诱导的sEAA T5A的电流几乎全部由氯离子内流造成:当去除胞外氯离子、减少胞内氯离子后,L2谷氨酸则几乎不能诱导出任何电流;经计算,氯离子电流约占谷氨酸诱导电流的85%[11,12]。

Thoreson等(1996)发现,胞外去除氯离子,光感受器末梢谷氨酸的释放减少,水平细胞和ON型双极细胞的对光反应也减小。他们还进一步发现(Thoreson等.1997),降低胞外氯离子抑制了DHP(dihydropyridine)敏感的钙离子电流(I Ca),继而抑制了光感受器信号的传递。既然谷氨酸转运体对氯离子有通透性,它在细胞间信号传递中可能会有更主动直接的作用。

三、谷氨酸转运体的生理功能

(一)在突触传递中的作用　因为谷氨酸能突触没有降解递质的相应的酶,只能通过突触前重摄取机制终止递质的作用,所以,一般认为,谷氨酸转运体在清除递质,终止突触传递中起重要作用(Dumuis等.1988)。但有证据表明,谷氨酸转运体通常不参与快的突触后电位的形成,在海马CA1锥体细胞和小脑颗粒细胞的谷氨酸能突触,抑制谷氨酸转运体不能延长快的兴奋性突触后电位的衰减时程(Isaacson等.1993,Mennerick等.1994,Sarantis等.1993, Tong等.1994)。Mennerick和Z orumski在培养的海马细胞上的实验进一步表明[13],当使胶质细胞去极化抑制谷氨酸摄取时,慢速失敏或不失敏的NMDA反应延长,但快速失敏的非NMDA受体介导的EPSC的时程不受影响。在视网膜,谷氨酸转运体则直接参与突触传递的

过程。G aal等[14]在虎蝾螈视网膜上发现,阻断突触前传递后,视锥光感受器上的电压依赖性谷氨酸摄取本身可以介导第二级神经元———水平细胞的对光反应;一旦阻断转运体活动,对光反应则变得很小。鉴于转运体的活动水平与视锥膜电位密切相关,它对突触后反应的动态特性有重要影响。

谷氨酸转运体中止谷氨酸传递的作用似因脑区而异。Wadiche等[10]用分析电压阶跃反应的稳态和前稳态电流(presteady2state currents)的方法,测定了由人运动皮层克隆、在爪蟾卵母细胞上表达的G L T1的反转速率,发现其完整的转运周期的时间常数约为70ms,而据估计,海马突触的谷氨酸衰减时间常数仅为1～2ms,二者相差一个数量级,这提示,谷氨酸转运体在这一区域未必是清除谷氨酸的主要机制。但在虎蝾螈视网膜[14],光感受器谷氨酸转运体的特异性抑制剂———DH K(dihydrokainate,对Müller细胞上的谷氨酸转运无影响),能使谷氨酸清除速度约从每秒0.12μmol/L降低到0.031μmol/L。用20mmol/L Mg2+阻断突触传递时, 30μmol/L谷氨酸可使接受光感受器输入的水平细胞去极化,且光可诱导出-17mV的反应,而施加不为谷氨酸转运体摄取的红藻氨酸,虽也可使水平细胞去极化,但其时细胞并不出现对光反应。这些结果说明,在此条件下,谷氨酸的清除确实是由转运体完成的。这些差异可能反映了不同脑区中谷氨酸转运体的位置、密度和/或功能状态的不同。

当然,突触的几何结构也是决定突触间隙谷氨酸浓度衰减时间进程的重要因素[15]。例如,在小脑蒲肯野氏细胞,非NMDA受体介导的EPSP衰减很慢,可能是递质扩散不畅所致。然而,在金鱼视锥细胞的小足(Vandenbranden等.1996),谷氨酸从突触间隙的清除并未受到周围复杂结构的影响。

(二)在维持细胞外液谷氨酸浓度中的作用　近年的实验证明,胶质细胞上的(而非神经元上的)谷氨酸转运体在维持胞外谷氨酸低浓度,保护神经元不受谷氨酸兴奋毒性影响方面起着主要作用。例如,在培养的大鼠脊髓薄片,Rothstein等[16]用谷氨酸转运体反义寡聚核苷酸剔除G L T1和G LAST后,发现前角运动神经元数量逐渐减少,而剔除EAAC1则无此现象;右侧脑室内连续注射G L T1和G LAST的反义寡聚核苷酸,周围皮层、纹状体和海马组织胞外的谷氨酸浓度增加,形态异常的神经元数量增加。这显然是因为,胶质细胞含谷氨酰胺酶,谷氨酸在其作用下变成谷氨酰胺,使胞内谷氨酸浓度保持在低水平(约50到几百μmol/L)。这样,胶质细胞膜上的谷氨酸转运体有可能持续地将胞外谷氨酸泵入细胞,即细胞具有很强的摄取谷氨酸的能力。相比之下,神经元不含谷氨酰胺酶,胞内谷氨酸浓度高达10mmol/L,胞外则为1μmol/L或更低,这种跨膜浓度差大抵与谷氨酸转运体的最大转运能力相近。因此,正常状况下,神经元上的谷氨酸转运接近于平衡状态,转运体几乎没有摄取谷氨酸的能力。

与G L T1和G LAST不同,EAAC1可能与降低特殊部位———突触间隙的谷氨酸浓度有关。给动物注射EAAC1反义寡聚核苷酸,一周后动物出现明显的中风,而剔除G L T1和G LAST后很少出现这种现象。这显然是因为EAAC1作为突触后谷氨酸转运体,可迅速与谷氨酸结合,降低突触间隙的谷氨酸浓度;在剔除EAAC1后谷氨酸介导的突触传递增强。此外,EAAC1还可能有助于维持神经元内谷氨酸浓度于高水平(Kanai等.1997),为神经递质和/或多种代谢反应提供充足的前体,如小脑的蒲肯野氏细胞利用谷氨酸作为G ABA合成的前体。

(三)信号转导功能　近年的工作提示,谷氨酸转运体可能兼有信号转导功能[8]。Pines已观察到,第三个胞内功能区有一15个残基的片段,其靠近N端的一侧有一个保守的碱性氨基

酸,靠近C端的一侧也有一个保守的碱性氨基酸序列BBXX B(X为中性氨基酸,在G LAST为379～393残基,G L T1为372～386残基,在EAAC1为341～355残基)。其总体模式与新近发现的IGF2II和α2肾上腺素受体的一段基序甚相吻合,而这段基序在与不同种类的异源三聚体G蛋白的Gα亚基结合中至关重要[17,18]。有趣的是,Gα结合位点也位于这个有七次跨膜区受体的第三个胞内环。这些结果提示谷氨酸转运体可能在信号转导中起作用。这一推测得到了一些实验的支持。谷氨酸转运体特异性的配体———L2trans22,42PCD,能抑制经由β2肾上腺素受体介导的cAMP的积聚;在垂体GH3细胞,谷氨酸能经由谷氨酸转运体,而非谷氨酸受体使胞浆钙增加。上述EAA T4和EAA T5所具有的配体门控的对Cl-通透的受体2通道特性,提示其在信号转导中可能起作用。

四、谷氨酸转运体的结构2功能关系

谷氨酸转运体在近C末端有一个高度保守的疏水区,一般认为这个区域与底物的结合与易位有关。疏水区中一段保守的基序AAXFIAQ(EAA T1中的376～382残基)可能是其功能部位。最近,对一种杆菌(B acill us stearothermophil us)的谷氨酸转运体的研究表明,在第六和第七跨膜区段之间,有一段保守的富含丝氨酸的基序形成的对底物敏感的折返环,此环对谷氨酸的转运功能至关重要[19]。进而,关于G L T1的研究发现,丝氨酸残基Ser440可能位于谷氨酸结合位点附近[20]。

最有意义的是对谷氨酸转运体与Na+、K+、H+或OH-偶联的残基以及与谷氨酸门控的氯通道密切相关的残基的研究。Zhang等(1994)的工作显示,G L T1位于第六跨膜区段中心的组氨酸残基His326,对谷氨酸转运体的功能至关重要,可能与H+偶联的机制有关。此处组氨酸残基的作用可能有二:一是组氨酸残基在结合位点吸引H+,酸性底物与质子化的H+一起存在于结合位点;二是组氨酸残基可能在H+渗透和转运的过程中作为关键性的H+接受体。这个残基在其它谷氨酸转运体家族成员中是保守的,如EAAC1的His296。另有研究表明,G L T1的酪氨酸残基Tyr403和G lu404可能与K+结合有关,并靠近一个Na+结合位点(Kavanaugh等.1997,Zhang等.1998)。

谷氨酸转运体在第一个胞内环都有一个高度保守的P KC磷酸化位点,在G L T1是Ser113,在EAAC1是Ser87[7],此部位在EAAC1和G LAST也是保守的。P KC依赖的磷酸化可加强G L T1介导的谷氨酸转运,伴有最大转运速率(Vmax)的增加,而转运常数(Km,达到最大转运速率一半时的G lu浓度)无变化。

五、结语

尽管近年来对谷氨酸转运体的研究获得突破性进展,但仍有许多悬而未决的问题。例如,谷氨酸转运体在信号转导中的具体作用是什么?其作用与其它信号转导过程有何相关?有些谷氨酸转运体对氯离子的通透性特别大,如sEAA T5A,谷氨酸诱导电流的85%是氯离子电流,其意义何在?突触前和突触后的谷氨酸转运体的作用是否有所分化?总之,高亲和力谷氨酸转运体的作用和意义的研究,目前所触及的只是冰山之一角,其后续工作将会更有意义。

参考文献

1　K anai Y,Hediger MA.Primary structure and functional characterization of a high2affinity gluta2

mate transporter.Nature,1992,360∶467～471. 2　Danbolt NC,Storm2Mathisen J,K anner BI.An

[Na ++K +]coupled L 2glutamate transporter pu 2

rified from rat brain is localized in glial cell process 2

es.Neurosci ,1992,51∶259～310.

3　Storck T ,Schulte S ,Hofmann K.Structure ,ex 2

pression ,and functional analysis of a Na +2depen 2

dent glutamate/aspartate transporter from rat

brain.Proc Natl Acad Sci USA ,1992,89∶10955～10959.4　Fairman WA ,Vandenberg RJ ,Arriza JL.An ex 2citatory amino 2acid transporter with properties of a ligand 2gated chloride channel.Nature ,1995,375∶599～603.5　Arriza JL ,Eliasof S ,K avanaugh MP.Excitatory amino acid transporter 5,a retinal glutamate trans 2porter coupled to a chloride conductance.Proc Natl Acad Sci USA ,1997,94∶4155～4160.6　Baruch IK.S odium 2coupled G ABA and glutamate transporters.In :Maarten EAR.Neurotransmitter transporters structure ,function ,and regulation.1st edition.Totowa ,New Jersey :Humana Press ,1997,151～169.7　Y oshikatsu K ,Davide T ,Stephan N.The high 2affinity glutamate transporter family.In :Maarten EAR.Neurotransmitter transporters structure ,function ,and regulation.1st edition.Totowa ,New Jersey :Humana Press ,1997,171～213.8　G egelashvivi G ,Schousboe A.Cellular distribution

and kinetic properties of high 2affinity glutamate

transporters.Brain Res Bull ,1998,45∶233～

238.

9　K anai Y ,Nussberger S ,Romero MF.Electrogenic

properties of the epithelial and neuronal high affini 2

ty glutamate transporter.J Biol Chem ,1995,270∶

16561～16568.

10　Wadiche J I ,Arriza JL ,Amara SG ,et al.K inet 2

ics of a human glutamate transporter.Neuron ,

1995,14∶1019～1027.

11　Eliasof S ,Arriza JL ,Leighton BH.Localization

and function of five glutamate transporters cloned from the salamander retina.　Vision Res ,1998,38∶1443～1454.12　Eliasof S ,Arriza JL ,Leighton BH.Excitatory amino acid transporters of the salamander retina :identification ,localization ,and function.J Neu 2rosci ,1998,18∶698～712.13　Mennerick S ,Z orumski CF.G lial contributions to

excitatory neurotransmission in cultured hippocam 2

pal cells.Nature ,1994,368∶59～62.

14　G aal L ,Roska B ,Picaud SA ,et al.Postsynaptic

response kinetics are controlled by a glutamate

transporter at cone photoreceptors.J Neurophysi 2

ol ,1998,79∶190～196.

15　Clements JD ,Lester RAJ ,Tong G.The time

course of glutamate in the synaptic cleft.Science ,

1992,258∶1498～1501.

16　Rothstein JD ,Dykes 2Hoberg M ,Pardo CA ,et

al.Knockout of glutamate transporters reveals a

major role for astroglial transport in excitotoxicity

and clearance of glutamate.Neuron ,1996,16∶

675～686.

17　Okamoto T ,K atada T ,Murayama Y ,et al.A

simple structure encodes Gprotein 2activating func 2

tion of the IGFII/mannose 62phosphate receptor.

Cell ,1990,62∶709～717.

18　Wu D ,Jiang H ,Simon MI.Different α12adrener 2

gic receptor sequences required for activating dif 2ferent G αsubunits of G q class of G proteins.J Biol Chem ,1995,270∶9828～9832.19　Slotboom DJ ,S obczak I ,K onings WN ,et al.A conserved serine 2rich stretch in the glutamate transporter family forms a substrate 2sensitive reen 2trant loop.Proc Natl Acad Sci USA ,1999,96∶14282～14287.20　Zhang Y ,K anner BI.Two serine residues of the glutamate transporter G L T 21are crucial for cou 2pling the fluxes of sodium and the neurotransmit 2ter.Proc Natl Acad Sci USA ,1999,96∶1710～1715.

谷氨酸转运体与脑缺血的研究综述

谷氨酸转运体与脑缺血的研究综述摘要 谷氨酸盐,是神经系统中最重要的兴奋性神经递质之一。由于细胞外缺少谷氨酸代谢酶，故其灭活方式主要依赖于谷氨酸转运体的摄取。脑缺血时，谷氨酸转运体表达障碍或失活，导致细胞外或突触间隙内谷氨酸盐过度聚积进而引起神经毒性反应甚至神经元死亡，因此谷氨酸盐转运机制的深入研究对于脑缺血等疾病的病因学及治疗方面起着重要的意义。本文就谷氨酸转运体的分类与脑缺血保护的关系做以综述。 关键词 谷氨酸，转运载体，脑缺血 谷氨酸转运体分类 （一）NA离子依赖性转运体 目前已知的位于细胞膜的高亲和力转运体有5 种，分别为：GLAST (EAAT1)、G L T ( E A A T 2 ) 、E A A C 1 (EAAT3)、EAAT4和EAAT5。其中EAAT1 和EAAT2 主要在星型胶质细胞表达，在终止谷氨酸能神经传递、维持细胞外液Glu 浓度处于低水平、防止其兴奋性毒性作用以及对过量Glu的转运中发挥着主要作用。低亲和力谷氨酸转运体VGLUTs 分布于囊泡膜上，它能够特异地将突触囊泡外的Glu 转运进入突触囊泡内。目前VGLUTs 有3 种：Ⅰ型囊泡谷氨酸转运体(VGLUT1)、Ⅱ型囊泡谷氨酸转运体(VGLUT2)和Ⅲ型囊泡谷氨酸转运体(VGLUT3). EAATs 和VGLUT1 转运Glu 时的一个非常重的区别就是EAATs 依赖钠离子的存在，而VGLUT1发挥其转运Glu的功能则低浓度的氯化物是必要的。和EAATs 相比，VGLUT1 的表面亲和力实质上较低。EAATs 识别天冬氨酸和Glu，并以两者作为底物，而VGLUT1 不识别天冬氨酸[12]。VGLUT1 能够将Glu 转运进入突触囊泡，并具有能量依赖性和底物特异性，由这种特性可以推断，VGLUT1 作为囊泡谷氨酸转运体，其表达可定义神经元的谷氨酸能表型，即可以作为谷氨酸能神经元的标志. （二）非Na离子依赖型转运体

脊髓谷氨酸转运体GLAST在骨癌痛中的作用(精)

脊髓谷氨酸转运体GLAST在骨癌痛中的作用 夏小萍1，2，曾因明2，马正良1，朱魏1，周锦勇 1 1 南京大学附属鼓楼医院210008 2 江苏省麻醉学研究所221002 目的谷氨酸是中枢神经系统的主要神经递质，在疼痛传导通路中参与脊髓痛信号的传递和敏化状态的维持。细胞外谷氨酸的稳态和浓度的调控仅由谷氨酸转运体所控制，GLAST是主要表达在胶质细胞膜上的一种转运体。在癌痛发生过程中转运体GLAST如何参与和扮演何种角色目前尚无相关文献报道。本研究拟在骨癌痛小鼠模型上，观察脊髓水平谷氨酸转运体GLAST在骨癌痛发生过程中的表达的改变。方法35只C3H/HeJ小鼠随机分为2组：假手术组（Sham 组，n=5）和骨癌痛组（Ca组n=30）。骨癌痛组是将含2×105个NCTC2472细胞的20μl的最小必需培养基(α-minimal essence media, α-MEM)注入股骨远端骨髓腔中制备癌痛模型，Sham组不作任何处理。Ca组分别在右股骨注射肿瘤细胞后1d、3d、7d、10d、14d、21d 处死小鼠取同侧腰段脊髓，Sham组直接取腰段脊髓。采用Western blot 方法测定GLAST在脊髓的蛋白表达。结果与术后第1天相比，术后第10天骨癌组脊髓GLAST蛋白含量开始减少，第14天明显减少，持续降低至术后21天(P<0.01)。讨论谷氨酸转运体是一种糖蛋白，目前已克隆出五种亚型，其中GLAST主要分布在中枢神经系统的胶质细胞膜上。本研究发现小鼠股骨末端接种肿瘤细胞后的早期，脊髓谷氨酸转运体的表达量没有变化，而在注射肿瘤细胞后第10天，谷氨酸转运体的蛋白表达出现变化，而此时正是癌痛小鼠出现自发痛

谷氨酸循环及谷氨酸兴奋性毒性

谷氨酸循环及谷氨酸兴奋性毒性 众所周知，谷氨酸是中枢神经系统最重要的兴奋性神经递质。谷氨酸不能通过血脑屏障。在脑内合成Glu的途径有4条[1]：(1)α-酮戊二酸接受氨基产生Glu；(2)γ-氨基丁酸(γ-amino-bu-tyric acid，GABA)经GABA转氨酶形成Glu；(3)鸟氨酸在鸟氨酸转氨酶的作用下产生谷氨酸半醛，后者进一步生成Glu；(4)谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下水解成Glu。而其中只有第4条途径来源的Glu发挥神经递质的作用。 一．谷氨酸—谷氨酰胺循环 神经系统中，神经胶质细胞（主要是星型胶质细胞，AC）与神经元的比例约为10：1。AC 介于神经元与毛细血管之间，是血脑屏障的重要组成部分。正常状态下,神经元胞浆的Glu 浓度在10mM/L,AC胞浆的Glu浓度在50至几百μM/L，胞外则为0.6,突触间隙为1μM/L,而突触终端囊泡可达100mM/L,胞内外Glu的浓度相差万倍以上。突触传递过程中，神经冲动传导至神经突触，神经末梢去极化，突触小泡通过突触囊泡和质膜融合而从神经元释放(即胞吐作用)。囊泡释放的Glu可使突触间隙的浓度由静息的1μM/L升高到1.1 mM/L，维持在此峰值的时间约为1.2ms。[2]作用于突触后膜的各型Glu受体，传递神经冲动，发挥生理作用，同时，触发负反馈调节，并由AC膜上的谷氨酸转运体摄取，神经胶质细胞具有很强的Glu摄取能力，并含有谷氨酰胺合成酶，能将Glu转变成谷氨酰胺，再转运至突触前神经末梢胞质中，经谷氨酰胺酶脱氨生成Glu。同时，一部分经谷氨酸脱羧酶催化生成具有抑制作用的GABA。接着，Glu通过位于囊泡上的谷氨酸转运体将其转位进入囊泡内腔，并储存于囊泡中。在静息神经元(resting neuron)中，Glu在神经末梢的突触囊泡内以很小的膜结合细胞器形式储存。由此形成神经元和胶质细胞之间的“谷氨酸-谷氨酰胺循环”(如图)

谷氨酸递质在药物成瘾中的作用

052 谷氨酸递质在药物成瘾中的作用 郑明岚 综述 朱永平 审校 (浙江大学医学院卫生毒理学教研室,浙江 杭州 310006) 摘要: 成瘾是精神活性物质长期作用于大脑而产生的神经适应性改变,随着对脑内谷氨酸神经递质系统的深入了解,发现成瘾药物除可诱导调节突触前、后谷氨酸神经转运的蛋白质功能发生改变外,也影响大脑皮质的活性,提示谷氨酸系统在药物成瘾中起着至关重要的作用。关键词:谷氨酸递质;可卡因;成瘾 中图分类号: R996 文献标识码: A 文章编号: 1001-1226(2005)03_0183_04 收稿日期:2004_06_24;修回日期:2005_03_11 基金项目:国家重点基础研究专项经费资助(2003CB515402)作者简介:郑明岚(1978-),女,研究生,研究方向:药物依赖 毒理学。 审者简介:朱永平,男,教授,研究方向:药物依赖毒理学。 药物成瘾是慢性、复发性脑疾病,有着极其复杂的机制。其核心特征是强迫性药物使用,即成瘾者失去了对药物寻觅和摄取的控制[1] 。长期给药后,大脑奖赏相关环路上分子和细胞长时适应,神经回路功能改变,出现与成瘾相关的行为可塑性即药物成瘾。虽然神经可塑性改变的长期存在是药物成瘾的神经基础,但二者是否存在因果关系还不明确。近来研究发现谷氨酸转运体参与神经元的持久可塑性,在药物成瘾的形成和表达中起着不可替代的作用 [2,3] 。在成瘾中,多巴胺 (DA)参与药物的奖赏和运动等效应,谷氨酸与神经系统的兴奋性和突触形成等密切相关;两者又存在大量直接或间接的纤维联系,在成瘾行为形成的长时适应过程中相互调 节,产生具有成瘾特征性的改变[4,5] 。因此谷氨酸系统在成瘾中的作用逐渐成为成瘾领域研究的热点。本文从神经药理学基础出发,探讨谷氨酸参与成瘾有关的行为神经可塑性的机制。 1 参与成瘾的神经环路 成瘾通路主要存在于中脑边缘多巴胺系统(mesolimibic dopamine system,MLDS)。成瘾药物通过3条不同环路激活共同的奖赏中枢)))MLDS:(1)中脑腹侧被盖区(ventral tegemental area,VTA )到伏隔核(nucleus accumbens,NAc)的多巴胺投射;(2)黑质到纹状体的多巴胺投射;(3)中脑(主要是VTA)到内侧前额皮质(medial prefrontal cortex,mPFC)的多巴胺投射。调控这些环路的神经元胞体位于VTA 内,广泛支配大脑皮质、海马、杏仁体和其他边缘组织。 尽管VTA 到NAc 的多巴胺能投射是多种成瘾物质引起奖赏效应的共同通路,但参与药物精神依赖形成的脑区远远超过中脑DA 系统。神经环路之间的相互作用被认为是成瘾形成和维持(如复吸、敏感化等)的必要条件之一[6] 。例如,伏隔核接受来自前额叶皮层、海马、丘脑被侧中部和杏仁核等脑区的传入纤维后,又将纤维投射到与药物奖赏有关的腹侧苍白球和VTA 。NAc 由核和壳两部分组成,壳部与多巴胺依赖的奖赏效应有关,主要接受VTA 的多巴胺能投射,核部主要接受杏仁核和海马的兴奋性谷氨酸能传入纤维,可能与反复使用药物而引起的持久的细胞变化有关 [7,8]。而起始于VTA 的多巴胺 神经元可将纤维投射到NAc 和其它边缘结构如杏仁核和PFC 等。 皮层-基底节回路也是一个与成瘾有关

谷氨酸转运体与癫痫关系的研究进展

09　Thielen K R,M iller G M.Multiple sclerosis of spinal cord:magnetic res2 onance appearance.J C om put Assist T om ogr,1996,20(3):434-438. 10　K au fman DI,T robe JD,Eggenberger ER,et al.Practice parameter: The role of corticosteroids in the management of acute m onosym ptomatic optic neuritis.Report of the Quality S tandards Subcommittee of the American Academy of Neurology.Neurology,2000,54(11):2039-2044. 11　M andler RN,Ahmed W,Dencoff J E.Devic’s neuromyelitis optica:a prospective study of seven patients treated with prednis one and azathio2 prine.Neurology,1998,51(4):1219-1220. 谷氨酸转运体与癫痫关系的研究进展 山东省千佛山医院神经科(250014)　唐吉友　综述 山东大学齐鲁医院神经内科(250012)　迟兆富　审校 摘　要:谷氨酸转运体是一种位于神经元和神经胶质细胞膜上的糖蛋白,新近研究发现,癫痫及其敏感性的形成可能与致痫灶中谷氨酸天门冬氨酸转运体(G LAST)、谷氨酸转运体1(G LT-1)和兴奋性氨基酸载体1 (E AAC1)的减少有关,这对于探讨癫痫反复发作机制具有重要意义。 关键词:谷氨酸转运体;中枢神经系统;癫痫敏感性 谷氨酸转运体(glutamate transporters,G luTs)是一种位于神经元和胶质细胞膜上的糖蛋白,它能迅速转运突触间隙中的谷氨酸(glutamate,G lu)和天门冬氨酸(aspartate,Asp),保持兴奋性递质与抑制性递质的动态平衡,对维持信号在突触间的正常传递和防止急性脑损伤后(如癫痫、中风、头外伤等)产生兴奋性毒性作用是至关重要的。尽管它们有许多共同的功能特性,但在转运体蛋白的表达、调节和对疾病过程的影响方面有很大差异[1,2]。近年来,通过实验性癫痫动物模型发现,癫痫及其敏感性的形成可能与G luTs的变化有关,这对于控制癫痫的反复发作具有重要意义,本文就G luTs与癫痫的关系进行了总结。 1　G luTs在中枢神经系统中的分布及其作用 G lu是中枢神经系统内主要的兴奋性神经递质,同时也被看作是引起神经元兴奋性中毒损伤和死亡的调质,参与许多神经功能活动。如果G Lu在细胞外液大量积聚,就会导致神经细胞的损害。从神经末梢释放出来的G lu,主要是通过神经末梢及其周围胶质细胞上的谷氨酸转运体来摄取。因此,G luT s在谷氨酸能神经传递以及神经细胞的保护方面具有重要作用。G luT s最先是在1992年用克隆的方法从大鼠脑和家兔的肠上皮上克隆出的三种不同cDNA编码的兴奋性氨基酸转运体,分别是:G LAST、G LT-1和E AAC1。到目前为止,已分离出了与动物高度同源的人类兴奋性氨基酸转运体1-5(E AA T1-5)。 通过对大鼠脑的研究发现,G LAST广泛存在于小脑分子层和颗粒细胞层的胶质细胞以及大脑的某些星形胶质细胞,其中小脑分子层的Bergmann胶质最丰富,其次是海马、皮层和纹状体等。G LT-1遍布于脑和脊髓,在海马和新皮质的浓度最高,纹状体次之,它仅在星形胶质细胞上表达,是脑内主要的转运体蛋白[3]。在中枢神经系统中,胶质细胞G luTs在高亲和G lu转运中起主要作用,大约占总G lu转运的80%(纹状体)、60%(海马)。它们利用Na+的跨膜梯度,精确地控制着G Lu的摄取量,不仅能终止G lu的兴奋性信号,而且具有对抗兴奋性毒性的作用。 E AAC1是神经元型转运体,它在谷氨酸能和非谷氨酸能神经元上表达,包括G ABA能小脑 　国外医学神经病学神经外科学分册 2001年　第28卷　第2期　 收稿日期:2000-09-26;修回日期:2000-12-26 作者简介:唐吉友(1963-),男,山东省泰安市人,主治医师, 硕士,主要从事癫痫的研究。

高亲和力谷氨酸转运体

?综 述?高亲和力谷氨酸转运体3 杨　如　杨雄里(中国科学院上海生理研究所,上海200031) 摘要　高亲和力谷氨酸转运体主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上,能逆浓度梯 度从胞外向胞内摄取谷氨酸,中止谷氨酸能传递,使胞外谷氨酸浓度保持在较低水 平,以保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。近年来,随着高亲和力谷氨酸转运体的克 隆,有关研究迅速发展。本文从高亲和力谷氨酸转运体的克隆、分子结构特征、表达 分布、生理功能、结构2功能关系等方面对近年的进展加以综述。 关键词　谷氨酸转运体;兴奋性氨基酸;神经递质 学科分类号　Q424 High2Aff inity G lutamate T ransporters　YAN G Ru,YAN G Xiong2Li(S hanghai In2 stit ute of Physiology,Chi nese A cademy of Sciences,Shanghai200031) Abstract　High2affinity glutamate transporters are located predominantly in the plasma membrane of neurons and glial cells.They have the capacity to take up glutamate from the extracellular space into the cells against its concentration gradient to terminate gluta2 matergic transmission and to keep the extracellular glutamate concentration at low levels to protect neurons from glutamate toxicity.As glutamate transporters were recently cloned,the research in this field has been greatly advancing.This article focuses on re2 cent progress in the study of molecular structure,distribution of expression,physiologi2 cal significance,structure2function relationships of these transporters. K ey w ords　G lutamate transporter;Excitatory amino acid;Neurotransmitter 谷氨酸是中枢神经系统兴奋性突触传递的主要神经递质。由于胞外不存在谷氨酸代谢酶,谷氨酸清除的主要途径之一是由高亲和力谷氨酸转运体摄取谷氨酸。高亲和力谷氨酸转运体(以下简称为谷氨酸转运体)分为G LAST(或简称EAA T1)、G L T1(EAA T2)、EAAC1 (EAA T3)、EAA T4和EAA T5等5个类型[1～5],虽然它们在其它组织也有分布,但主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上,其作用是逆浓度梯度从胞外将谷氨酸摄入神经元和胶质细胞内,在突触部位适时中止谷氨酸能传递,并使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平,保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。这种转运将氨基酸摄取与同向转运Na+和逆向转运K+相偶联,又与同向转运H+(或逆向转运OH-)相偶联。一般认为,转运体只起转运递质的作用,但近来发现,有些谷氨酸转运体有类似通道的特性,对氯离子有很高的通透性。 3　国家重点基础研究规划(G1999054000)、国家自然科学基金(39770256)和上海生命科学研究中心资助课题

谷氨酸转运体与癫痫

收稿日期:2002209202 修回日期:2002212203 作者简介:付欣鸽(19672),广西武鸣县人,石河子大学医学院病理教研室副教授,硕士,从事神经系统疾病发病机制的研究。 谷氨酸转运体与癫痫 付欣鸽　综述　郭文平　审校 (石河子大学医学院病理教研室,新疆石河子832002) 摘要:谷氨酸转运体是位于神经元和胶质细胞膜上的一种糖蛋白,它在谷氨酸的再循环,维持突触的正常传递及保护神经元免受神经兴奋毒性损害等方面有重要作用。近年来研究表明,谷氨酸转运体的减少及表达异常与癫痫及其易感性的形成有密切联系。 关键词:谷氨酸;　谷氨酸转运体;　癫痫 中图分类号:R741.02 文献标识码:A 文章编号:100121773(2003)022******* 谷氨酸(G lu )是中枢神经系统中一种主要的兴奋性神经递质,通过其受体的介导参与神经系统的正常功能活动及神经系统疾病的发生。由于细胞外不存在谷氨酸代谢酶系统,G lu 的清除主要依靠谷氨酸转运体(G luTs )的摄取。谷氨酸转运体主要位于神经元和胶质细胞的膜上,能逆浓度梯度从胞外摄取G lu 并转运至胞内,使细胞外谷氨酸保持在较低的浓度,维持突触间谷氨酸的正常传递,保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。近年研究发现,G luTs 的表达及合成的变化与癫痫发作及其易感性的形成有一定的关系。 1　谷氨酸转运体(G luTs) 1.1　G luTs 的分类及结构特征 1992年,最先在大 鼠脑及兔肠上皮上克隆出三种不同cDNA 编码的 G luTs ,即G LAST (或简称EAA T1),G L T1(EAA T2),EAAC1(EAA T3)。之后,又相继克隆出EAA T4和EAA T5。这五种G luTs 都是糖蛋白,由500～600个氨 基酸组成,有50%～56%的同源性。它们在分子结构特征上具有一些共性:①相似的疏水模式(8或10个跨膜片段);②胞内有多个相同的磷酸化位点;③胞外有多个糖基化位点;④无信号肽且氨基端和羧基端都在胞内,且在C 端有一大的疏水区,这与其他神经递质转运体不同;⑤在胞质区或跨膜区含有一段保守的 7肽序列AA (I/Q )FIAQ ,可能与底物结合有关。1.2　G luTs 在神经系统的分布及作用(表1) 1.3　G luTs 转运G lu 的机制 神经末梢去极化将G lu 释放到突触间隙,进而激活位于突触前膜和胶质 细胞膜上的G luTs ,G luTs 将细胞外的G lu 摄回。G lu 在胶质细胞中的谷氨酰胺合成酶的作用下形成G ln , 后者重新回到突触前神经元,在神经元内在谷氨酰胺酶的作用下变为G lu ,参与G lu 再循环。 表1　G luts 的分布部位及主要功能 G luTs 分类分布部位 主要功能G LAST 小脑、海马、大脑皮层和纹状体等 [1] 。 高亲和转运G lu G L T1大脑新皮质、海马,纹状体。同上EAAC1神经元树突(树突干和树突棘上)海马锥体细胞等。 [2] 维持G ABA 浓度EAAT4 小脑Purkinje 细胞的树突和树突棘。 转运G lu EAAT5 视网膜(光感受器、双极细胞和无长突细胞)。 除高亲和转运 G lu 外,具G lu 门 控Cl 2通道功能 G luTs 摄取G lu 时需有细胞外Na +存在。目前认为胞外G lu 与G luTs 结合后,顺着Na +的浓度梯度共同转运至胞内,在正常情况下,该转运体每摄取1个 G lu 阴离子同时摄入2个Na +,并排出1个K +和1个OH -或HCO 3-,从而产生内向电流,因此称为Na +和K +依赖性高亲和G lu 摄取。当G lu 和Na +进入胞内 后,G lu 被释放,K +置换Na +与G luTs 结合被转运出胞,随后Na +2K +泵将胞内Na +泵出胞外,将K +泵回胞内,以维持细胞内外Na +,K +的正常浓度[3]。因此, G luTs 转运G lu 是一种离子依赖性的耗能过程。1.4　G luTs 的正常生理功能 G lu 能神经突触没有 降解递质的相应的酶,只能通过G luTs 清除,终止突触兴奋传递。实验表明,当使胶质细胞去极化抑制 第23卷第2期2003年4月 国外医学?生理、病理科学与临床分册 Foreign Medical Sciences ?Section of Pathophysiology and Clinical Medicine Vol.23　No.2 Apr.　2003

大鼠视神经切断后视网膜Muller细胞及小胶质细胞变化特点

大鼠视神经切断后视网膜Muller 细胞及小胶质细胞变化特点 唐茂丹1），陈家波1），孙永芳1），童世琼1），武丽红2），吴春云2 ）（1）昆明医学院05级临床医学（眼视光学专业）；2）组织胚胎学教研室，云南昆明 650031） ［摘要］目的观察视网膜M uller 细胞和小胶质细胞在大鼠视神经切断后的变化特点．方法应用大鼠视 神经完全横断模型，随机分为术后1d 、3d 、7d 、14d 4个损伤组和假手术组（ 每组n ＝5）；分别用M uller 细胞和小胶质细胞特异性标记物谷氨酰胺合成酶（GS ）和OX-42，进行免疫组织化学链霉菌抗生物素蛋白-过氧化物酶连结（SP ）法染色，以显示视网膜M uller 细胞和小胶质细胞的变化．结果在视神经切断后，大鼠视网膜M uller 细胞GS 阳性产物立即增粗、深染，并与周围细胞紧密联系在一起，3d 达高峰，14d 明显减弱；小胶质细胞OX-42的阳性产物表达在视神经切断后7d 明显增强，14d 达高峰．结论 视神经切断后大鼠视网膜 M uller 细胞反应性增生，小胶质细胞被激活，但反应高峰晚于M uller 细胞，其作用有待进一步研究． ［关键词］视神经切断；M uller 细胞；小胶质细胞；大鼠 ［中图分类号］R774；R779.12［文献标识码］A ［文章编号］1003－4706（2010）01－0001－05 Immunohist ochemical St udy of Muller Cells and Micr oglia Cells Responses t o Opt ic Ner ve Tr ansect ion in Rat s TANG Mao －dan 1），CHEN Jia －bo 1），SUN Yong －fang 1），TONG Shi －qiong 1） ， WU Li －hong 2），WU Chun －yun 2 ） （1）2005Year of Clinical Medicine （Ophthalmology and Optometry ）；2）Dept.of Histology and Embryology ，Kunming Medical University ，Kunming Yunnan 650031，China ） ［Abstract ］Objective To study features of the retinal M uller cells and microglia cells in rats after optic nerve transection ．Methods We built the optic nerve transection model which was randomly divided into five groups ：four injury groups （n ＝5in each group ：the 1，3，7，and 14day groups post optic nerve injury ），control group （n ＝5）．Then we observed the changes of M uller cells and glial cells which is immunohistochemically streptavidin-perosidase stainned by using anti-GS （glutamine synthetase ）and anti-OX-42antibody （amoeba-like glial cell line-specific marker ）．Results The expression of （GS ）-immunoreaction （GS-IR ）increased significantly compared to the control group ．The most significant change occurred in the 3-day group ．the expression of GS-IR had a descending tendency in the 7-day and 14-day groups compared to the 3-day group ．And immunoreaction of 0X-42increased significantly compared to the control group ，at day 7post-axotomy were markedly expressed ，and in 14day group reached the peak ．Conclusions Rat retinal M uller cells are reactive gliosis after optic nerve transection and have roles of protecting the retinal neurons and repairing the injury retina ；The response of microglial cell are the same as M uller cells basically with the exception 昆明医学院学报2010，（1）：1～4Journal of Kunming Medical University CN 53-1049/R ［基金项目］国家自然科学基金资助项目（30760093） ［作者简介］唐茂丹（1985～），女，云南昆明市人，在读本科生，昆明医学院2005级临床医学（眼视光学专业）.［通讯作者］吴春云．E-mail:wuchunyunkm@https://www.wendangku.net/doc/ed2875467.html,

上海市自然科学基金标书2

本资料由药智网整理，查看更多资料敬请登陆https://www.wendangku.net/doc/ed2875467.html,（可用新浪微博登陆） 学科代码 0 3 0 3 上海市自然科学基金项目 课题申请书 （2003版） 课题编号 课题名称谷氨酸转运体差异表达与脑缺血后癫痫关系的实验研 究 起止年月 2003年11月－2006年11月 依托单位上海第二医科大学附属仁济医院 （盖章） 通讯地址上海市山东中路145号 联系电话邮政编码 200001 课题责任人邱永明 手机 Email qiuzhoub@https://www.wendangku.net/doc/ed2875467.html, 帐户名上海第二医科大学附属仁济医院 帐号 1001235909008905658

开户银行 022539－黄埔支行南分 2003年 9月 1日订 填写说明 一、填写申请书前，申请者应阅读当年的上海市自然科学基金项目申 报通知。 二、课题申请者应根据要求逐条认真编写，表达要明确、严谨。外来 语同时用原文和中文表达。 三、本课题申请书编写请使用A4纸双面印刷,请不要采用胶圈、文件 夹等带有突出棱边的装订方式，请采用普通纸质材料作为封面。 请用计算机打印填报，各栏空格不够时，请自行加页。 四、本课题申请书填写后，按隶属关系审批上报市科委一式六份。 五、本申请书经正式审定后，即作为合同的附件，附于合同的正副文 本之中。 六、请在申请书封面上“学科代码”处填写学科代码。例如：“金属 材料学科”则填写“E0100”。 七、本提纲制订单位是上海市科学技术委员会。

填写简表注意事项 1．课题名称：要确切反映申请资助的研究工作内容（限20字）。 2．凡有多个□的选择性栏目，请将所选项前的□打√，且只能选择一项。3．学科代码：填写本研究课题所属学科。 学科代码表 A数理科学0100数学，0200力学，0300天文学，0400物理学I(凝聚态物性；原子和分子物理；声、光学和其他)，0500物理学II(基础物理；核物理；粒子物理；等离子物理和其他) B化学科学 0100无机化学，0200有机化学，0300物理化学，0400高分子化 学，0500分析化学，0600化学工程及工业化学，0700环境化学 C生命科学0100基础生物学，0200农业科学，0300医学与药学（0301预防医学与卫生学，0302基础医学，0303临床医学基础研究，0304药物学，0305中医药学，0306其他） D地球科学 0100地理学、土壤学和遥感，0020地质学，0300地球化学， 0400地球物理学和空间物理学，0500大气科学，0600海洋科学 E工程与材料 科学0100金属材料学科，0200无机非金属材料学科，0300有机高分子材料学科，0400冶金与矿业学科，0500机械工程学科，0600工程热物理与能源利用学科，0700电工学科，0800建筑环境与结构工程学科，0900水利学科 F信息科学 0100电子学与信息系统，0200计算机科学，0300自动化科学， 0400半导体科学，0500光学和光电子学 G管理科学0100管理科学与工程，0200工商管理，0300宏观管理与政策