氨基酸类神经递质氨基酸类神经递质田田 波波神经生物学系神经生物学系tianbomails.tjmu.edu.cn1氨基酸氨基酸胺类胺类多肽多肽神经递质神经递质(Classical neurotransmitters)(Classical neurotransmitters)经典神经递质经典神经递质u乙酰胆碱乙酰胆碱(Acetylcholine, Ach)u单胺类单胺类(Monoamine)u氨基酸类氨基酸类(Amino acids)Glutamate(谷氨酸谷氨酸)，Aspartate(天冬天冬氨氨酸酸) Glycine(甘氨酸甘氨酸), GABA ( -氨基丁酸氨基丁酸)其他：其他： 脯氨酸，牛磺酸（脯氨酸，牛磺酸（2-氨基乙磺酸）、氨基乙磺酸）、N-甲基甲基-D-天冬氨酸天冬氨酸 (NMDA）神经肽类神经肽类其他：其他：NO 、CO神经递质的判定标准神经递质的判定标准（ Criteria for neurotransmitterCriteria for neurotransmitter）v突触前神经元存在合成递质的前体和酶体系，并能合成该递质v递质存在突触小泡内，当冲动抵达末梢时，小泡内递质能释放入突触间隙v递质释出后经突触间隙作用于后膜上特异受体而发挥其生理效应v存在使该递质失活的酶或其他方式(如重摄取)v有特异的受体激动剂或拮抗剂，并能够分别拟似或阻断该递质的突触传递作用v吊着氨基酸上课，高考真从吊着氨基酸上课，高考真从“点滴点滴”做起做起？氨基酸类递质氨基酸类神经递质的代谢：合成、储存、释放、失活兴奋性氨基酸递质（excitatoryaminoacid）谷氨酸(Glu)天冬氨酸(ASP)抑制性氨基酸递质(inhibitoryaminoacid)-氨基丁酸(GABA)甘氨酸（Ala）氨基酸类神经递质的代谢氨基酸类神经递质的代谢v氨基酸类神经递质的合成v氨基酸类神经递质的储存v氨基酸类神经递质的释放v氨基酸类神经递质的失活氨基酸类神经递质合成氨基酸类神经递质合成氨基酸类神经递质在突触前末梢由底物经酶催化合成酶在胞体内合成，经慢速轴浆运输方式运输到末梢，底物通过胞膜上的转运蛋白摄入底物和酶是合成的限速因素，底物和酶是合成的限速因素，合成速度受限速酶和合成速度受限速酶和底物摄入速度的调节底物摄入速度的调节氨基酸类神经递质合成氨基酸类神经递质合成合成速度受限速酶和底物摄入速度的调节合成速度受限速酶和底物摄入速度的调节合成部位合成部位: 突触前末梢突触前末梢合成酶：合成酶：胞体内合成胞体内合成, 慢速慢速轴浆运输轴浆运输(0.55mm/d) 末末梢梢底物：底物：通过胞膜上的转通过胞膜上的转运蛋白运蛋白(或转运系统或转运系统) 摄摄入入+氨基酸类递质氨基酸类递质氨基酸类神经递质的代谢氨基酸类神经递质的代谢v氨基酸类神经递质的合成v氨基酸类神经递质的储存v氨基酸类神经递质的释放v氨基酸类神经递质的失活囊泡储存是递质储存的主要方式囊泡储存是递质储存的主要方式递质合成后通过囊泡转运体储存在囊泡内通过囊泡转运体储存在囊泡内，囊泡内可以有数千个递质分子。待释放的活动囊泡聚集在突触前膜活动区，为递质的胞裂外排作好准备聚集在突触前聚集在突触前膜活动区膜活动区囊泡的超微形态囊泡的超微形态小分子递质如氨基酸类递质、乙酰胆碱储存在直径4060nm的小囊泡中，在电镜下囊泡中央清亮，为小的清亮囊泡神经肽储存在直径约90250nm的大囊泡中，电镜下，囊泡中央电子密度较高，为大的致密核心囊泡单胺类递质储存的囊泡既有小的致密核心囊泡，也有大的（直径60120nm）不规则形状的致密囊泡v 神经递质共存神经递质共存 一个神经末梢往往储存和释放两种或更多的化学信息一个神经末梢往往储存和释放两种或更多的化学信息物质，即物质，即多种神经信息物质共存于同一神经元中多种神经信息物质共存于同一神经元中，此现，此现象称为象称为递质共存递质共存(neurotransmitter coexistence)神经递质共存神经递质共存长期来认为，一个神经元内只存在一种递质，其全部神长期来认为，一个神经元内只存在一种递质，其全部神经末梢均释放同一种递质。这一原则称为经末梢均释放同一种递质。这一原则称为戴尔原则戴尔原则（Dales principle）免疫免疫组组化化方法方法观察到，一个神经元内可存在两种或两种观察到，一个神经元内可存在两种或两种以上递质（包括调质），因此认为戴尔原则并不正确以上递质（包括调质），因此认为戴尔原则并不正确但是但是戴尔的原先观点认为，一个神经元的全部神经末梢戴尔的原先观点认为，一个神经元的全部神经末梢均释放相同的递质；他并没有限定一个神经元只能含一均释放相同的递质；他并没有限定一个神经元只能含一种递质。因此，戴尔的观点还是对的，而戴尔原则则是种递质。因此，戴尔的观点还是对的，而戴尔原则则是需要修改需要修改的的囊泡转运体囊泡转运体转运的能量来源于ATP酶依赖性的囊泡内H浓度的蓄积H与转运递质反向转运该家族成员有囊泡单胺类转运体(Vesicularmonoaminetransporter,VMAT)VMAT1：外周内分泌和旁分泌细胞VMAT2：CNS囊泡乙酰胆碱转运体(VesicularAChtransporter,VAChT)囊泡单胺类转运体（VMAT）囊泡乙酰胆碱转运体(VAChT)囊泡抑制性氨基酸（GABA/甘氨酸）转运体(VGAT、VIAAT)囊泡谷氨酸转运体囊泡转运体囊泡转运体 动力：动力： 囊泡转运过程首先需要囊泡转运过程首先需要ATPATP驱动的驱动的H H+ +泵泵，使囊泡内聚使囊泡内聚集高浓度的集高浓度的H H+ +，囊泡内液呈微，囊泡内液呈微酸性，在囊泡膜内外形成电酸性，在囊泡膜内外形成电化学梯度，依此为动力，化学梯度，依此为动力，转转运体将递质与囊泡内运体将递质与囊泡内H H+ +进行交进行交换换，递质得以进入囊泡。，递质得以进入囊泡。囊泡转运体囊泡转运体 动力：动力： 囊泡转运过程首先需要囊泡转运过程首先需要ATPATP驱动的驱动的H H+ +泵泵，使囊泡内聚使囊泡内聚集高浓度的集高浓度的H H+ +，囊泡内液呈微，囊泡内液呈微酸性，在囊泡膜内外形成电酸性，在囊泡膜内外形成电化学梯度，依此为动力，化学梯度，依此为动力，转转运体将递质与囊泡内运体将递质与囊泡内H H+ +进行交进行交换换，递质得以进入囊泡。，递质得以进入囊泡。氨基酸类神经递质的代谢氨基酸类神经递质的代谢v氨基酸类神经递质的合成v氨基酸类神经递质的储存v氨基酸类神经递质的释放v氨基酸类神经递质的失活递质的释放及其调控递质的释放及其调控l递质释放过程 动作电位 Na+内流 突触前膜的去极化去极化电压门控式钙通道的开放 Ca2+内流内流囊泡的膜同突触前膜的融合泡裂外排递质释放入突触间隙l突触前末梢的去极化是诱发递质释放的关键因素 引起突触前膜递质的释放不是Na+、K+移动本身 而是由Na+内流时造成的膜的去极化去极化 不伴随离子移动的人工去极化也能诱发囊泡的释放 l钙离子进入突触前膜是递质释放过程的触发因子递质的释放及其调控递质的释放及其调控囊泡释放是递质释放的主要形式，囊泡的胞裂外排在所有囊泡释放是递质释放的主要形式，囊泡的胞裂外排在所有的递质都相似，但在释放的速度上有所差异。氨基酸类递的递质都相似，但在释放的速度上有所差异。氨基酸类递质的释放比神经肽快，平均快质的释放比神经肽快，平均快50ms50ms钙离子是递质释放过程的触发因子钙离子是递质释放过程的触发因子神经递质共存神经递质共存共存递质的释放主要是神经元末梢内存在有两种大小不同的共存递质的释放主要是神经元末梢内存在有两种大小不同的囊囊泡泡低低频率信息可使小囊泡释放，高频率信息则使大囊泡频率信息可使小囊泡释放，高频率信息则使大囊泡释放释放这样氨基酸和这样氨基酸和神经肽共同释放，共同传递神经肽共同释放，共同传递信息信息，可起相互协，可起相互协同作用或拮抗作用，有效地调节细胞或器官的生理同作用或拮抗作用，有效地调节细胞或器官的生理功能功能还还可通过突触前互相调节来改变递质的释放量，有利于加强可通过突触前互相调节来改变递质的释放量，有利于加强或减弱作用或减弱作用强度强度递质共存递质共存 (Neurotransmitter coexistence Dales principle)(Neurotransmitter coexistence Dales principle)递质的释放及其调控递质的释放及其调控v氨基酸类递质释放较快的原因氨基酸类递质释放较快的原因:v 在突触前膜的活性带在突触前膜的活性带,常常有储存小分子递质的清亮囊常常有储存小分子递质的清亮囊泡锚靠泡锚靠, 而钙通道靠近锚靠的囊泡而钙通道靠近锚靠的囊泡,动作电位到达神经末动作电位到达神经末梢梢,活性活性带附近的带附近的CaCa2+2+通道开放通道开放,(,(时间约时间约300us) 300us) CaCa2+2+进进入细胞入细胞, ,在离在离钙通道钙通道口口50nm50nm范围内短时间范围内短时间(200s)(200s)造成造成高高CaCa2+2+, ,使钙通道口使钙通道口10nm10nm处处CaCa2+2+升高到升高到100100200mol200mol时时, ,触发囊泡的胞裂外排触发囊泡的胞裂外排递质的释放及其调控递质的释放及其调控v大分子递质释放较慢的原因大分子递质释放较慢的原因:v 大分子的神经肽和某些单胺类递质储存的大的致密核大分子的神经肽和某些单胺类递质储存的大的致密核心囊泡不集中在活性带心囊泡不集中在活性带,而是随机分散在胞浆内而是随机分散在胞浆内, 依靠依靠CaCa2+2+在胞浆内在胞浆内的弥散及囊泡与的弥散及囊泡与CaCa2+2+的高亲和力的高亲和力, ,才被动才被动员到突触前膜释放员到突触前膜释放, ,所以神经肽的释放比小分子递质慢所以神经肽的释放比小分子递质慢50ms50ms氨基酸类神经递质的代谢氨基酸类神经递质的代谢v氨基酸类神经递质的合成v氨基酸类神经递质的储存v氨基酸类神经递质的释放v氨基酸类神经递质的失活递质失活的必要性递质失活的必要性必要性：释放到突触间隙的递质必须迅速移去，否则突触后神经元不能对随机而来的信号发生反应，况且受体持续暴露在递质作用下，几秒后失敏，使递质传递效率降低神经递质在突触间隙内的消除神经递质在突触间隙内的消除v重摄取：依赖神经递质转运体(Transporter)重摄取是经典神经递质消除的主要方式v酶解酶解是消除神经肽的主要方式，也是消除经典神经递质的最终方式v弥散气体类神经递质氨基酸类神经递质：重摄取氨基酸类神经递质：重摄取v重摄取：依赖神经递质转运体(Transporter)重摄取是消除氨基酸类神经递质的主要方式氨基酸类递质可同时被神经元和神经胶质细胞摄取（单胺类递质只能被神经元重摄取）重摄取的递质进入胞浆后又被囊泡转运体囊泡转运体摄取重新储存在囊泡中膜转运体膜转运体(plasma membrane transporter)600个左右的氨基酸组成的膜蛋白存在部位:神经元、胶质细胞、周围组织细胞依赖细胞内外Na+的电化学梯度提供转运的动力此外也需要Cl-或K+共同转运膜转运体膜转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体vGLAST1vGLT1vEAAC1v大鼠大鼠 人人 vEATT1vEATT2vEATT3vEATT4vEATT5v功能：功能：v转运转运L-L-和和D-D-谷氨酸谷氨酸v转运转运L-L-和和D-D-天冬氨酸天冬氨酸Na+/ K+依赖性转运体依赖性转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体Neuronal(Retinal)Neuronal(cerebellum)NeuronalGlialGlialCellularDistributionEAAT5EAAT4EAAC1EAAT3GLT-1EAAT2GLASTEAAT1AlternativeNamesName兴奋性氨基酸递质膜转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体Na+/ K+依赖性转运体依赖性转运体分子结构分子结构有有610个跨膜区段个跨膜区段兴奋性氨基酸递质膜转运体兴奋性氨基酸递质膜转运体Na+/ K+依赖性转运体依赖性转运体每每转转运运1 1分分子子谷谷氨氨酸酸伴伴随随2 2个个Na+Na+进进入入细细胞胞和和1 1个个K K+ +从从胞内移出胞内移出目目前前认认为为EAAT4EAAT4和和EAAT5EAAT5兼兼有有转转运运体体和和离离子子通通道道的的双双重功能重功能抑制性氨基酸递质膜转运体抑制性氨基酸递质膜转运体 包括：包括： - -氨基丁酸氨基丁酸转运体（转运体（GATGAT） 脯氨酸脯氨酸转运体（转运体（PROTPROT） 牛磺酸牛磺酸转运体（转运体（TaurtTaurt） 甘氨酸甘氨酸转运体（转运体（GLYTGLYT）Na+/ Cl-Na+/ Cl-依赖性转运体依赖性转运体单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体有有1212或或1111个跨膜区段，个跨膜区段，N N、C C端均在细胞内，这些氨基酸端均在细胞内，这些氨基酸在跨膜区形成在跨膜区形成- -螺旋螺旋Na+/Cl-Na+/Cl-转运转运底物转运的识别部位单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体v动力：动力：依靠细胞内外由细胞膜上依靠细胞内外由细胞膜上Na+ /K+Na+ /K+酶活动所酶活动所致的致的Na+Na+的电化学的电化学梯度的电化学的电化学梯度v转运体进行转运的动力转运体进行转运的动力: : 细胞膜细胞膜Na+/K+-ATPNa+/K+-ATP酶的活动酶的活动 使细胞内外形成使细胞内外形成Na+Na+的电化学梯度差的电化学梯度差 启动启动Na+/ Cl-Na+/ Cl-依赖性递质转运体的转运依赖性递质转运体的转运单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体单胺类及抑制性氨基酸递质膜转运体 转运体的转运过程转运体的转运过程: : 以以DA为例为例: 转运转运 1分子分子DA 胞内胞内 2个个 Na+ 1个个 Cl- 同向转运同向转运氨基酸类递质释放后可以被神经元和胶质细胞重摄取氨基酸类递质释放后可以被神经元和胶质细胞重摄取膜转运体的调控膜转运体的调控膜转运体的功能受下列因素调控膜转运体的功能受下列因素调控v蛋白激酶蛋白激酶v膜电位膜电位v温度温度膜转运体的调控膜转运体的调控v蛋白激酶蛋白激酶转运体的分子结构中有磷酸化位点，转运体的分子结构中有磷酸化位点，PKC、PKA通过磷酸化负性调节膜转运体在膜上通过磷酸化负性调节膜转运体在膜上的密度和活性，抑制相应递质的重摄取。的密度和活性，抑制相应递质的重摄取。膜转运体的调控膜转运体的调控v膜转运体也可以在细胞内高膜转运体也可以在细胞内高NaNa+ +、膜去极化或、膜去极化或药物作用下反向转运，将细胞内递质释放至细药物作用下反向转运，将细胞内递质释放至细胞外胞外膜转运体的调控膜转运体的调控v温度温度温度降低，转运体的转运能力也随之下降。如将纹温度降低，转运体的转运能力也随之下降。如将纹状体的温度从状体的温度从37oC降至降至25oC，EAAT的亲和力中度的亲和力中度减少，转运速率降低。减少，转运速率降低。兴奋性氨基酸谷氨酸（Glu）50GluGABA谷氨酸英文名称：glutamicacid，glutamate化学名称：-氨基戊二酸分子式：C5H9NO4分子量：147.13076谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸谷氨酸的代谢v谷氨酸的合成v谷氨酸的储存v谷氨酸的释放（受体）v谷氨酸的失活谷氨酸的合成脑中游离氨基酸以谷氨酸(Glu)含量最高，它比其在血浆中的浓度要高出200倍以上 谷氨酸难以通过血脑屏障，脑内谷氨酸来源于自身的合成 同位素示踪实验表明脑内谷氨酸合成的原料是来自血糖的葡萄糖葡萄糖进入脑细胞后先转变成酮戊二酸 谷氨酸的合成由-酮戊二酸在转氨酶的作用下加氨基而生成:底物：-酮戊二酸酮戊二酸（葡萄糖经三羧酸循环产生的中间代谢产物）氨基酸氨基酸（能透过血脑屏障的氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等）途径一：谷氨酸的合成途径二：由-酮戊二酸经过谷氨酸脱氢酶作用产生谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸的合成途径三：鸟氨酸鸟氨酸转氨酶瓜氨酸谷氨酸谷氨酸的合成途径四：由谷氨酰胺经谷氨酰胺酶脱氨基产生谷氨酸的代谢v谷氨酸的合成v谷氨酸的储存v谷氨酸的释放（受体）v谷氨酸的失活谷氨酸的存储囊泡谷氨酸转运体VGluT可以作为谷氨酸能神经元的标记物VGluT1-3，脑内分布的特异性是谷氨酸的高选择性、低亲和力（Km=1-2mmol/l）的囊泡转运体谷氨酸的存储VGLUT1 (red)：大脑皮层cortex(Ctx),海马hippocampus(Hc)，齿状回dentategyrus(Dg)，纹状体基底外侧核amygdala(Bl)VGLUT2 (blue)：丘脑丘脑 thalamus,下丘脑hypothalamus（腹内侧核，VMH),脑干brainstem，大脑皮层第四层神经元，纹状体中间核amygdala(M)VGLUT3 (green)：大脑皮层第二层神经元谷氨酸的存储囊泡谷氨酸转运体相关疾病囊泡谷氨酸转运体VGLUT的增多常见于神经损伤中神经元缺氧性损伤：中风应激stress甲基苯丙胺methamphetamine（脱氧麻黄碱）癫痫过表达VGLUT可增加单个谷氨酸囊泡的释放量导致兴奋性毒性损伤excitotoxicneurodegeneration谷氨酸的代谢v谷氨酸的合成v谷氨酸的储存v谷氨酸的释放（受体）v谷氨酸的失活谷氨酸的失活谷氨酸重摄取是灭活突触内谷氨酸递质的主要机制谷氨酸膜转运体谷氨酸高亲和力（Km=umol/l）转运体Na+/K+依赖性膜转运体EAAT1-5，位于突触前膜或胶质细胞膜上Na+/ K+依赖性转运体依赖性转运体谷氨酸膜转运体功能异常与疾病谷氨酸转运体与肌萎缩侧索硬化症（ ALS ）谷氨酸-谷氨酰胺循环摄入胶质细胞的谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下转变成谷氨酰胺谷氨酰胺进入突触前末梢，在谷氨酰胺酶作用下脱氨基生成谷氨酸谷氨酰胺转运体Na+依赖性转运体胶质细胞：SystemN神经末梢：SystemA谷氨酸-谷氨酰胺循环的意义重摄取重摄取脑中谷氨酰胺合成酶的活性强，所生成的谷氨酰脑中谷氨酰胺合成酶的活性强，所生成的谷氨酰胺，与谷氨酸不同，可以通过血脑屏障而进入血胺，与谷氨酸不同，可以通过血脑屏障而进入血中，这样，脑组织从血中摄入葡萄糖，通过代谢，中，这样，脑组织从血中摄入葡萄糖，通过代谢，还血液以谷氨酰胺，清除了脑中的氨，以免氨的还血液以谷氨酰胺，清除了脑中的氨，以免氨的积存危害脑的功能积存危害脑的功能 谷氨酸的代谢v谷氨酸的合成v谷氨酸的储存v谷氨酸的释放（受体）v谷氨酸的失活谷氨酸的囊泡释放谷氨酸能神经元脑内分布感觉和运动投射系统皮质内神经网络皮质至基底节、丘脑的投射通路视觉传导通路谷氨酸受体离子型谷氨酸受体NMDANMDAAMPA and Kainate AMPA and Kainate receptors generally receptors generally allow the passage of allow the passage of NaNa+ + and and K K+ +NMDA receptors allows NMDA receptors allows the passage of both the passage of both NaNa+ + and and CaCa+ ions. More ions. More permeable to permeable to CaCa+离子型谷氨酸受体由4个亚单位组成亚单位组成的不同决定了受体功能的差异，以及对激动剂/拮抗剂的选择性NMDA受体；AMPA受体和Kainate（KA）受体非NMDA受体AMPA受体AMPA（-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate）受体由四种亚单位（GluR1-4）组成的同源四聚体或异源四聚体S1和S2区组成了配体结合区AMPA受体AMPA受体介导的谷氨酸能兴奋性突触后电流（EPSC），主要以快时程为特征。脑内正常的谷氨酸能突出传递主要是由快时程的AMPA受体介导完成的。快速激活快速失敏AMPA受体通常只允许单价阳离子通过：Na+、K+GluR2亚单位决定了AMPA受体对Ca2+的通透性79External Solution:External Solution: NaNa+ + CaCa2+2+ NaNa+ + Ca Ca2+2+ GluR2亚单位决定了亚单位决定了AMPA受体对受体对Ca2+的通透性的通透性GluR2亚单位对Ca2+的通透性是由GluR2mRNA转录后编辑决定的GluR2亚单位Q/R位点编辑Q：谷氨酸Ca2+-permeableR：精氨酸Ca2+-impermeable AMPA受体在突触后膜的动态表达与长时程增强（LTP）、长时程抑制（LTD）的诱发和维持有关，参与调节学习记忆活动ALS肌萎缩侧索硬化症，又称渐冻人症脑缺血Ischemiau正常脊髓神经元GluR2表达u散发性ALS病人GluR2，Q/R位点编辑(Kawaharaetal.,2004)uCa2+-permeableAMPAreceptorsuAMPA-mediatedactivityAMPA-mediatedexcitotoxicityQ：谷氨酸Ca2+-permeableR：精氨酸Ca2+-impermeableIschemiaGluR2subunitCa2+permeabilityneuronalcelldeathNBQX（AMPAreceptorantagonist）可保护神经元NMDA受体亚单位：NR1NR2A-DNR3功能性的NMDA受体必须含有NR1亚单位，多个NR2亚单位与NR1共同形成四聚体（或五聚体）NR1是构成离子通道的基本亚单位；NR2是调节亚单位，不同NR2组成的NMDA受体表现出不同的脑内分布与生理学特性84NR1：全脑NR2A：前脑、小脑NR2B：前脑NR2C：小脑NR2D：中脑、后脑（与NR2A互补）85NMDA受体的分布NMDA受体NR2结合位点：激活性结合位点：u谷氨酸结合位点u甘氨酸结合位点uPolyamine结合位点抑制性结合位点uMg2+结合位点uZn2+结合位点uH+结合位点86甘氨酸是激活NMDA受体的“辅助激动剂”甘氨酸明显增强由谷氨酸诱发的电流反应在爪蛙卵母细胞表达的NMDA受体，若灌流液中不加甘氨酸，NMDA几乎不能诱发电流反应87MK801是常用NMDA受体拮抗剂MK801不能进入到关闭状态的NMDA受体通道内与PCP位点结合；仅选择性的结合于开放状态的NMDA受体通道MK80188地佐环平Mg2+是NMDA受体电压依赖性的阻滞剂在静息膜电位水平，细胞外Mg2+阻断了NMDA诱导的电流反应在去极化状态下可解除Mg2+对NMDA受体通道的阻滞作用89NMDA受体突触信息传递的特点NMDA受体的激活依赖于配体（谷氨酸，与NR2亚单位结合）和甘氨酸（与NR1亚单位结合）的协同作用；在静息膜电位时，NMDA受体一直被Mg2+阻断，在神经元细胞膜去极化的情况下Mg2+被移除，离子能通过受体通道；NMDA受体激活后，大量的胞外Ca2+进入细胞；由NMDA受体介导的神经递质传递较慢并且持续时间长。91兴奋性突触传递的两组成分在谷氨酸突触传递过程中，AMPA受体和NMDA受体都会被激活AMPA受体介导的快速反应NMDA受体介导的较慢但持续时间长的反应AMPA受体激活引起的去极化是移除阻滞在NMDA受体上的Mg2+所必需的97谷氨酸受体与突触可塑性早期LTP：Ca/CaM依赖的蛋白激酶II（CaMKII）蛋白激酶C（PKC）产生逆行信使（NO），促进突触前神经元递质的释放CaMKII能触发在突触后膜上插入AMPA受体或增加谷氨酸受体通道的传导性98谷氨酸受体与突触可塑性晚期LTP：3小时以上蛋白激酶A（PKA）和胞外信号调节激酶（ERK）通路需要有基因的转录和蛋白质的合成99代谢型谷氨酸受体100G蛋白偶联受体101代谢型谷氨酸受体代谢型谷氨酸受体分类标准Main transduction pathways activated by mGlu receptors 105代谢型谷氨酸受体在突触的分布代谢性谷氨酸受体的生理及病理功能thegenerationofslowexcitatoryandinhibitorysynapticpotentialsmodulationofsynaptictransmissionsynapticintegrationandplasticity.addictionParkinsonsdiseaseanxietydisordersschizophrenia兴奋性氨基酸毒性(excitotoxicity)在1974年，Olney发现大剂量注射谷氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸及其类似物，可导致新生啮齿类动物位于血脑屏障外的视网膜和室周核团的神经元急性变性。1985年Choi报道，100uMGlu5min神经元死亡2uMGlu24小时损伤脑内微量注射神经元死亡1990年Kempski提出已有血脑屏障损害的患者，若用含Glu的氨基酸营养液静脉输注时，加重脑损伤。兴奋性氨基酸的生理功能及其毒性作用兴奋性氨基酸与突触传递与学习记忆与精神分裂症与神经变性疾病神经毒性作用概念缺血、缺氧、创伤、中毒等因素导致EAA在神经元外异常堆积，引起神经元的坏死或凋亡。兴奋性氨基酸毒性Algalbloom(Pseudo-nitzschiapungens)WeatethealgaeThefishermenatethemusselsProducesdomoicacid(kainatex6)Wewrote120papersoutofit!3died;post-mortemshowedneuronalnecrosisinhippocampusandamygdala.Severalamongthesurvivorssufferedfromirreversiblelossofshort-termmemory.COOHCOOHN NH HCHCH2 2COOHOOHC CCHCH3 3CHCH2 2BiologicalSource:Pseudo-nitzschiapungens(seaweed)Consumption(1):BluemusselsConsumption(2):Sea-food loversCOOHCOOHN NH HCHCH2 2COOHOOHC CCHCH3 3CHCHHOOCCHCHCHHOOCCHCHCHCHCH3 3KainicacidKainicacidDomoicacidDomoicacid 软骨藻酸软骨藻酸Acuteneurotoxicity,arisingfromaprimaryAcuteneurotoxicity,arisingfromaprimaryactionofdomoicacidonkainatereceptors.actionofdomoicacidonkainatereceptors.兴奋性氨基酸毒性机理促进Na+、Cl-、水的内流Ca2+超载氧自由基的产生NO及过氧亚硝基阴离子(ONOO-)的作用过氧亚硝基阴离子抑制性氨基酸-氨基丁酸（GABA）116GluGABA117GABA的合成底物：谷氨酸glutamate合成酶：谷氨酸脱羧酶GAD辅酶：磷酸吡哆醛PLP（VitB6）118谷氨酸脱羧酶119GAD只存在于神经细胞内GAD可以作为GABA能神经元的标记物谷氨酸脱羧酶抑制剂3-巯基丙酸（3-MP）L-谷氨酸-肼烯丙基甘氨酸与GABA结构相似，对GAD具有较为特异的抑制作用给予大鼠3-MP，GABA合成减少，使大鼠兴奋奔跑，大剂量可引起惊厥GABA的储存VGAT囊泡GABA转运体Increasedvulnerabilitytodepressive-likebehaviorofmicewithdecreasedexpressionofVGLUT1.BiolPsychiatry.2009Aug1;66(3):275-82. Decreasedexpressionofvesicular GABA transporter,butnotvesicularglutamate,acetylcholineandmonoaminetransportersinratbrainfollowingfocalischemia.NeurochemInt.2005Jul;47(1-2):136-42.VGAT与疾病重摄取GABA膜转运体GAT：GAT1,2,3BGT1（也称作GAT4）具有12个跨膜疏水螺旋结构，N,C端均位于胞内侧并带有磷酸化位点逆化学梯度将GABA跨膜转运至细胞内：2Na+:1Cl-:1GABAGAT在神经元和胶质细胞上均有表达123GABA的失活124谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱氢酶转氨酶GABA降解125GABAGABA-Transaminase (GABA-T)+ Vit B6琥珀酸半醛琥珀酸半醛琥珀酸琥珀酸三羧酸循环琥珀酸半醛脱氢酶琥珀酸半醛脱氢酶NADNADH -羟基丁酸羟基丁酸琥珀酸半醛还原酶琥珀酸半醛还原酶NADNADHGABA能神经元的脑内分布广泛分布于皮质、海马、黒质、苍白球、纹状体、小脑、嗅球等处126皮质纹状体外侧苍白球内侧苍白球黒质网状部ACH丘脑黒质致密部丘脑底核GLUGLUGLUGLUDADAGABAGABAGABAGABAGABAGABAGABAD1(+)D2(-)GLU多数GABA能神经元属于中间神经元GABA受体GABAAGABACGABAB离子通道型受体G蛋白偶联型受体GABAA受体的结构配体门控离子通道由5个亚单位组成6种亚单位，4种亚单位，4种亚单位和、等亚单位。（3种亚单位构成了GABAC受体）129GABAA受体的结构GABAA受体必须同时含有和亚单位时才能表现出其受体特性亚单位的组成决定了GABAA受体的功能及药理学特性130GABAA受体的结构胞外结构域与配体结合4个跨膜结构域M1-4M2跨膜结构域构成了Cl-通道内壁M2的氨基酸残基决定了通道对Cl-的选择性胞内环含有不同的磷酸化位点，是磷酸化调节的主要位点131GABAA受体介导的Cl-电流在未发育成熟的大脑中，细胞内Cl-浓度很高，GABAA受体激活后，引起神经元胞内Cl-外流，产生去极化效应在发育成熟的神经元，胞内Cl-浓度降低，GABAA受体激活后产生超极化效应132GABAA受体的药理学特性苯二氮卓类药物结合位点安定、氯硝安定、氟硝安定、咪唑安定用于治疗焦虑症、癫痫、肌肉痉挛、失眠、疼痛等133GABAA受体的药理学特性巴比妥类药物结合位点戊巴比妥、苯巴比妥用于催眠、麻醉、镇静、抗惊厥等低浓度时，通过变构调节机制正性调节受体对GABA的反应，增强突触后膜超极化高浓度时，可以作为GABA类似物，直接激活GABAA受体134GABAA受体的药理学特性神经活性甾体激素结合位点如黄体酮、孕烯醇酮，具有镇静作用可直接作用于GABAA受体，开放Cl-通道；也可以通过变构调节作用提高GABAA受体与GABA的亲和力135GABAA受体的药理学特性乙醇结合位点醉酒、酒精中毒可直接作用于GABAA受体，开放Cl-通道；也可以通过变构调节作用提高GABAA受体与GABA的亲和力136GABAB受体的结构G蛋白偶联受体137GABAB受体的结构GABAB受体由受体由GABABR1和和GABABR2形成异二聚体才形成异二聚体才能形成有完整功能的受体能形成有完整功能的受体GABABR1a-fGABABR2,与GABABR1仅有35%同源性GABABR1与配体结合有关，起着受体的作用GABABR2与G蛋白偶联，与受体活化G蛋白下游信号有关两者通过C末端形成超螺旋链接为异二聚体138GABAB受体的功能在突触后膜突触后膜，GABAB受体主要与内向整流型K+通道相偶联，介导慢抑制性突触后电位139selectiveGABABantagonist141GluGABA