ＮＭＤＡ受体的结构与药理学特性

摘要　NMDA受体是一类离子型谷氨酸受体，其功能主要参与发育过程中神经回路的细化及触发多种形式的突触可塑性。近年来的证据表明，组成NMDA受体的亚单位有着复杂的生理学和药理学特性；NMDA受体的数量、分布和亚单位组成并非一成不变，而是在发育过程中、神经元活动时，以一种细胞特异性和突触特异性的方式变化着。这种NMDA受体的双向变化是突触可塑性重塑的基础，而其调节的异常又可导致神经-精神疾病的发生，如可卡因成瘾、精神分裂症等。

关键词　NMDA受体，突触可塑性，受体亚单位。

分类号　B845

1　前言

现代神经科学的研究资料已经证明，谷氨酸是哺乳动物及人类中枢神经系统内最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(ionotropic glutamate receptors，iGluRs)及代谢型谷氨酸受体。在iGluRs家族内，根据外源性激动剂的不同，又分为NMDA受体与非NMDA受体，其中主要是AMPA受体。NMDA受体有复杂的分子结构和独特的药理学特性，尤其重要的是，它对钙离子具有高通透性，这使得NMDA受体在突触可塑性(synaptic plasticny)及兴奋毒性方面具有重要作用。另外，由于NMDA受体参与了神经系统的多种重要生理功能，其异常又可引起中枢神经系统的功能紊乱，因此NMDA受体本身已成为治疗某些神经精神性疾病的靶点。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。此外，NMDA受体上有多种配体结合的位点，它们以亚型选择的方式调制着受体的活动。最近关于NMDA受体结构和功能的研究表明，这些具有亚型选择性的配体结合位点包括谷氨酸结合位点、甘氨酸结合位点、离子通道的孔隙以及N末端的变构结合位点等。越来越多的研究表明，不同亚型的NMDA受体与不同的脑功能紊乱相关。因此，作用于NMDA受体亚型的选择性药物的探索也越来越受到重视。

2　NMDA受体的分子构型

NMDA受体是由不同亚基构成的异四聚体(heterotetramers)，其组成亚基有三种，即NR1、NR2和NR3。NR1又有8种不同的亚单位(NR1-1a/b-4a/b)，它们来源于同一基因、由于剪切部位的不同而生成；NR2有4种不同的亚单位，即NR2A～2DNR3有两种亚单位，NR3A和NR3B；NR2和NR3分别由六种不同的基因所编码。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。到目前为止，NMDA受体的晶体结构还没有被确定，但一般认为，NMDA受体是由两个NR1亚单位和两个NR2亚单位构成的异四聚体，其中的两个NR1亚单位和NR2亚单位可以相同亦可不同。在表达NR3亚基的细胞，一般认为此亚基与NR1和NR2亚基组装在一起，形成NR1/NR2/NR3的聚合体。

2.1　NMDA受体亚单位的功能区

组成NMDA受体的所有亚基均具有类似的跨膜结构(图1)，N末端位于细胞外，C末端位于细胞内，中间由3个跨膜片段(transmembrane segments，TM)，即TM1、1TM3和TM4，和一个位于TM3与TM4之间的发卡状环(TM2)构成，TM2是组成离子通道的主要部分。C末端的大小依赖于不同的亚基构成，它具有多个可与细胞内蛋白相互作用的结合位点。

NMDA受体的激活条件比较特殊，即它的激活需要同时结合两种激动剂，谷氨酸和甘氨酸(或D-丝氨酸)。甘氨酸的结合位点位于NRl或NR3亚单位，而谷氨酸的结合位点位于NR2亚单位。离子型谷氨酸受体的跨膜区TM2和其四聚体结构的存在提示了离子型谷氨酸受体可能与钾通道具有同源性。由于在孔道区的NR2亚单位的氨基酸序列在进化上高度保守，因此不同NR2亚单位的NMDA受体具有相似的通透特性(单通道电导、离子选择性等)和对通道阻断剂Mg2+的亲和力。相比之下，含有NR3亚单位的NMDA受体具有更低的单通道电导以及钙离子通透性和镁离子阻断特性，并且其孔道与其他亚单位有明显的不同，最突出的不同是在Q/R/N位点，这些位点的氨基酸序列在NRl亚单位是天冬氨酸一丝氨酸；在NR2亚单位是天冬氨酸一天冬氨酸；而在NR3亚单位为甘氨酸-精氨酸。由于NR3亚单位上存在大量的带有正电荷的氨基酸残基，这使得含有NR3亚单位的NMDA受体具有与含有其他亚单位受体不同的通透特性。

2.2　NMDA受体亚型的药理学研究进展

自Watldns及其同事发现外源性NMDA可以激活谷氨酸受体的一个亚类，即NMDA受体以来，人们一直在寻找强效并具选择性的NMDA受体拮抗剂。在20世纪80年代，发现了NMDA受体离子通道的广谱并具高亲和力的竞争性阻断剂。在20世纪90年代初期，NMDA受体亚单位被克隆出来，随后人们发现，NMDA受体存在多种亚单位，这加快了受体亚单位选择性阻断剂的发现。例如，苄哌酚醇(ifenprodil)可以选择性阻断含有NR2B亚单位的NMDA受体，而纳摩尔级浓度的锌离子可以选择性阻断含有NR2A亚单位的NMDA受体。但是，到目前为止，用于区分NMDA受体亚型的药物仍然非常少，且没有发现高选择性的能分别阻断含有NR2A、NR2C、NR2D和NR3亚单位的NMDA受体亚型拮抗剂。

2.2.1　NMDA受体亚型拮抗剂

最初发现的NMDA受体拮抗剂是一种竞争性拮抗剂，作用于NR2亚单位上的谷氨酸结合位点，此类拮抗剂是具有一定构象并包含一个ω-磷酸基的氨基酸衍生物，其中之一是(R)-AP5。(R)-AP5与NMDA受体的亲和力远远高于其它离子型谷氨酸受体，因此到目前为止，此药物仍然是应用最广的NMDA受体拮抗剂。这类化合物也具有一定的亚型选择性，对不同亚型的亲和力排序为NR2A＞NR2B＞NR2C＞NR2D，但它们与不同亚型亲和力的差异相对较小(小于10倍，表1)，因此不能用来区分NMDA受体的亚型。亚型选择性药物的缺失可能是由于谷氨酸受体的NR2亚单位的氨基酸序列高度保守，尤其是各亚单位上与谷氨酸分子结合的10个氨基酸残基高度保守。然而，有研究应用三维模型的方法(three-dimensional models)，揭示了不同NR2亚单位的激动剂结合位点边缘存在着几个不同的氨基酸残基。这就提示仅仅作用于谷氨酸结合位点的小分子化合物不可能具有对不同NR2亚单位的强效选择性，如分子量较小的化合物PMPA和(R)-AP5：而大分子化合物拮抗剂就可以通过空间效应展示较强的NR2亚单位选择性，如(R)-CPP和(R)-APT，它们对NR2A的阻断作用远大于对NR2D