受体的位相性和张力性激活

GABA（γ-氨基丁酸）是成年哺乳动物中枢神经系统的主要抑制性神经递质，其主要作用是由广泛存在的离子型GABAA受体介导的，其机制为增加细胞膜对氯离子、碳酸氢根离子的通透性。在多数成熟神经元中，GABA导致净的内向阴离子流，从而引起超极化的突触后反应，这就是IPSP。成年哺乳动物脑的正常功能依赖于广泛的GABA神经元群体活动所介导的协调与调节［1］。

GABAA受体的位相性作用即一般所了解的抑制性突触传递，而GABAA受体的张力性激活是指GABA作用于突触外区GABAA受体所引起的反应，它介导神经调制作用。

IPSP的发生，是由于突触后GABAA受体仅短暂地暴露于高浓度GABA之后就被激活。这种作用所引起的膜电导增加，就是所谓“位相性”抑制的基础。这种瞬时的、特异的、点对点性质的过程，在GABA介导的信号传送中有重要意义［1,2］。

近年来已经了解，GABAA受体的激活，也可在空间及时间上受较少限制的条件下发生。从突触间隙逃逸出来的GABA可以激活突触前神经末梢上或者同一神经元及邻近神经元突触上的受体，此现象被称为神经递质的“溢出”。此外，细胞外间隙低浓度的GABA可导致GABAA受体持久或“张力性”的激活，其方式是，它在时间上与位相性突触事件是相分离的。本章将考察哺乳动物脑内GABAA受体介导的信号传送的多样性，重点在于讨论作为张力性及位相性受体激活基础的不同机制。我们将要讨论诸多因素间可能的相互作用，例如GABAA受体的异源性受体定位以及GABA浓度的瞬变，由此产生功能上不同的神经元抑制模式［1］。

为了实验性地证明GABAA受体的张力性和溢出性抑制，往往需要根据GABAA受体张力性激活的药理学特征来加以确定。例如，小脑颗粒细胞实验显示，成年动物小脑皮层从攀缘纤维输入到浦肯野细胞输出的信息流动，是由颗粒细胞GABA受体所介导的。受体的特征是利尿磺胺（furosemide）敏感而苯甲二氮卓（diazepam）和神经甾体不敏感。此受体既可被GABA张力性激活，也可被从突触释放部位溢出的GABA激活。受体张力性激活对引起平均抑制性电导的贡献，3倍大于高频刺激引起GABA突触释放的效果。张力性和溢出性的抑制，减少了颗粒细胞被攀缘纤维输入所激活的成分，这样就产生了所谓编码稀疏性（sparseness）增加的效果，预计可以改善小脑的信息存储能力［3］。

自从知道了成熟中枢神经系统神经元GABAA受体的张力性激活以后的10年来，已经积累了相当多的实验证据。证据表明，许多脑区都存在着张力性抑制。与位相性抑制的空间和时间分离性质相对比，张力性抑制是由于随机地持续激活GABAA受体造成的。介导这两种抑制形式的受体亚型，具有不同的生物物理学和药理学特征，以及不同的亚细胞定位。高亲和力的突触外区受体介导张力性抑制，其特点是受体的低占据度。GABA与它结合的低效力，使其调节有较大的动态范围。进一步的工作肯定会巩固我们对它们在调制神经元兴奋性方面基本差别的了解，从而发展生理情况下和病理情况下的选择性方法。本章将讨论突触部位及突触外区部位的GABAA受体亚型在调节神经元兴奋性当中的不同作用［1］。

过去20年来，研究工作鉴定了中枢神经系统突触外区的GABAA受体群，此群体使神经元能够感受存在于细胞外间隙、细胞周围的低浓度GABA，产生“紧张性抑制”。以前在研究神经元兴奋性时对此考虑得很少，但是这种紧张性抑制在调节意识状态时的重要性从以下事实即可看出：突触外区GABAA受体被认为是各种神经活性物质作用的关键性靶，包括麻醉剂、促睡眠药物、神经甾体、酒精。突触外区GABAA受体对神经甾体的敏感性，可以解释这些受体在应激时，在卵巢周期性活动变化时，以及在发生怀孕相关心境（mood）失调时的重要性。还有，与一些疾病有关的神经网络动力学的破坏，如精神分裂症、癫痫、帕金森病，也有可能牵涉GABAA受体介导的紧张性电导变化。因此，突触外区的GABAA受体可能提供靶点，用来治疗这些疾病；而且还有增强认知和帮助中风后功能恢复的潜在可能性［4］。

哺乳动物脑的GABA系统包括释放GABA的细胞和结合GABA的受体。GABA释放细胞非常多种多样，且高度特异化。它们调控局部神经网络也即中间神经元的活性，从而形成某些脑区和神经核的输出，例如纹状体的中等树突棘神经元、小脑的浦肯野细胞等。脑内每个神经元基本上都有与GABA结合的受体，类型非常广泛。本章聚焦在GABAA受体，而且是在突触外区的。人们早已认识了，哺乳动物神经元的细胞体、树突甚至轴突质膜的突触外区，有能够结合谷氨酸和GABA的配基门控离子通道。首个迹象提示有持久与紧张性的电导，而且这种电导是由于激活了突触外区的GABAA受体群体。来自1991年以前的发育神经元的全细胞电压钳记录表明，这时候突触正在形成。实验发现，往溶液中加入GABAA受体阻断剂之后，可以降低维持性控制电流。此一事实表明，一定存在着一个紧张性的、由GABAA受体介导的电导，而且它与通常的IPSC是无关的。当时的看法认为，这些是早期发育神经系统中GABA信号的传送方式，可能在调节神经元分化中起一定作用。这种类型的细胞间通信，基本上与“点对点”的通信不同，“点对点”的通信实现突触传递以及缝隙接头介导的电耦合。新发现的活动型式（pattern）更类似于容积传递（volume transmission）和旁分泌（paracrine）式传递，它们是与神经调制物的作用相关联的，例如5-羟色胺、组织胺、多巴胺、乙酰胆碱和肽类。以后，研究人员的注意力又聚焦到突触外区产生张力性电导的GABAA受体的分子特征，探查它们在成年脑里面的生理学相关［4］。

图4-1　突触外区GABAA受体介导的张力性抑制（彩图见图版此处）

神经元的胞体、树突接受经常的突触输入的冲击，它们来自谷氨酸能的以及GABA能的神经末梢。星状胶质细胞紧密地穿插在这些神经元之间，可以感受这些神经递质的释放，也可以调制递质在细胞外间隙的浓度水平。GABA能神经末梢释放突触小泡的GABA，以及其他来源的、非小泡释放的GABA。这些释放与GABA的摄取相互作用，就决定了细胞周围（细胞外间隙）的GABA浓度。（a）位相性抑制：GABA能神经末梢的GABA分子包装在突触小泡内。一旦从小泡释放以后，GABA快速地弥散越过突触间隙，占据突触区GABAA受体，此GABAA受体可以由不同的亚单位组成。突触区GABAA受体的低亲和力意味着，虽然GABA分子在突触间隙的浓度高，可达1～10 mmol/L，但这些分子仅占据受体很短一段时间。这种短暂性的GABAA受体占领，又进一步由另一过程加以保证，即快速地运走突触间隙里面的GABA，其时间小于1 ms，这是由于GABA弥散以及被位于突触前轴突末梢的GABA转运蛋白（GAT-1）主动结合和摄取。由此形成短暂的突触后电导变化（白色曲线），其特征波形是快速下行、缓慢回复。由于突触区GABAA受体亚单位的组成及突触间隙内神经递质浓度的不同，电导变化时程可依情况不同而异。（b）张力性抑制：细胞周围低浓度的静息GABA水平能够激活高亲和力的突触外区GABAA受体，使之产生一个持久性电导。此电导更大程度上由于氯离子所致，而在较小程度上由于碳酸氢根离子所致。它在某些类型的神经元中负责产生张力性抑制（图中噪声白曲线）。（c）细胞周围的GABA浓度：脑细胞外间隙中的细胞周围GABA浓度，其准确调节机制刚刚开始得到阐明。调节机制涉及如下一些因素：突触小泡GABA的释放水平、细胞转运蛋白（在星状胶质细胞中是GAT-2和BGT-1，在神经轴突末梢中是GAT-1）的化学计量法以及其他型式的非小泡GABA释放，如通过斑萎蛋白（bestrophin）的渗透。最终，正是这个细胞周围的GABA浓度水平，导致了突触外区GABAA受体的激活，产生了张力性抑制；所谓突触外区可以是胞体、树突，甚至可以是轴突质膜。（图引自［4］）

离子型受体所产生的反应是由跨膜离子浓度梯度的损耗所造成的，梯度由离子泵和运载体产生。GABAA受体对氯离子和碳酸氢根离子通透。受体激活的功能性后果依赖于这两种阴离子的跨膜分布，以及细胞的膜电位。在多数成熟神经元中，氯外排钾-氯共转运蛋白-2（chloride-extruding potassium-chloride co-transporter，KCC2）导致氯平衡电位，此平衡电位比静息膜电位（Vm）更负。碳酸氢根的平衡电位比Vm更正一些，但与氯离子比，碳酸氢根离子相对不太通透。因此GABAA受体的激活，典型的是净的阴离子进入，而经典的描述就是超极化的抑制性突触后电位（IPSP）。在受体激活的情况下出现了电导增加及超极化，电导增加导致兴奋输入的短路，超极化则可与去极化相对抗，这两者都有助于GABA的抑制效应，减少动作电位被发动的可能性［1］。

然而这是一个过于简化的模型。超极化的GABA反应可能不一定是抑制性的，如果它触发一个超极化激活的兴奋性电导，而这种电导可以产生反跳性锋电位。此外，对GABA本身的反应也可能是去极化的，多数未发育的神经元就是如此，因为那种神经元缺少KCC2。相反，通过钠和钾耦合的钠-钾-氯共转运蛋白（Na-K-Cl cotransporter，NKCC1）积累氯，这对某些成熟神经元也是有可能的。虽然短路效应增加了电导，但抑制仍可以发生；IPSP的效应依靠它相对于兴奋性输入的定位和时间关系，以及相关电导和电压变化之间的相互作用。在未成熟的神经元，去极化可能足以触发钙内流，这个现象被认为与GABA介导的对神经元增殖、迁移、生长和突触生成的调制有关。最近有提示，即使GABA诱导的去极化不足以激活电压门控钙通道，在持久受体激活以后也仍然可能发生钙内流，当受体对渗透压的超负荷作出反应，而渗透压又是氯内流所引起的时候［1］。