受体亚单位及受体亚型

受体的区域和发育表达型式，以及它的生理学、药理学特性，是由亚单位的基因表达和亚单位组成的差异所决定的。决定这些相互关系的原则，已受到大量的注意和研究，其目的是在中枢神经系统中寻找高度特异的药物靶点。最终装配的亚单位特征也决定了GABAA受体在一个神经元中的定位——它是突触的还是突触外区的。这表明，存在着不同亚单位的组成规律以及锚定/运输机制［4］。不同型式GABAA受体的激活，取决于受体亚型的生物物理学特性和它的亚细胞定位。关于GABAA受体的不同亚型会在下面加以介绍［1］。

如同半胱氨酸环配基门控（cysteine-loop ligand-gated）离子通道家族的其他成员一样，例如烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）、甘氨酸受体和3型5-羟色胺（5-HT3）受体，GABAA受体也是五聚体亚单位的组合物，其中心形成离子通道。有19种GABAA受体的亚单位（α1—α6、β1—β3、γ1—γ3、δ、ε、θ、π及ρ1—ρ3），这些都已经从哺乳动物中枢神经系统中得到克隆。更多的变异可能来自交互剪切（例如γ2亚单位的剪切）。这种不同亚单位蛋白质的组合装配，允许形成潜在的、无数分子异源性的GABAA受体亚型［1］。

在理论上可能的众多亚单位组合中，实际只有少数几十个已被显示是真正存在的。这种存在反映了亚单位的类型在脑区之间、在神经元群体之间呈区别性分布；同时也提示了组合的几个基本“规则”。在脑内得到最丰富表达的受体亚型，是由α1、β2和γ2亚单位组成的组合。可能的分子比是：2个α、2个β、1个γ亚单位。亚单位的排列按照围绕着离子通道的假对称方式，其次序是γ-β-α-β-α，从突触间隙看为逆时针方向排列。其他常见的组装也有含α、β和γ2亚单位的（例如α2β3γ2、α3β3γ2、α4βxγ2、α5β3γ2和α6βxγ2），而γ2亚单位被γ1、γ3或δ所取代的受体比较少。由于以下事实而产生了更多的变异性，即个别五聚体可能含有2个不同的α亚单位，或2个不同β亚单位的同工分子。在某些情况下，γ亚单位可以被ε、δ或π亚单位所取代，而π和θ亚单位也能够和α、β、γ亚单位共同装配形成受体，这种受体所含有的亚单位来自4个家族。最后，虽然ρ亚单位可以形成同聚体受体，但是这种受体与离子型GABAA受体亚家族的GABAC受体共享了某些特点。有证据表明，它们也可以和γ2亚单位或α1和γ2两种亚单位形成受体。这种分子异源性对于GABAA受体亚型有重要的功能后果，那就是，亚单位的组成不仅决定了受体性质，也决定了它们的细胞表面分布与动态调节［1］。

1．含δ亚单位的GABAA受体

自从开始了解GABAA受体δ亚单位及其在脑内的表达型式之后，我们首先知道了成熟小脑颗粒细胞突触外区有α6βδ亚单位的GABAA受体。这种GABAA受体不论在离体还是在体的实验中都介导张力性抑制，而通常突触部位那种含有γ2亚单位的GABAA受体则参与突触传递。由含α4βδ亚单位的GABAA受体介导的张力性电导，目前在其他脑区里也有报道，包括齿状回颗粒细胞、丘脑转运神经元、新大脑皮层Ⅱ/Ⅲ层的锥体细胞以及纹状体的中等树突棘神经元等。此外，张力性电导也存在于常春藤细胞(2)/神经胶质样细胞（ivy/neurogliaform cell）中。在这里，它可能是由持久激活突触外区含α1βδ亚单位的GABAA受体所产生的［4］。

既然持续活性的δ GABAA受体的开放，对跨细胞膜的电荷流动作出了如此大的贡献，那么不足为奇的是，这种类型的电导应该能调制神经细胞和神经网络的行为。例如在丘脑转运神经元，膜的超极化关联于通过δ GABAA受体的持久氯离子流动，这可导致爆发性放电以及慢的丘脑-皮层振荡［4］。

但是张力性电导不一定导致膜的超极化。在小脑颗粒细胞膜上，与张力性抑制相关的膜短路可以减弱兴奋性输入的驱动，但是很少影响膜电位。值得一提的是，这种与张力性电导相关联的短路性抑制，也可导致膜的小而持久的去极化。从所有成年动物神经元上测量出来的张力性电导的另一显著特征是，仅少部分突触外区GABAA受体是同时开放的，表明受体的占据是低的，及/或有大量的受体已经高度脱敏。在室温以及生理温度下记录的δ GABAA受体，预计是明显脱敏的。虽然只要受体的数目是多的，脱敏的受体群仍可以产生张力性抑制，但是这个特征将限制这些受体的能力，让它们来实现感受溢出递质的作用，而其他相对不脱敏的突触外区GABAA受体可能更适于起这样的作用。由溢出GABA所产生的缓慢上升及缓慢下降的IPSC，是常春藤细胞/神经胶质样细胞的GABA释放的明显特征，这已在海马神经元上有所报道。今后的一个挑战是，应当确定一下，在这些神经元和其他细胞上发现这种溢出电流，是不是反映了另一类突触外区GABAA受体群的激活，而这个群与产生张力性抑制的群体是不同的［4］。

2．其他类型的GABAA受体与张力性电导

现在已经认识到，除δ GABAA受体外，在成熟动物的一些脑区里，其他类型的GABAA受体也能产生张力性电导。最值得注意的是，含有α5βγ2亚单位的GABAA受体（α5 GABAA受体）也能产生张力性电导，此电导调节海马CA1区、CA3区锥体神经元以及皮层第Ⅴ层神经元的兴奋性。仅由α、β亚单位组成的高亲和力GABAA受体也提供了一种可能性，即还有其他的GABAA受体，即使在没有激动剂时也可以打开。这在某些未成熟神经元中已有所报道。由于有大量含γ2的GABAA受体存在于突触区和突触外区的质膜上，故也有可能，当细胞周围GABA浓度高的时候，通常的、具更低亲和力的GABAA受体可能贡献于稳态电导。然而现在已经认识到，在许多脑区、在生理情况下，高亲和力的GABAA受体群如δ GABAA受体、α5 GABAA受体占优势地负责产生张力性电导。现在，对突触外区GABAA受体群的研究已进入比较成熟阶段，本章将聚焦于一些新认识，例如关于这些受体潜在地参与神经病及精神病的细胞和分子异常，包括睡眠障碍、应激相关精神病、癫痫等。我们也将进一步讨论这些受体可能的潜在作用，包括在人类认知、中风康复以及介导酒精效应等方面［4］。

虽然受体亚型的亚单位定位无疑有助于它们选择性地参与张力性和位相性形式的活动，但是仅仅这种区别还不足以解释它们的差别性激活。受体暴露于GABA的作用下，可能会有怎样的表现呢？这与受体不同的生物物理特征有关，特别是那些与结合（激动剂如何与受体结合）、与门控（通道在发生反应时怎么开放、怎么关闭）过程相关的特征［1］。

受体生物物理特性的可测量的参数包括：半最大反应（EC50）时的配基浓度，激动剂暴露后的电流激活速率，激动剂持续存在条件下脱敏的程度和速率，激动剂移去后电流的失活。检测结果将反映受体的不同微观参数，包括激动剂结合与去结合的速率、进入或脱离开放和脱敏状态的速率常数。依赖于不同门控过程相互作用的其他测得的特征包括：离子通道的平均开放时间、平均关闭时间、平均爆发时程，以及当受体被全部占据后通道开放的概率［1］。

任何一种配基门控离子通道的一个关键特征是对内源性激动剂的敏感度，也即需要有几个配基分子才能产生一个特定的反应。这既反映了受体和配基的亲和力（结合步骤的平衡常数），也反映了配基的效力（efficacy），或者说配基促进离子通道的门控如何有效。对于含有α、β和γ亚单位的重组受体来讲，受体对于GABA的敏感性强烈地受α亚单位类型的影响，其中α3亚单位具有最高的EC50值，α6亚单位具有最低的EC50值。对于特定亚单位的组合以及对于不同组合中的相对差别，EC50的绝对值都是有变异的，但是如果仅比较α亚单位，则从小到大的效力排序是α6＜α1＜α2＜α4＜α5＜α3。在α4β3γ2中，用δ亚单位取代γ2亚单位会使EC50减少，但是对于α1β3γ2及α6β3γ2，用δ亚单位取代没有影响。总的说来，α6β3δ或α4β3δ这种组成，其EC50最低（约0.3～0.7 μmol/L），而α1β3γ2或α2β3γ2亚型，其EC50会高一个数量级（约6～14 μmol/L）［1］。

受体被配基占据后开放，其通道电导将影响反应的大小。GABAA受体的单通道电导依赖于其亚单位的组成。与EC50的变化相比较，电导的变化更加适度，而且基本上局限于从二倍体αβ转换到由三倍体αβγ或αβδ组成的那些亚单位。在室温下，当对细胞膜片作外面朝外的记录时，αβ受体（例如α1β1或α1β3）的单通道电导约为15 pS，而如果增加γ2或δ亚单位（例如α1β2γ2S或α1β3δ），其电导会增加到约25～28 pS。在组合中改变α、β亚单位的类型对电导影响很小或无影响。虽然对未成年神经元的记录表明，存在着天然二倍体αβ受体，但是成熟神经元的多数受体可能含有一个δ或者一个γ亚单位。因此可以预期，在多数成熟神经元上，为了实现张力性和位相性的抑制，GABAA受体有大致类似的通道电导［1］。

反应幅度不仅取决于通道的导通性，通道开放状态的时间也同样重要。决定这些现象的动力学特征受亚单位组成的影响。如果把α1β3γ2受体的γ2用δ亚单位取代，平均开放时间及通道开放的爆发波时程均减少大约5倍。较常见的α4βxδ组合的单通道数据表明，这些受体在行为上可能相似。此结果符合这样一种观点，即在含δ亚单位的受体上，GABA具有高的亲和力但低的效力（GABA是一个部分激动剂）［1］。

重组受体的激活、失活和脱敏，也受亚单位组成的很大影响。就αxβxγ2类型的受体而论，直接比较具有不同亚单位的受体，发现当快速给予高浓度的GABA时，电流的激活速率可有4倍的差别，其电流上升时间的次序为α2＜α1＜α3。存在一个δ或一个γ2亚单位也会影响激活，其电流上升时间的次序为α1β3γ2L≪α1β3δ≈α1β3。把一个γ2亚单位（是s而不是l剪切变异）插入αβ受体，会增加失活速率2倍；如果把γ2换成δ亚单位，结果也一样。此外，就αβγ和αβδ组合而言，失活速率依赖于α亚单位的类型，例如含α1的αxβ1γ2 GABAA受体，其失活速率比那种含α2亚单位的要快5倍；还有，含α1的αxβ3δ GABAA受体，其失活速率比含α6亚单位的快4倍［1］。

GABAA受体进入脱敏状态，被认为对于形成IPSC的时程是重要的。脱敏也影响突触后受体重复高频激活反应的能力。考虑到持久低浓度GABA的效应，这显然具有重要性。细胞周围的GABA可以促进受体进入部分结合、缓慢脱敏的状态，此过程潜在地限制了任何张力性电导的幅度，也减少了受体的可利用性。与失活和脱敏的相互关系一致的是，增加γ2亚单位到αβ受体，可以减慢宏观的脱敏过程。同样，与αβγ GABAA受体相比，αβ GABAA受体的脱敏更慢、更不广泛。再有，αβγ和αβδ组合，这两者脱敏的速率及程度受α亚单位类型的影响：由α1βγ亚单位组成的受体，其脱敏比那些含有α5或α6亚单位的受体更快，而如果在αβδ GABAA受体中用α6代替α1亚单位，则可以看到相反的效应［1］。

总的说来，重组受体的资料显示，GABAA受体的所有宏观和微观特性都强烈依赖于其亚单位的组成。介导位相性抑制的和参与张力性抑制的，这两种受体之间最重要的区别在于对GABA的亲和力以及脱敏的速率和程度。这些不同的生物物理学特征再加上它们在细胞表面的不同分布，完全符合它们分别参与的位相性和张力性信号传送。然而，此种区别并不排斥另一可能性，即当细胞外GABA浓度高时，或经药物诱导增加了受体的亲和力时，其他突触外区及/或突触受体可能有助于产生张力性电导。值得注意的是，一些考察重组受体生物物理学特征的实验，通常应用高浓度的GABA，而这种情况特定地是与突触传递相关联的。用低浓度的GABA应该会提供关于受细胞周围GABA所激活的受体亚型行为的更清晰看法［1］。

GABAA受体所介导的，快速开始、快速上升时间的IPSC，在中枢神经系统的不同神经元上都很明显，这表明靠近递质释放位点有高密度的受体。20世纪80年代晚期，应用新开发的抗GABAA受体亚单位的单克隆抗体，并且联用电子显微镜免疫过氧化物反应，发现α1和β2/3亚单位的免疫反应性是在非突触区膜（突触外区膜）。然而由于技术上的限制，这些亚单位在突触上的丰富存在并不能令人信服地得到显示。以后的光学显微镜免疫荧光法和电子显微镜免疫金方法使我们能够得到GABAA受体更准确的亚细胞定位。实验发现，在许多脑区中含GABA突触的突触后特异化部位上，有α1、α2、α3、α6、β2/3和γ2亚单位的富集，这些脑区包括小脑、苍白球、海马以及大脑新皮层等。不过应当指出，上述的每种受体亚单位，均可以在突触外区的质膜上看到，没有一种类型的GABAA亚单位是唯一地存在于突触位置的。虽然α1β2/3γ2 GABAA受体高度富集在突触上，但更多的受体是在突触外区比在突触接头要多一些［1］。

GABA释放突触的突触后致密（PSD）含有许多蛋白质，这些蛋白质被认为在靶向和稳定GABAA受体方面起作用。虽然准确的分子构筑尚待确定，但清楚的是，γ2亚单位在突触GABAA受体的成簇方面起中心作用。敲除小鼠的γ2基因导致成簇极度减少，既有GABAA受体的减少，也有GABAA受体关联蛋白——桥连蛋白的减少。与这两个减少相平行的是电生理学上小抑制性突触后电流（mIPSC）频率的减少。对于γ2亚单位的需求不仅出现于正在实现突触形成的胚胎神经元，也出现于更成熟的神经元，当它们已经有突触接触存在的时候［1］。

图4-4　小鼠小脑的GABAA受体（彩图见图版此处）

小鼠小脑的电子显微镜图，显示高尔基细胞末梢（绿色阴影）和两个颗粒细胞树突（红色阴影）间的突触。组织被双标记，一个是GABAA受体β2/3亚单位（10 nm金颗粒）另一个是δ亚单位（20 nm金颗粒）。由高尔基细胞末梢和颗粒细胞树突组成的突触（小箭头）没有被δ亚单位标记，但是有丰富的β2/3亚单位免疫颗粒，表明在这些释放GABA的突触里面，受体的免疫反应性是很好地被保留了下来。注意在突触外区的树突膜上存在着δ亚单位（粗箭头）和β2/3亚单位（小箭头）的免疫颗粒。（图引自［1］）

某些GABAA受体亚单位似乎并不积聚于突触接头。例如δ亚单位，它很特殊，被显示唯一地存在于小脑颗粒细胞突触外区的胞体和树突质膜上，存在于海马和齿状回颗粒细胞的突触外区和突触周围区。在小脑中，金颗粒标记的δ亚单位典型地是在离开最近PSD边缘几百纳米处；而在海马里，这些δ亚单位浓集于突触周围区，刚刚离开PSD 30 nm的范围里面。在小脑颗粒细胞中，δ亚单位特异地与α6和α2/3亚单位（α6β2/3δ和α1α6β2/3δ）一起形成受体。在前脑的某些脑区，包括丘脑、新纹状体及齿状回，δ亚单位特异地与α4和βx亚单位（α4βxδ）一起形成受体。对于每种受体亚型，缺少γ亚单位可能是它们无法进入突触的原因［1］。

含δ亚单位的受体似乎纯粹存在于突触外区，但其他亚单位也可能优先存在于突触外区，虽然不是唯一地在突触外区。在海马锥体细胞上，在光学显微镜的水平，α5亚单位（它可能形成α5β3γ2受体）显示弥散的表面标记，没有可检测的突触成簇，这可以从它缺少桥连蛋白共定位而判断出来。在此情况下，α5亚单位的存在似乎超过了γ2亚单位的能力，而γ2亚单位是能够促进突触定位的。令人注目的是，在缺少α5亚单位的小鼠海马脑片上，较之野生型小鼠的IPSC，CA1锥体细胞的动作电位依赖或诱发的IPSC幅度减小。在培养的CA1神经元上则看不到上述区别。虽然诱发IPSC的幅度减少，可能反映了GABA释放概率或释放位点数目的代偿性变化，却没有反映任何量子数目变化。这也与以下的事实相一致，那就是，位相性激活含α5的受体，可能需要同步化的多小泡释放，同时有GABA溢出到受体，而这种受体位于离开突触间隙的部位，并且是含有α5的，比如已经描写过的小脑颗粒细胞及齿状回突触外区和突触周围区的含α6和α4亚单位的受体。这可能是一种机制，贡献于树突性慢IPSC的产生。这在海马CA区神经元上可以看到［1］。

图4-5　海马GABAA受体亚单位的表达（彩图见图版此处）

（a）成年小鼠海马（过氧化酶染色）GABAA受体α5亚单位的免疫组织化学定位，显示在CA1、CA3和齿状回中有神经层次特异的分布。（b）（c）成年小鼠放射层α5亚单位（红）和GABAA受体相关蛋白——桥连蛋白（绿）的双免疫荧光标记。桥连蛋白标记可能的突触后位点。在高放大倍数时可以看到，释放GABA的突触之α5亚单位，其免疫反应性弥散地分布于神经丛。双标记小图似乎显示，没有α5亚单位成簇以及与桥连蛋白共定位的证据。（d）（e）成年小鼠放射层α2亚单位（红色）和桥连蛋白（绿色）的双免疫荧光标记。与α5亚单位不同，α2免疫反应性亚单位簇与桥连蛋白的共定位清楚可见（黄色），表明α2亚单位聚集在突触后位点。（图引自［1］）

总的看来，这些事实表明，含γ2亚单位而又联合α1、α2或α3亚单位的受体（α1β2/3γ2、α2β2/3γ2和α3β2/3γ2）是优先的受体类型，它们介导突触位相性抑制。含α4、α5或α6亚单位的受体（α6βxδ、α4βxδ和α5βxγ2），优先地或唯一地是突触外区的。在小脑颗粒细胞上，GABAA受体介导的张力性电导的延迟发展，镜像性地反映了α6和δ亚单位的延迟表达；以后又显示，敲除α6或δ亚单位后，此电导就会取消。类似地，δ亚单位的基因敲除（同时也丢失了α4的表达）减少了齿状回颗粒细胞及丘脑腹侧基底核转运神经元张力性受体的激活；基因敲除培养海马神经元的α5亚单位，就去除了张力性电导。与之相对比，海马锥体神经元异位性地过度表达α6亚单位，会导致张力性电导的增加［1］。