星形胶质细胞和神经元之间 谷氨酸! 谷氨酰胺的

&J% 生理科学进展$%%&年第&)卷第)期

星形胶质细胞和神经元之间谷氨酸!谷氨酰胺的代谢偶联"

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杨晓运"#李#智"#秦绿叶$#于常海"，

（"中国科学院上海生物工程研究中心，上海$%%$&&；$北京大学神经科学研究所，北京"%%%’&）

摘要#谷氨酸!谷氨酰胺循环是星形胶质细胞和神经元代谢偶联最重要的途径之一。在中枢神经系统中葡萄糖经糖酵解和三羧酸循环，合成三羧酸循环的中间产物。神经元因缺乏丙酮酸羧化酶，不能由葡萄糖直接合成谷氨酸，而必须依赖于星形胶质细胞的三羧酸循环来产生作为谷氨酸前体的三羧酸循环中间代谢产物。星形胶质细胞的谷氨酸载体从突触间隙摄取谷氨酸，在星形胶质细胞中转变成谷氨酰胺并释放到细胞外，然后重新被神经元摄取，转变成谷氨酸进入新一轮的循环。本文介绍了该循环，以及星形胶质细胞谷氨酸载体的功能、特性及调控。关键词#星形胶质细胞；谷氨酸!谷氨酰胺循环；谷氨酸代谢；谷氨酸载体学科分类号#()$"

##大脑中神经细胞最大的特点就是互相联系以及沿着特定的途径进行信息传递。更好地了解神经元的相互作用机制对于阐明大脑生物学功能的基础十分重要，而大脑中其他类型细胞之间以及其他类型的细胞与神经元的联系研究者较少。大脑中另一主要的细胞类型———星形胶质细胞与神经元紧密相邻，神经元及其突起之间的空隙几乎全部由星形胶质细胞填充。星形胶质细胞有多种与神经元相同的离子通道和神经递质受体，因此它为大脑中多种细胞间的相互联系提供了另一条重要途径。

在中枢神经系统（*+,-./0,+.1234454-+6，789）中，星形胶质细胞有许多功能，其中一些是由从神经元中释放的神经递质所激发的。星形胶质细胞通过受体对神经递质做出反应，并且摄取一部分递质来结束突触过程

［"］

-./,4@2.-+.）载体的表达，结果表明当抑制星形胶质细胞谷氨酸载体表达时，细胞外谷氨酸的浓度剧增，

［$］

导致神经元因兴奋毒性而退化。无论结构上还

是功能上，星形胶质细胞都是大脑血脑屏障的重要组成部分。实验表明在大脑贫血时，神经元会释放大量的谷氨酸，星形胶质细胞能够积累谷氨酸来保护神经元不受损伤，从而保持细胞外的谷氨酸浓度低于产生毒性的水平（D+.-E等F"GGH）。但如果此时星形胶质细胞遭到损伤，或功能被抑制，细胞外的谷氨酸就会大量积累引起神经元过度兴奋而导致死亡。亚显微结构分析表明，星形胶质细胞的谷氨酸载体大多集中在面对突触区域的膜附近，而神经元的谷氨酸载体———A<<7"位于神经突触后膜的胞外突触膜上，并且集中在突触的颈部而非突触的顶

［$］端（图"）。由于两者载体的位置不同，只有当谷

。在哺乳动物789中，谷氨酸是最

主要的兴奋性神经递质，也是一种潜在的神经毒素，引起的兴奋毒性可能导致神经细胞的死亡。为保持突触传递的敏感性，谷氨酸必须被迅速及时地清除，从胞外清除谷氨酸主要是由载体介导的摄取完成有许多细胞类型能表达谷氨酸载的。在789中，

体。其中，星形胶质细胞的摄取是保持胞外谷氨酸浓度稳定的最主要途径。虽然神经元和星形胶质细胞都表达谷氨酸载体，摄取谷氨酸，但两者的摄取能力不同，星形胶质细胞远远高于神经元。根据神经元和星形胶质细胞不同的谷氨酸载体类型，利用反（>03-/!义核酸技术选择性抑制星形胶质细胞:;<9=，:;=!"（>03-/6/-+-./,4!6/-+?/4@/.-/-+-./,4@2.-+.）

氨酸溢出时，神经元的谷氨酸载体才发挥作用，而星形胶质细胞的摄取则是清除突触间隙谷氨酸的主要

［&］途径。因此，星形胶质细胞摄取谷氨酸对于避免

由递质介导的兴奋毒性很关键，它防止了过量的谷氨酸扩散到周围神经元上，进而避免了神经元的过度兴奋，对神经元起保护作用。

一、谷氨酸!谷氨酰胺循环

星形胶质细胞和神经元是代谢偶联的，其中最重要的途径之一是谷氨酸!谷氨酰胺循环。研究表

［)］明，谷氨酸!谷氨酰胺循环并不是完全封闭的。因

为谷氨酸不能穿过血脑屏障，所以在789中谷氨酸

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国家自然科学基金（&%$H)%$I）和北京市自然科学基金

万方数据@2.-+.）载体或者神经元A<<7（+44+,-B/0/6B,2/*BC

（H%&$%$I）资助课题