综述：调节多发性硬化症（MS）体内模型中的谷氨酸神经传递：一项叙述性综述

《Frontiers in Immunology》：Modulating glutamate neurotransmission in in vivo models of Multiple Sclerosis: a narrative review

　　

谷氨酸（Glu）是中枢和周围神经系统的主要兴奋性神经递质，在认知、突触可塑性和免疫调节中发挥重要作用。研究人员越来越认识到，谷氨酸失调是多发性硬化症（MS）神经炎症和神经退行性变的组成部分。在MS及其主要实验模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）中，谷氨酸稳态受损导致兴奋性毒性、钙超载和氧化损伤，并伴有促炎介质如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的加剧。这使得谷氨酸能受体、转运体及相关信号通路成为值得进行系统性临床前评估的候选治疗靶点。为了评估针对这些通路的药物的临床前证据基础，研究人员进行了系统文献检索，并应用预定义的纳入和排除标准，比较评估了已发表的关于谷氨酸能药物在EAE模型中作用的体内研究。在所综述的EAE研究中，谷氨酸能药物常被报道能够延迟疾病发作、缓解临床症状、减轻神经炎症和减少脱髓鞘，尽管效应大小和可重复性在不同模型、给药方案和治疗时机之间存在差异。总体而言，这些数据表明，药理学调节谷氨酸能信号可以影响EAE病理生理学的多个方面。然而，已完成的对已获批谷氨酸能药物（利鲁唑、金刚烷胺、美金刚、拉莫三嗪）的临床再利用试验，迄今为止未能证明其在MS中具有疾病修饰疗效，凸显了显著的转化差距。

论文主体部分包含引言、方法、结果和讨论四个主要章节，以下按小标题顺序进行学术性总结。

**1 Introduction**

**1.1 Glutamate transmission, receptors and metabolism**
谷氨酸（Glu）是中枢和周围神经系统（CNS and PNS）的主要兴奋性神经递质，在正常条件下参与学习、记忆、认知和突触可塑性。谷氨酸在CNS中的含量受到严格调控，并在外周器官和组织（如心脏、肾脏、肠道、肺、肌肉、肝脏、卵巢、睾丸、骨骼和胰腺）以及肾上腺、垂体和松果体中发挥信号作用。多种谷氨酸受体不仅在神经元和胶质细胞上表达，也在CNS外的外周非神经组织上表达，进一步证实了谷氨酸作为自分泌/旁分泌系统中细胞外信号介导物的作用。此外，谷氨酸通过充当免疫调节剂，在适应性免疫反应的启动和发展中对大多数免疫细胞产生直接影响。在大脑中，谷氨酸受体分为离子型谷氨酸受体（iGluR）和代谢型谷氨酸受体（mGluR）。前者包括AMPA、NMDA和KA受体，形成离子通道，启动Ca²⁺和/或K⁺内流，介导快速兴奋性谷氨酸反应；后者是G蛋白偶联受体，分为三组：I组（mGlu1和mGlu5）主要激活磷脂酶C，II组（mGlu2和mGlu3）和III组（mGlu4、mGlu6、mGlu7、mGlu8）通过负性耦合机制发挥作用。在谷氨酸能突触前末梢，囊泡谷氨酸转运体（VGLUTs）将谷氨酸储存于突触囊泡，随后通过Ca²⁺依赖机制以胞吐方式释放到突触间隙；小胶质细胞中还存在Ca²⁺非依赖的转运系统，通过谷氨酸/胱氨酸交换体（Xc^–反向转运体）将胱氨酸转入细胞并交换出内部谷氨酸。在生理条件下，神经元细胞质膜上的谷氨酸转运体迅速清除释放的谷氨酸，维持突触间隙的低谷氨酸浓度，这通过星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元上表达的兴奋性氨基酸转运体（EAATs或XAG^?系统）以及主要表达在星形胶质细胞上的高亲和力Na⁺依赖性谷氨酸/天冬氨酸/胱氨酸转运体（XAG系统）实现。在突触间隙周围星形胶质细胞摄取谷氨酸后，两条生化途径与其代谢相关：一是谷氨酸在谷氨酰胺合成酶（GS）作用下转化为谷氨酰胺，作为谷氨酸的前体；二是谷氨酸通过三种转氨酶反应转化为三羧酸循环中间体α-酮戊二酸（α-KG），其中天冬氨酸氨基转移酶（AAT）在脑细胞中活性最高，此外还可通过谷氨酸脱氢酶（GDH）进行氧化脱氨。

**1.2 Glu effects on T-cell mediated immunity**
谷氨酸影响大多数免疫细胞，T细胞、中性粒细胞、树突状细胞（DCs）、单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞均可产生谷氨酸，且免疫细胞（尤其是T细胞）表达大量功能性iGluR和mGluR，表明谷氨酸在外周组织中作为关键免疫调节剂的作用。在成熟过程中，DCs通过Xc^–反向转运体释放大量谷氨酸，促进T细胞增殖和细胞因子分泌，这一过程由特定GluRs介导，并根据靶T细胞上的GluRs类型、T细胞类型与亚型、静息或活化状态以及是否存在其他同时刺激而有所不同。在正常静息T细胞中，谷氨酸通过离子型AMPA GluR3实现两种重要功能：一是与细胞外基质（ECM）的两种主要糖蛋白（纤维连接蛋白和层粘连蛋白）粘附，二是向关键趋化因子CXCL12/SDF-1方向趋化迁移。T细胞通过T细胞受体（TCR）激活后，产生并分泌蛋白水解酶颗粒酶B，导致GluR3降解，从而活化T细胞表面不表达高水平GluR3，消除了谷氨酸对活化T细胞的促粘附和促迁移效应。此外，在生理浓度下，谷氨酸通过AMPA、NMDA和KA iGluRs增加活化T细胞中的细胞内Ca²⁺（iCa²⁺），这对活化T细胞的多种功能（包括增殖）至关重要。除了iGluRs，mGluRs也表达于人T细胞表面：mGluR5（I组）在初始T细胞中表达，可能在非特异性抗原呈递时抑制T细胞增殖；T细胞活化过程中，mGluR1（I组）表达被诱导，导致抑制性mGluR5效应减弱，增强Th1（IL-2和IFN-γ）和促炎（IL-6和TNF-α）细胞因子分泌。

**1.3 Glu transmission in MS/EAE**
多发性硬化症（MS）是一种CNS自身免疫性疾病，涉及通过活化的CD4⁺髓鞘反应性T细胞介导的针对CNS抗原的免疫攻击，B细胞可能也有贡献。实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）是CNS炎性脱髓鞘的动物模型，可通过外周免疫髓鞘蛋白成分（常见于啮齿动物）诱导，被广泛认为是模拟复发缓解型MS（RRMS）的最具代表性的体内模型。MS和EAE共享细胞学和分子学特征，包括巨噬细胞和CD4⁺ T细胞浸润以及Th1样免疫反应的激活，这些细胞学事件连同产生的促炎细胞因子（如IFN-γ、TNF-α和IL-6）及抗髓鞘反应性抗体，导致多灶性脱髓鞘和轴突营养不良。MS和EAE的主要临床特征包括瘫痪、共济失调、视力障碍以及复发和缓解。MS的病理学包括脱髓鞘和轴突丢失，后者与疾病残疾进展密切相关。MS分为两个阶段：炎性复发缓解期（RR）和退行性继发进展期（SP），RR期以小胶质细胞活化和细胞免疫为特征，SP期涉及体液免疫、氧化应激和兴奋性毒性。因此，谷氨酸稳态可能以多种方式参与MS，包括T细胞自身免疫反应和氧化性谷氨酸毒性。谷氨酸在正常浓度下通过iGluR AMPA GluR3对初始T细胞产生促粘附和促迁移效应，且MS患者T细胞中GluR3的表达在疾病复发时上调，从而增加MS自身反应性T细胞的增殖和趋化迁移。谷氨酸兴奋性毒性在神经炎症中表现为：活化的胶质细胞和穿过血脑屏障（BBB）的外周免疫细胞产生并分泌细胞因子，这些促炎细胞因子导致EAAT功能障碍，使细胞外谷氨酸浓度升高；小胶质细胞和星形胶质细胞过表达谷氨酸/胱氨酸交换体（Xc^–反向转运体）进一步增加细胞外谷氨酸，从而通过NMDA受体诱导大量Ca²⁺内流，导致线粒体功能障碍、活性氧（ROS）和活性氮产生，最终引起神经退行性细胞死亡。TNF-α被认为是MS进展形式中的主要神经毒性分子，可激活caspase依赖性凋亡并增强ROS产生。总之，谷氨酸受体和转运体以及神经炎症的其他介质（如细胞因子）代表了未来MS治疗的可能靶点，但EAE文献中关于谷氨酸能调节的方法学异质性很大，包括致脑炎抗原种类、物种品系、佐剂/百日咳毒素方案、剂量范围、治疗起始时间以及结局评估方法的不同，这些差异直接影响对结果的解释，应谨慎看待。

**2 Methods**
研究人员通过Pubmed、Scopus和Google Scholar进行了文献检索，寻找关于MS的EAE模型预后或进展与谷氨酸能药物或制剂给药相结合的体内研究。检索涵盖作用于谷氨酸能神经传递不同位点的药物，包括作用于谷氨酸转运体、谷氨酸受体（离子型、代谢型）以及干扰谷氨酸合成、代谢、摄取和释放的药物，时间范围从1995年起始至2025年3月1日。使用特定关键词组合，并通过纳入/排除标准筛选，仅纳入英文发表的、描述谷氨酸能药物作为单药或联合治疗在EAE模型上使用的体内原始研究论文，排除仅摘要可用的文章。

**3 Results**

**3.1 NMDA and metabotropic glutamate receptor agents in EAE**

**3.1.1 NMDA receptor antagonists**
**3.1.1.1 Memantine**：美金刚（非竞争性NMDA受体拮抗剂）在豚鼠脊髓诱导的EAE Lewis大鼠模型中，腹腔注射10-20 mg/kg可减少神经功能缺损并改善临床评分，但CNS炎症水平无统计学差异；半预防性（60 mg/kg）和治疗性（40-60 mg/kg）方案可减轻神经症状、降低BBB通透性、减少病变发展和炎性浸润强度，并改善小脑神经血管功能。在类似模型中，60 mg/kg美金刚减少体重减轻、神经功能缺损和疾病严重程度，增加MBP和髓鞘相关糖蛋白（MAG） mRNA表达，但未显示对髓鞘超微结构的保护作用；通过上调超氧化物歧化酶1（SOD1）表达和保留酶活性，降低氧化应激水平。此外，60 mg/kg美金刚减轻瘫痪和疾病进展，降低脑谷氨酸水平，下调iGluR亚基mGluR1和mGluR5，并显著降低促炎细胞因子和趋化因子（IL-1β、IL-6、fractalkine、MIP-1、MIP-3、TNF-α），提示抗炎作用；同时减缓疾病进展并减轻脱髓鞘。但在其他EAE模型中，1.5 mg/kg美金刚未显示任何效果。金刚烷胺（100 mg/kg）在临床和生化水平上与美金刚产生类似效果，并下调NMDA受体mRNA。

**3.1.1.2 MK-801 (Dizocilpine)**：MK-801（0.15-0.6 mg/kg）在EAE Lewis大鼠和ABH Biozzi小鼠模型中产生剂量依赖性的神经功能缺损和临床疾病严重程度降低，0.15 mg/kg减轻EAE相关脑血管破坏和神经功能缺损，0.3 mg/kg还延迟疾病发作；0.3 mg/kg降低大脑皮层和脊髓中前列腺素PGE₂和PGD₂水平；6.5-30 μM时使自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）频率降低、配对脉冲比（PPR）增加。但在慢性进展性（NOD小鼠）和复发缓解性（SJL小鼠）EAE模型中，150 μg/kg MK-801未发现对疾病进展的影响。

**3.1.1.3 Selective NMDA receptor subunit antagonists**：(R)-氯胺酮（GluN2B/NMDA受体拮抗剂，10 mg/kg）降低MOG诱导EAE的临床评分和体重减轻，减少BBB损伤和脱髓鞘，并减轻炎性细胞浸润和小胶质细胞活化。高选择性GluN2B/NMDA受体拮抗剂RO25-6981（10和25 mg/kg）在C57BL/6小鼠中减轻体重减轻和临床评分，减少炎症、轴突退变和脱髓鞘，25 mg/kg时神经保护作用优于美金刚。

**3.1.1.4 Other NMDA receptor antagonists with mixed pharmacology**：新型NMDA拮抗剂和抗氧化剂Fullerene ABS-75（30 μg/kg）在慢性EAE中延迟疾病进展、降低临床评分并具有免疫调节作用，不影响记忆功能，但对复发型EAE模型无效。右美沙芬（DXM，0.1-10 mg/kg）在严重EAE中无统计学意义，但在中度EAE中降低临床评分、抑制脱髓鞘和轴突丢失，并调节免疫反应、氧化应激和炎症。2-苯并呋喃基-2-咪唑啉（2-BFI，20 mg/kg）降低BBB通透性、减少炎性细胞浸润和神经功能缺损，同时减少咬合蛋白丢失和NR1-ERK通路激活。

**3.1.2 Metabotropic glutamate receptor agents**
**3.1.2.1 Group I mGluR modulators (mGlu1 and mGlu5)**：选择性mGlu1拮抗剂LY367385和mGlu5拮抗剂MPEP（各10 mg/kg）在EAE中未产生显著临床改善，但增加MBP、MAG和MOG mRNA表达，降低CNPase mRNA表达，并上调mGluR1和mGluR5 mRNA及蛋白水平；而mGlu1正性变构调节剂RO0711401（10 mg/kg）增强运动协调性并减轻症状，mGlu5和mGlu1R拮抗剂则无显著益处或恶化运动表现。

**3.1.2.2 Group II mGluR modulators (mGlu2/3)**：mGlu2/3受体激动剂LY379268（0.01-1 mg/kg）降低MOG诱导EAE的临床评分，通过抑制皮质和脊髓突触体的谷氨酸释放，表明突触前调节谷氨酸胞吐作用，该效应可被mGlu2/3受体拮抗剂LY341495阻断。

**3.1.2.3 Group III mGluR modulators (mGlu4)**：mGlu III组激动剂L-AP-4（200 μl, 250 mM）降低MBP诱导EAE的临床评分，提高恢复率，减少神经炎症细胞因子RANTES mRNA表达，降低MHC-II⁺和CD4⁺细胞。mGlu4正性变构调节剂ADX88178（30-60 mg/kg）和PHCCC（3 mg/kg）产生类似效果，ADX88178降低临床评分并具有长期治疗效应，增加抗炎细胞因子IL-10、TGF-β和吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）表达；PHCCC的纳米颗粒（NP）递送制剂显著降低临床评分和疾病严重程度，延迟疾病发作，减少T细胞增殖、炎性细胞因子和Th17细胞，增加调节性T细胞并抑制DC活化。

**3.2 AMPA receptor agents in EAE**
AMPA受体拮抗剂，尤其是喹喔啉二酮类化合物（QX化合物），在EAE中进行了广泛研究。竞争性AMPA/KA拮抗剂NBQX在多个研究中显示一致疗效：在MBP诱导的EAE Lewis大鼠中，300 μg NBQX改善临床损害，减少神经丝H去磷酸化、轴突损伤，促进少突胶质细胞存活，但未检测到显著抗炎特性。Smith等比较了竞争性（NBQX, MPQX）和非竞争性（GYKI52466, GYKI53773）AMPA拮抗剂，NBQX（30 mg/kg）和更选择性AMPA拮抗剂MPQX（10 mg/kg）降低疾病严重程度、运动残疾、病程和神经功能缺损，非竞争性拮抗剂（30 mg/kg）同样减轻神经功能缺损；NBQX和MPQX不抑制刀豆蛋白A诱导的T淋巴细胞增殖，提示其作用可能通过神经保护而非免疫调节或抗炎机制。Groom等使用急性、过继转移和慢性EAE模型对多种AMPA拮抗剂进行广泛评估，所有拮抗剂均显示显著临床获益，包括减少神经元丢失、降低峰值神经评分、缩短病程和改善运动功能；而正性变构AMPA调节剂aniracetam加重残疾并加速疾病发作。NBQX（30 mg/kg）还逆转了EAAC-1上调，使胶质谷氨酸转运体GLT-1和GLAST表达正常化，并恢复质膜钙ATP酶2（PMCA2）和脑衰蛋白反应调节蛋白1（CRMP1）水平。Kanwar等评估了NBQX与抗-MAdCAM-1单克隆抗体联合使用（联合或不联合NMDA拮抗剂GPE），这种多模式方法显著改善躯体特征、警觉性、运动功能和疾病严重程度，同时减少多种炎症生物标志物并挽救神经元免于凋亡。

**3.3 Agents affecting glutamate synthesis, metabolism, and release in EAE**

**3.3.1 Glutaminase and GCPII inhibitors**：谷氨酸羧肽酶II（GCPII）抑制剂2-PMPA（10 mg/kg）在MOG诱导EAE中显著降低临床评分、神经炎症和疾病严重程度，延迟疾病发作，减少CD4⁺ T细胞和CD11b⁺巨噬细胞浸润，降低mGluR1表达和谷氨酸水平，减弱Th1/Th17细胞因子（IL-17, IFN-γ, TNF-α），并降低GCPII表达，提示mGluR3激活可能介导部分效应。更高剂量（100-300 mg/kg）改善EAE小鼠的学习、记忆和认知表现，增加额叶皮层NAAG水平，减轻体重减轻，延迟治疗仍保留认知益处。谷氨酰胺酶抑制剂DON（0.016-1.6 mg/kg）和缝隙连接抑制剂CBX（0.2-20 mg/kg）降低临床评分、炎性细胞浸润和峰值疾病严重程度，延迟疾病发作并挽救神经元。

**3.3.2 Glutamate release inhibitors**：利鲁唑（10 mg/kg）减少EAE疾病发展和临床严重程度，降低轴突损伤、脱髓鞘、炎症和白细胞跨内皮迁移，同时激活TREK-1钾通道，上调ICAM1、VCAM1和PECAM1 mRNA。更高剂量（100 μg/mL，口服）在预防性和慢性治疗范式中降低CNS谷氨酸水平和临床评分，增加Foxp3和GFAP蛋白表达，降低免疫相关标志物，但慢性治疗单独未能显著降低临床评分，强调治疗时机的重要性。

**3.4 Agents affecting glutamate transporters in EAE**

**3.4.1 Glutamate transporter expression enhancers**：Laquinimod（1.25 mg/kg）增强谷氨酸转运体表达，降低急性EAE的临床评分和运动损害，增加编码GLAST转运体的Slc1a3 mRNA以及胶质GLT-1转运体水平，从而减轻EAE相关谷氨酸改变。头孢曲松（200 mg/kg）增强EAAT2转录，减轻触觉异常性疼痛和认知缺陷，恢复新物体识别，并增加EAAT2表达，降低NMDA受体磷酸化；同时降低临床评分和疾病严重程度，减少T细胞增殖和浸润，降低促炎细胞因子IFN-γ和IL-17。MS-153（GLT-1谷氨酸转运体激活剂，10 mg/kg）降低FOS表达，但未显著影响EAE小鼠的疼痛行为或伤害性反应。

**3.4.2 Xc^– transporter inhibitors**：Xc^–转运体抑制剂柳氮磺吡啶（SAS，0.15 g/kg）和S-4-羧基苯基甘氨酸（S-4-CPG，0.010 g/kg）在MOG诱导EAE C57BL/6小鼠中，SAS显著降低慢性EAE的临床评分、脱髓鞘、反应性胶质增生和炎症，减少T细胞浸润和炎症介质（NF-κB, IL-17, IFN-γ）；在复发缓解EAE模型中，SAS降低临床疾病严重程度和反应性胶质增生。S-4-CPG在慢性EAE中产生类似降低临床评分和脱髓鞘的效果。

**3.4.3 Na⁺/Ca²⁺ (NCX) exchange inhibitors**：Bepridil（100 μM）和KB-R7943（10 μM）在体外电生理学中调节EAE小鼠纹状体脑片的诱发性兴奋性突触后电流（eEPSC）和配对脉冲比（PPR）；Bepridil在急性期增加PPR、降低eEPSC，慢性期则相反；KB-R7943在急性期增加PPR、降低eEPSC。

**3.4.4 Indirect modulators of glutamate transport**：苯乙肼（15 mg/kg）延迟EAE临床体征发作，使机械阈值正常化，产生抗伤害效应，并正常化突触前兴奋性突触密度，降低VGLUT1反应性，减少皮质小胶质增生，恢复神经元形态。IL-1受体阻断剂IL-1ra（150 ng/天）降低临床评分、运动缺陷和炎症，延迟疾病发作，可能通过使GLAST/EAAT1表达水平正常化和减少eEPSC实现。

**4 Discussion**

**4.1 Clinical trials focusing on clinically approved glutamatergic agents**
疾病修饰疗法（DMTs）改变了MS的管理方式，但仍有局限性，包括缺乏头对头比较、长期随访数据不足，以及许多DMTs仅靶向外周免疫机制，对非复发进展型MS疗效有限。谷氨酸失调和兴奋性毒性在MS中起核心作用，质子磁共振波谱（¹H-MRS）研究显示MS患者急性病变和外观正常白质中谷氨酸和谷氨酰胺浓度升高，与轴突损伤和残疾进展相关。在EAE模型中，药理学调节谷氨酸能信号可减轻轴突损伤和临床严重程度。然而，临床再利用试验结果令人失望：利鲁唑在MS-SMART试验（445例SPMS患者）中未显示对脑萎缩的疗效；拉莫三嗪在SPMS试验（120例）中未显示对脑体积的益处，反而引起早期体积损失且部分逆转；美金刚的三项试验（共191例）在认知、生活质量、疲劳和抑郁方面无改善，且高剂量因可逆性神经功能损害而提前终止；金刚烷胺的TRIUMPHANT-MS试验（141例）显示对MS疲劳无效，INROADS试验（558例）显示对步行速度改善但临床意义有限，公司停止进一步开发；右美沙芬-奎尼丁组合在假性延髓情感（PBA）中有效但仅为症状治疗；氯胺酮的两项试验初步显示对MS疲劳有改善，其中一项正在招募中。总体而言，临床前结果与临床试验现实形成鲜明对比，表明EAE模型结果的转化率低，这些化合物仍远未达到DMTs的标准。

**4.2 Translational limitations from bench to bedside**
EAE模型与人类MS存在显著差异，包括免疫学差异（CD4⁺ Th1/Th17驱动 vs. CD8⁺ T细胞浸润、B细胞聚集）、解剖学差异（脊髓和视神经炎症为主 vs. 皮质脱髓鞘）以及疾病时相差异（急性炎性BBB破坏 vs. 慢性低级别兴奋性毒性）。EAE中急性炎性阶段BBB破坏明显，NMDA和AMPA拮抗剂在此阶段最有效；而MS临床试验纳入的为长期进展期患者，炎症活动度低，这解释了为何EAE中有效的药物在MS中失败。此外，系统性综述和荟萃分析显示，EAE研究中的随机化和盲法产生更小的效应量，提示发表偏倚和方法学偏倚可能夸大疗效。药物本身的药理学异质性（如DXM的多重机制、氯胺酮和美金刚的差异）以及谷氨酸能药物狭窄的治疗窗（高剂量引起神经精神副作用）也是重要限制因素。早期高亲和力NMDA拮抗剂在卒中、脑外伤等动物模型中的神经保护作用在临床试验中失败，主要因为剂量依赖性精神样和心血管副作用阻止了神经保护性暴露水平的达到。因此，EAE可能不是预测谷氨酸能策略临床成功的好模型。

**5 Conclusions and future directions**
谷氨酸神经传递在MS病理生物学中具有明确作用，激发了大量临床前研究兴趣，但EAE研究中的积极结果未能转化为临床获益。未来方向包括：进一步表征和验证神经化学生物标志物（如CSF谷氨酸水平、质子MR波谱），结合谷氨酸MRS测量和遗传变异研究；改进MS模型，考虑非人灵长类（如狨猴）或人源化小鼠模型，以及基于患者来源诱导多能干细胞（iPSCs）的3D培养体系（球体、类器官或共培养平台）；深化对谷氨酸受体和酶的结构与功能理解，利用配体偏向性信号和亚型特异性变构调节，并结合人工智能和机器学习进行预测建模和虚拟化合物筛选，以开发更精细的药物，减少脱靶效应和剂量限制性毒性。