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神經(jīng)系統(tǒng)中的谷氨酸有4種來源。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化α-酮戊二酸生成谷氨酸；γ-氨基丁酸（GABA）在GABA轉(zhuǎn)氨酶的作用下產(chǎn)生谷氨酸；鳥氨酸在鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶的作用下產(chǎn)生谷氨酸；谷氨酰胺酶（Glutaminase，GLS）催化谷氨酰胺水解脫氨產(chǎn)生谷氨酸。只有由谷氨酰胺轉(zhuǎn)化成的谷氨酸能發(fā)揮神經(jīng)遞質(zhì)的作用，因此普遍認(rèn)為磷酸化的谷氨酰胺酶是谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)的主要合成酶，可以用作中樞神經(jīng)系統(tǒng)谷氨酸能神經(jīng)元的標(biāo)志物。

谷氮酸受體分為常見的兩種類型：離子型（iGluRs）和代謝型（mGluRs）。iGluRs主要包括NMDA、KA和AMPA受體。NMDA受體是四聚體蛋白復(fù)合物，由兩個(gè)與甘氨酸結(jié)合的必需GLUN1亞單位和兩個(gè)與谷氨酸結(jié)合的GLUN2（A-D）亞單位組成，它既需要去結(jié)合內(nèi)源性的谷氨酸與協(xié)同激動劑甘氨酸，又需要細(xì)胞膜去極化，這樣能夠解除鎂離子對通道孔的電壓依賴性阻斷。KA受體家族可分為兩個(gè)亞型GLUK1和GLUK2，分布在整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中，包括海馬、皮質(zhì)、杏仁核、紋狀體、下丘腦、小腦、脊髓和基底神經(jīng)節(jié)。在這些部位它們參與了突觸傳遞和可塑性。AMPA受體是四聚體離子通道，與其他iGluRs、NMDA和KA受體一起介導(dǎo)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的大部分興奮性神經(jīng)傳遞。mGluRs是與細(xì)胞內(nèi)異源三聚體型G蛋白偶聯(lián)的具有七次跨膜片段的膜蛋白，谷氨酸與mGluRs的結(jié)合引起G蛋白依賴的細(xì)胞內(nèi)信號通路的激活，調(diào)節(jié)多種胞內(nèi)第二信使的合成，從而調(diào)節(jié)機(jī)體各種生理病理活動的發(fā)生和發(fā)展。

谷氨酸對大腦皮質(zhì)細(xì)胞有普遍而強(qiáng)烈的興奮作用，主要在谷氨酸受體的介導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)其在腦內(nèi)的眾多功能。谷氨酸受體被激活后除參與快速的興奮性突觸傳遞外，還可以調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、突觸的可塑性、學(xué)習(xí)和記憶以及突觸長時(shí)程增強(qiáng)和長時(shí)程抑制等中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常的生理功能。谷氨酸還參與細(xì)胞凋亡：Ca²⁺內(nèi)流，與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，激活一氧化氮合酶，大量合成NO，調(diào)節(jié)酶活性，影響DNA的正常合成、修復(fù)等。

已有一些蛋白被鑒定可用作谷氨酸能神經(jīng)元的標(biāo)志物（見表1）

表1 谷氨酸能神經(jīng)元標(biāo)志物

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