高亲和力谷氨酸转运体
作者：杨如 杨雄里
单位：中国科学院上海生理研究所，上海 200031
关键词：谷氨酸转运体；兴奋性氨基酸；神经递质
生理科学进展000402 摘要 高亲和力谷氨酸转运体主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上，能逆浓度梯度从胞外向胞内摄取谷氨酸，中止谷氨酸能传递，使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平，以保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。近年来，随着高亲和力谷氨酸转运体的克隆，有关研究迅速发展。本文从高亲和力谷氨酸转运体的克隆、分子结构特征、表达分布、生理功能、结构-功能关系等方面对近年的进展加以综述。
学科分类号 Q424
High-Affinity Glutamate Transporters
, 百拇医药 YANG Ru, YANG Xiong-Li
(Shanghai Institute of Physiology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031)
Abstract High-affinity glutamate transporters are located predominantly in the plasma membrane of neurons and glial cells. They have the capacity to take up glutamate from the extracellular space into the cells against its concentration gradient to terminate glutamatergic transmission and to keep the extracellular glutamate concentration at low levels to protect neurons from glutamate toxicity. As glutamate transporters were recently cloned, the research in this field has been greatly advancing. This article focuses on recent progress in the study of molecular structure, distribution of expression, physiological significance, structure-function relationships of these transporters.
, 百拇医药
Key words Glutamate transporter; Excitatory amino acid; Neurotransmitter
谷氨酸是中枢神经系统兴奋性突触传递的主要神经递质。由于胞外不存在谷氨酸代谢酶，谷氨酸清除的主要途径之一是由高亲和力谷氨酸转运体摄取谷氨酸。高亲和力谷氨酸转运体(以下简称为谷氨酸转运体)分为GLAST(或简称EAAT1)、GLT1(EAAT2)、EAAC1(EAAT3)、EAAT4和EAAT5等5个类型[1～5]，虽然它们在其它组织也有分布，但主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上，其作用是逆浓度梯度从胞外将谷氨酸摄入神经元和胶质细胞内，在突触部位适时中止谷氨酸能传递，并使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平，保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。这种转运将氨基酸摄取与同向转运Na+和逆向转运K+相偶联，又与同向转运H+(或逆向转运OH-)相偶联。一般认为，转运体只起转运递质的作用，但近来发现，有些谷氨酸转运体有类似通道的特性，对氯离子有很高的通透性。 一、谷氨酸转运体的分子结构特征及其在神经系统的分布
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1992年，几个实验室[1～3]同时独立地克隆了EAAC1、GLT1和GLAST三种真核生物的谷氨酸转运体。之后，其它实验室[4，5]又相继克隆出EAAT4和EAAT5。这些转运体均由500～600个氨基酸组成，有较高的同源性(其中36%～55%的氨基酸序列是相同的)，而EAAC1、GLT1和GLAST之间的同源性则为51%～55%[6，7]。
不论是真核还是原核生物，其谷氨酸转运体具有相似的分子结构特征。这些共同的特征包括：(1) 8或10个跨膜区段；(2) 胞外环或胞浆内有富含丝氨酸的基序(motif，EAAT5尚不清楚)，在胞质区或跨膜功能区，有共同的功能区AA(I，V)FIAQ，可能与底物结合有关；(3) 几个相同的PKA和PKC磷酸化位点(EAAT5尚不清楚)；(4) 第二个胞外环都有一个糖基化位点；(5) 其近C末端有一个大的疏水区，与其它神经递质转运体不同。附图显示克隆的人EAAC1的拓扑模型。
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附图 人EAAC1结构的拓扑模型
含10个跨膜区段(疏水区内跨膜区的确切数尚不清楚)，SSSS为富含丝氨酸的基序，AAXFIAQ表示与底物结合有关的功能区，Ser87为PKC磷酸化位点，箭头表示位于第二个胞外环上的糖基化位点。GLT1、GLAST、EAAT4和EAAT5的拓扑模型均相似(据Kanai等. 1993改绘)
GLT1和GLAST主要表达于脑内的胶质细胞，GLT1尤表达于前脑、海马、大脑皮层和纹状体等部位。与GLT1相比，小脑的Bergmann胶质细胞GLAST特别丰富。在膜上，GLT1和GLAST不仅可单独表达，亦可同时表达于不同部位[8]。清除积聚的谷氨酸，防止兴奋性毒性主要由GLT1和GLAST完成。近来有报道，GLAST和GLT1也可以在某些脑区(如脊髓接收初级传入区域)的神经元上表达。EAAC1在中枢神经系统(包括视网膜)普遍存在，主要表达于突触后神经元，特别是其树突干和树突棘上。它也可在突触前表达，如在海马的CA1～CA4区锥体层，大脑皮层的2～6层，脊髓灰质等区域。原位杂交实验表明，小脑蒲肯野氏细胞、深层细胞核团的突触前终扣、突触后靠近GABA能纤维终末均有染色。由于GABA能神经元的GABA主要从L-谷氨酸经α-脱羧形成，蒲肯野氏细胞轴突终末的EAAC1可能给这些细胞提供大量的谷氨酸，以维持其递质库中GABA的浓度。
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EAAT4仅局限于小脑，在蒲肯野氏细胞树突的突触后表达。EAAT5(包括EAAT5A和EAAT5B)则局限于视网膜，表达于光感受器、双极细胞、无长突细胞和胶质细胞。神经节细胞只表达EAAT5B。
二、谷氨酸转运体的特性
谷氨酸转运体每转运一个谷氨酸，要联合转运2个Na+，反向转运一个K+，再同向转运一个H+或反向转运一个OH-，近来的研究更倾向于H+的同向转运。即：1Glu(谷氨酸)：2Na+：1H+(或1OH-)：1K+。假定空的转运体是电中性的，满载的转运体携带一个Glu阴离子、2个Na+、可能还有一个H+，净电荷为1或2个，因此转运是生电的[9]。
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由人运动皮层克隆的EAAT2在爪蟾卵母细胞上表达后，1 mmol/L的L-谷氨酸可诱导出一个较大的 (大于100 nA ) 的内向电流(钳制电压-60 mV)，其中至少包括两个成分：一个瞬变电流， 时间常数(τ)小于0.5 ms，相对幅度为82%～86%；另一个稳态电流，τ在10～30 ms之间，相对幅度为14%～18%。随着膜的超极化，稳态电流幅度呈指数增加，翻转电位为 + 40 mV[10]。
近年来一个重要的发现是，谷氨酸转运体有类似氯通道的特性，可通透氯离子和大量的阴离子，如ClO-4。虽然转运时必须有谷氨酸或天冬氨酸存在，但通透氯离子的过程与底物转运并非在热力学上相耦联。有人认为，谷氨酸或天冬氨酸与谷氨酸转运体的结合可能会改变转运体的构型，使其对氯离子通透。虎蝾螈视网膜有sEAAT1、sEAAT2A、sEAAT2B、sEAAT5A和sEAAT5B等5种谷氨酸转运体。这些转运体除sEAAT5B外，在爪蟾卵母细胞上表达时，谷氨酸可诱导两个电流：一个内向整流的转运电流和一个非耦联的氯离子内流引起的外向电流，二者的总电流形成反转电位。谷氨酸诱导的sEAAT5A的电流几乎全部由氯离子内流造成：当去除胞外氯离子、减少胞内氯离子后，L-谷氨酸则几乎不能诱导出任何电流；经计算，氯离子电流约占谷氨酸诱导电流的85%[11，12]。
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Thoreson等(1996)发现，胞外去除氯离子，光感受器末梢谷氨酸的释放减少，水平细胞和ON型双极细胞的对光反应也减小。他们还进一步发现(Thoreson等. 1997)，降低胞外氯离子抑制了DHP(dihydropyridine)敏感的钙离子电流(ICa)，继而抑制了光感受器信号的传递。既然谷氨酸转运体对氯离子有通透性，它在细胞间信号传递中可能会有更主动直接的作用。
三、谷氨酸转运体的生理功能
(一)在突触传递中的作用 因为谷氨酸能突触没有降解递质的相应的酶，只能通过突触前重摄取机制终止递质的作用，所以，一般认为，谷氨酸转运体在清除递质，终止突触传递中起重要作用(Dumuis等. 1988)。但有证据表明，谷氨酸转运体通常不参与快的突触后电位的形成，在海马CA1锥体细胞和小脑颗粒细胞的谷氨酸能突触，抑制谷氨酸转运体不能延长快的兴奋性突触后电位的衰减时程(Isaacson等. 1993，Mennerick等. 1994，Sarantis等. 1993，Tong等. 1994)。Mennerick和Zorumski在培养的海马细胞上的实验进一步表明[13]，当使胶质细胞去极化抑制谷氨酸摄取时，慢速失敏或不失敏的NMDA反应延长，但快速失敏的非NMDA受体介导的EPSC的时程不受影响。在视网膜，谷氨酸转运体则直接参与突触传递的过程。Gaal等[14]在虎蝾螈视网膜上发现，阻断突触前传递后，视锥光感受器上的电压依赖性谷氨酸摄取本身可以介导第二级神经元——水平细胞的对光反应；一旦阻断转运体活动，对光反应则变得很小。鉴于转运体的活动水平与视锥膜电位密切相关，它对突触后反应的动态特性有重要影响。
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谷氨酸转运体中止谷氨酸传递的作用似因脑区而异。Wadiche等[10]用分析电压阶跃反应的稳态和前稳态电流(presteady-state currents)的方法，测定了由人运动皮层克隆、在爪蟾卵母细胞上表达的GLT1的反转速率，发现其完整的转运周期的时间常数约为70ms，而据估计，海马突触的谷氨酸衰减时间常数仅为1～2ms，二者相差一个数量级，这提示，谷氨酸转运体在这一区域未必是清除谷氨酸的主要机制。但在虎蝾螈视网膜[14]，光感受器谷氨酸转运体的特异性抑制剂——DHK (dihydrokainate，对Müller细胞上的谷氨酸转运无影响)，能使谷氨酸清除速度约从每秒0.12μmol/L降低到0.031μmol/L。用20 mmol/L Mg2+阻断突触传递时，30μmol/L谷氨酸可使接受光感受器输入的水平细胞去极化，且光可诱导出-17mV的反应，而施加不为谷氨酸转运体摄取的红藻氨酸，虽也可使水平细胞去极化，但其时细胞并不出现对光反应。这些结果说明，在此条件下，谷氨酸的清除确实是由转运体完成的。这些差异可能反映了不同脑区中谷氨酸转运体的位置、密度和/或功能状态的不同。
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当然，突触的几何结构也是决定突触间隙谷氨酸浓度衰减时间进程的重要因素[15]。例如，在小脑蒲肯野氏细胞，非NMDA受体介导的EPSP衰减很慢，可能是递质扩散不畅所致。然而，在金鱼视锥细胞的小足(Vandenbranden等. 1996)，谷氨酸从突触间隙的清除并未受到周围复杂结构的影响。
(二)在维持细胞外液谷氨酸浓度中的作用 近年的实验证明，胶质细胞上的(而非神经元上的)谷氨酸转运体在维持胞外谷氨酸低浓度，保护神经元不受谷氨酸兴奋毒性影响方面起着主要作用。例如，在培养的大鼠脊髓薄片，Rothstein等[16]用谷氨酸转运体反义寡聚核苷酸剔除GLT1和GLAST后，发现前角运动神经元数量逐渐减少，而剔除EAAC1则无此现象；右侧脑室内连续注射GLT1和GLAST的反义寡聚核苷酸，周围皮层、纹状体和海马组织胞外的谷氨酸浓度增加，形态异常的神经元数量增加。这显然是因为，胶质细胞含谷氨酰胺酶，谷氨酸在其作用下变成谷氨酰胺，使胞内谷氨酸浓度保持在低水平(约50到几百μmol/L)。这样，胶质细胞膜上的谷氨酸转运体有可能持续地将胞外谷氨酸泵入细胞，即细胞具有很强的摄取谷氨酸的能力。相比之下，神经元不含谷氨酰胺酶，胞内谷氨酸浓度高达10mmol/L，胞外则为1μmol/L或更低，这种跨膜浓度差大抵与谷氨酸转运体的最大转运能力相近。因此，正常状况下，神经元上的谷氨酸转运接近于平衡状态，转运体几乎没有摄取谷氨酸的能力。
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与GLT1和GLAST不同，EAAC1可能与降低特殊部位——突触间隙的谷氨酸浓度有关。给动物注射EAAC1反义寡聚核苷酸，一周后动物出现明显的中风，而剔除GLT1和GLAST后很少出现这种现象。这显然是因为EAAC1作为突触后谷氨酸转运体，可迅速与谷氨酸结合，降低突触间隙的谷氨酸浓度；在剔除EAAC1后谷氨酸介导的突触传递增强。此外，EAAC1还可能有助于维持神经元内谷氨酸浓度于高水平(Kanai等. 1997)， 为神经递质和/或多种代谢反应提供充足的前体，如小脑的蒲肯野氏细胞利用谷氨酸作为GABA合成的前体。
(三)信号转导功能 近年的工作提示，谷氨酸转运体可能兼有信号转导功能[8]。Pines已观察到，第三个胞内功能区有一15个残基的片段，其靠近N端的一侧有一个保守的碱性氨基酸，靠近C端的一侧也有一个保守的碱性氨基酸序列BBXXB(X为中性氨基酸，在GLAST为379～393残基，GLT1为372～386残基, 在EAAC1为341～355残基)。其总体模式与新近发现的IGF-II和α-肾上腺素受体的一段基序甚相吻合，而这段基序在与不同种类的异源三聚体G蛋白的Gα亚基结合中至关重要[17，18]。有趣的是，Gα结合位点也位于这个有七次跨膜区受体的第三个胞内环。这些结果提示谷氨酸转运体可能在信号转导中起作用。这一推测得到了一些实验的支持。谷氨酸转运体特异性的配体——L-trans-2,4-PCD，能抑制经由β-肾上腺素受体介导的cAMP的积聚；在垂体GH3细胞，谷氨酸能经由谷氨酸转运体，而非谷氨酸受体使胞浆钙增加。上述EAAT4和EAAT5所具有的配体门控的对Cl-通透的受体-通道特性，提示其在信号转导中可能起作用。
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四、谷氨酸转运体的结构-功能关系
谷氨酸转运体在近C末端有一个高度保守的疏水区，一般认为这个区域与底物的结合与易位有关。疏水区中一段保守的基序AAXFIAQ(EAAT1中的376～382残基)可能是其功能部位。最近，对一种杆菌(Bacillus stearothermophilus)的谷氨酸转运体的研究表明，在第六和第七跨膜区段之间，有一段保守的富含丝氨酸的基序形成的对底物敏感的折返环，此环对谷氨酸的转运功能至关重要[19]。进而，关于GLT1的研究发现，丝氨酸残基Ser440可能位于谷氨酸结合位点附近[20]。
最有意义的是对谷氨酸转运体与Na+、K+、H+或OH-偶联的残基以及与谷氨酸门控的氯通道密切相关的残基的研究。Zhang等(1994)的工作显示，GLT1位于第六跨膜区段中心的组氨酸残基His326，对谷氨酸转运体的功能至关重要，可能与H+偶联的机制有关。此处组氨酸残基的作用可能有二：一是组氨酸残基在结合位点吸引H+，酸性底物与质子化的H+一起存在于结合位点；二是组氨酸残基可能在H+渗透和转运的过程中作为关键性的H+接受体。这个残基在其它谷氨酸转运体家族成员中是保守的，如EAAC1的His296。另有研究表明，GLT1的酪氨酸残基Tyr403和Glu404可能与K+结合有关，并靠近一个Na+结合位点(Kavanaugh等. 1997， Zhang等. 1998)。
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谷氨酸转运体在第一个胞内环都有一个高度保守的PKC磷酸化位点，在GLT1是Ser113，在EAAC1是Ser87[7]，此部位在EAAC1和GLAST也是保守的。PKC依赖的磷酸化可加强GLT1介导的谷氨酸转运，伴有最大转运速率(Vmax)的增加，而转运常数(Km，达到最大转运速率一半时的Glu浓度)无变化。
五、结语
尽管近年来对谷氨酸转运体的研究获得突破性进展，但仍有许多悬而未决的问题。例如，谷氨酸转运体在信号转导中的具体作用是什么？其作用与其它信号转导过程有何相关？有些谷氨酸转运体对氯离子的通透性特别大，如sEAAT5A，谷氨酸诱导电流的85%是氯离子电流，其意义何在？突触前和突触后的谷氨酸转运体的作用是否有所分化？总之，高亲和力谷氨酸转运体的作用和意义的研究，目前所触及的只是冰山之一角，其后续工作将会更有意义。
国家重点基础研究规划 (G1999054000)、 国家自然科学基金 (39770256) 和上海生命科学研究中心资助课题
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参考文献
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关键词：谷氨酸转运体；兴奋性氨基酸；神经递质
生理科学进展000402 摘要 高亲和力谷氨酸转运体主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上，能逆浓度梯度从胞外向胞内摄取谷氨酸，中止谷氨酸能传递，使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平，以保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。近年来，随着高亲和力谷氨酸转运体的克隆，有关研究迅速发展。本文从高亲和力谷氨酸转运体的克隆、分子结构特征、表达分布、生理功能、结构-功能关系等方面对近年的进展加以综述。
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谷氨酸是中枢神经系统兴奋性突触传递的主要神经递质。由于胞外不存在谷氨酸代谢酶，谷氨酸清除的主要途径之一是由高亲和力谷氨酸转运体摄取谷氨酸。高亲和力谷氨酸转运体(以下简称为谷氨酸转运体)分为GLAST(或简称EAAT1)、GLT1(EAAT2)、EAAC1(EAAT3)、EAAT4和EAAT5等5个类型[1～5]，虽然它们在其它组织也有分布，但主要位于神经元和胶质细胞的细胞膜上，其作用是逆浓度梯度从胞外将谷氨酸摄入神经元和胶质细胞内，在突触部位适时中止谷氨酸能传递，并使胞外谷氨酸浓度保持在较低水平，保护神经元不受谷氨酸的毒性影响。这种转运将氨基酸摄取与同向转运Na+和逆向转运K+相偶联，又与同向转运H+(或逆向转运OH-)相偶联。一般认为，转运体只起转运递质的作用，但近来发现，有些谷氨酸转运体有类似通道的特性，对氯离子有很高的通透性。 一、谷氨酸转运体的分子结构特征及其在神经系统的分布
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1992年，几个实验室[1～3]同时独立地克隆了EAAC1、GLT1和GLAST三种真核生物的谷氨酸转运体。之后，其它实验室[4，5]又相继克隆出EAAT4和EAAT5。这些转运体均由500～600个氨基酸组成，有较高的同源性(其中36%～55%的氨基酸序列是相同的)，而EAAC1、GLT1和GLAST之间的同源性则为51%～55%[6，7]。
不论是真核还是原核生物，其谷氨酸转运体具有相似的分子结构特征。这些共同的特征包括：(1) 8或10个跨膜区段；(2) 胞外环或胞浆内有富含丝氨酸的基序(motif，EAAT5尚不清楚)，在胞质区或跨膜功能区，有共同的功能区AA(I，V)FIAQ，可能与底物结合有关；(3) 几个相同的PKA和PKC磷酸化位点(EAAT5尚不清楚)；(4) 第二个胞外环都有一个糖基化位点；(5) 其近C末端有一个大的疏水区，与其它神经递质转运体不同。附图显示克隆的人EAAC1的拓扑模型。
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附图 人EAAC1结构的拓扑模型
含10个跨膜区段(疏水区内跨膜区的确切数尚不清楚)，SSSS为富含丝氨酸的基序，AAXFIAQ表示与底物结合有关的功能区，Ser87为PKC磷酸化位点，箭头表示位于第二个胞外环上的糖基化位点。GLT1、GLAST、EAAT4和EAAT5的拓扑模型均相似(据Kanai等. 1993改绘)
GLT1和GLAST主要表达于脑内的胶质细胞，GLT1尤表达于前脑、海马、大脑皮层和纹状体等部位。与GLT1相比，小脑的Bergmann胶质细胞GLAST特别丰富。在膜上，GLT1和GLAST不仅可单独表达，亦可同时表达于不同部位[8]。清除积聚的谷氨酸，防止兴奋性毒性主要由GLT1和GLAST完成。近来有报道，GLAST和GLT1也可以在某些脑区(如脊髓接收初级传入区域)的神经元上表达。EAAC1在中枢神经系统(包括视网膜)普遍存在，主要表达于突触后神经元，特别是其树突干和树突棘上。它也可在突触前表达，如在海马的CA1～CA4区锥体层，大脑皮层的2～6层，脊髓灰质等区域。原位杂交实验表明，小脑蒲肯野氏细胞、深层细胞核团的突触前终扣、突触后靠近GABA能纤维终末均有染色。由于GABA能神经元的GABA主要从L-谷氨酸经α-脱羧形成，蒲肯野氏细胞轴突终末的EAAC1可能给这些细胞提供大量的谷氨酸，以维持其递质库中GABA的浓度。
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EAAT4仅局限于小脑，在蒲肯野氏细胞树突的突触后表达。EAAT5(包括EAAT5A和EAAT5B)则局限于视网膜，表达于光感受器、双极细胞、无长突细胞和胶质细胞。神经节细胞只表达EAAT5B。
二、谷氨酸转运体的特性
谷氨酸转运体每转运一个谷氨酸，要联合转运2个Na+，反向转运一个K+，再同向转运一个H+或反向转运一个OH-，近来的研究更倾向于H+的同向转运。即：1Glu(谷氨酸)：2Na+：1H+(或1OH-)：1K+。假定空的转运体是电中性的，满载的转运体携带一个Glu阴离子、2个Na+、可能还有一个H+，净电荷为1或2个，因此转运是生电的[9]。
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由人运动皮层克隆的EAAT2在爪蟾卵母细胞上表达后，1 mmol/L的L-谷氨酸可诱导出一个较大的 (大于100 nA ) 的内向电流(钳制电压-60 mV)，其中至少包括两个成分：一个瞬变电流， 时间常数(τ)小于0.5 ms，相对幅度为82%～86%；另一个稳态电流，τ在10～30 ms之间，相对幅度为14%～18%。随着膜的超极化，稳态电流幅度呈指数增加，翻转电位为 + 40 mV[10]。
近年来一个重要的发现是，谷氨酸转运体有类似氯通道的特性，可通透氯离子和大量的阴离子，如ClO-4。虽然转运时必须有谷氨酸或天冬氨酸存在，但通透氯离子的过程与底物转运并非在热力学上相耦联。有人认为，谷氨酸或天冬氨酸与谷氨酸转运体的结合可能会改变转运体的构型，使其对氯离子通透。虎蝾螈视网膜有sEAAT1、sEAAT2A、sEAAT2B、sEAAT5A和sEAAT5B等5种谷氨酸转运体。这些转运体除sEAAT5B外，在爪蟾卵母细胞上表达时，谷氨酸可诱导两个电流：一个内向整流的转运电流和一个非耦联的氯离子内流引起的外向电流，二者的总电流形成反转电位。谷氨酸诱导的sEAAT5A的电流几乎全部由氯离子内流造成：当去除胞外氯离子、减少胞内氯离子后，L-谷氨酸则几乎不能诱导出任何电流；经计算，氯离子电流约占谷氨酸诱导电流的85%[11，12]。
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Thoreson等(1996)发现，胞外去除氯离子，光感受器末梢谷氨酸的释放减少，水平细胞和ON型双极细胞的对光反应也减小。他们还进一步发现(Thoreson等. 1997)，降低胞外氯离子抑制了DHP(dihydropyridine)敏感的钙离子电流(ICa)，继而抑制了光感受器信号的传递。既然谷氨酸转运体对氯离子有通透性，它在细胞间信号传递中可能会有更主动直接的作用。
三、谷氨酸转运体的生理功能
(一)在突触传递中的作用 因为谷氨酸能突触没有降解递质的相应的酶，只能通过突触前重摄取机制终止递质的作用，所以，一般认为，谷氨酸转运体在清除递质，终止突触传递中起重要作用(Dumuis等. 1988)。但有证据表明，谷氨酸转运体通常不参与快的突触后电位的形成，在海马CA1锥体细胞和小脑颗粒细胞的谷氨酸能突触，抑制谷氨酸转运体不能延长快的兴奋性突触后电位的衰减时程(Isaacson等. 1993，Mennerick等. 1994，Sarantis等. 1993，Tong等. 1994)。Mennerick和Zorumski在培养的海马细胞上的实验进一步表明[13]，当使胶质细胞去极化抑制谷氨酸摄取时，慢速失敏或不失敏的NMDA反应延长，但快速失敏的非NMDA受体介导的EPSC的时程不受影响。在视网膜，谷氨酸转运体则直接参与突触传递的过程。Gaal等[14]在虎蝾螈视网膜上发现，阻断突触前传递后，视锥光感受器上的电压依赖性谷氨酸摄取本身可以介导第二级神经元——水平细胞的对光反应；一旦阻断转运体活动，对光反应则变得很小。鉴于转运体的活动水平与视锥膜电位密切相关，它对突触后反应的动态特性有重要影响。
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谷氨酸转运体中止谷氨酸传递的作用似因脑区而异。Wadiche等[10]用分析电压阶跃反应的稳态和前稳态电流(presteady-state currents)的方法，测定了由人运动皮层克隆、在爪蟾卵母细胞上表达的GLT1的反转速率，发现其完整的转运周期的时间常数约为70ms，而据估计，海马突触的谷氨酸衰减时间常数仅为1～2ms，二者相差一个数量级，这提示，谷氨酸转运体在这一区域未必是清除谷氨酸的主要机制。但在虎蝾螈视网膜[14]，光感受器谷氨酸转运体的特异性抑制剂——DHK (dihydrokainate，对Müller细胞上的谷氨酸转运无影响)，能使谷氨酸清除速度约从每秒0.12μmol/L降低到0.031μmol/L。用20 mmol/L Mg2+阻断突触传递时，30μmol/L谷氨酸可使接受光感受器输入的水平细胞去极化，且光可诱导出-17mV的反应，而施加不为谷氨酸转运体摄取的红藻氨酸，虽也可使水平细胞去极化，但其时细胞并不出现对光反应。这些结果说明，在此条件下，谷氨酸的清除确实是由转运体完成的。这些差异可能反映了不同脑区中谷氨酸转运体的位置、密度和/或功能状态的不同。
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当然，突触的几何结构也是决定突触间隙谷氨酸浓度衰减时间进程的重要因素[15]。例如，在小脑蒲肯野氏细胞，非NMDA受体介导的EPSP衰减很慢，可能是递质扩散不畅所致。然而，在金鱼视锥细胞的小足(Vandenbranden等. 1996)，谷氨酸从突触间隙的清除并未受到周围复杂结构的影响。
(二)在维持细胞外液谷氨酸浓度中的作用 近年的实验证明，胶质细胞上的(而非神经元上的)谷氨酸转运体在维持胞外谷氨酸低浓度，保护神经元不受谷氨酸兴奋毒性影响方面起着主要作用。例如，在培养的大鼠脊髓薄片，Rothstein等[16]用谷氨酸转运体反义寡聚核苷酸剔除GLT1和GLAST后，发现前角运动神经元数量逐渐减少，而剔除EAAC1则无此现象；右侧脑室内连续注射GLT1和GLAST的反义寡聚核苷酸，周围皮层、纹状体和海马组织胞外的谷氨酸浓度增加，形态异常的神经元数量增加。这显然是因为，胶质细胞含谷氨酰胺酶，谷氨酸在其作用下变成谷氨酰胺，使胞内谷氨酸浓度保持在低水平(约50到几百μmol/L)。这样，胶质细胞膜上的谷氨酸转运体有可能持续地将胞外谷氨酸泵入细胞，即细胞具有很强的摄取谷氨酸的能力。相比之下，神经元不含谷氨酰胺酶，胞内谷氨酸浓度高达10mmol/L，胞外则为1μmol/L或更低，这种跨膜浓度差大抵与谷氨酸转运体的最大转运能力相近。因此，正常状况下，神经元上的谷氨酸转运接近于平衡状态，转运体几乎没有摄取谷氨酸的能力。
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与GLT1和GLAST不同，EAAC1可能与降低特殊部位——突触间隙的谷氨酸浓度有关。给动物注射EAAC1反义寡聚核苷酸，一周后动物出现明显的中风，而剔除GLT1和GLAST后很少出现这种现象。这显然是因为EAAC1作为突触后谷氨酸转运体，可迅速与谷氨酸结合，降低突触间隙的谷氨酸浓度；在剔除EAAC1后谷氨酸介导的突触传递增强。此外，EAAC1还可能有助于维持神经元内谷氨酸浓度于高水平(Kanai等. 1997)， 为神经递质和/或多种代谢反应提供充足的前体，如小脑的蒲肯野氏细胞利用谷氨酸作为GABA合成的前体。
(三)信号转导功能 近年的工作提示，谷氨酸转运体可能兼有信号转导功能[8]。Pines已观察到，第三个胞内功能区有一15个残基的片段，其靠近N端的一侧有一个保守的碱性氨基酸，靠近C端的一侧也有一个保守的碱性氨基酸序列BBXXB(X为中性氨基酸，在GLAST为379～393残基，GLT1为372～386残基, 在EAAC1为341～355残基)。其总体模式与新近发现的IGF-II和α-肾上腺素受体的一段基序甚相吻合，而这段基序在与不同种类的异源三聚体G蛋白的Gα亚基结合中至关重要[17，18]。有趣的是，Gα结合位点也位于这个有七次跨膜区受体的第三个胞内环。这些结果提示谷氨酸转运体可能在信号转导中起作用。这一推测得到了一些实验的支持。谷氨酸转运体特异性的配体——L-trans-2,4-PCD，能抑制经由β-肾上腺素受体介导的cAMP的积聚；在垂体GH3细胞，谷氨酸能经由谷氨酸转运体，而非谷氨酸受体使胞浆钙增加。上述EAAT4和EAAT5所具有的配体门控的对Cl-通透的受体-通道特性，提示其在信号转导中可能起作用。
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四、谷氨酸转运体的结构-功能关系
谷氨酸转运体在近C末端有一个高度保守的疏水区，一般认为这个区域与底物的结合与易位有关。疏水区中一段保守的基序AAXFIAQ(EAAT1中的376～382残基)可能是其功能部位。最近，对一种杆菌(Bacillus stearothermophilus)的谷氨酸转运体的研究表明，在第六和第七跨膜区段之间，有一段保守的富含丝氨酸的基序形成的对底物敏感的折返环，此环对谷氨酸的转运功能至关重要[19]。进而，关于GLT1的研究发现，丝氨酸残基Ser440可能位于谷氨酸结合位点附近[20]。
最有意义的是对谷氨酸转运体与Na+、K+、H+或OH-偶联的残基以及与谷氨酸门控的氯通道密切相关的残基的研究。Zhang等(1994)的工作显示，GLT1位于第六跨膜区段中心的组氨酸残基His326，对谷氨酸转运体的功能至关重要，可能与H+偶联的机制有关。此处组氨酸残基的作用可能有二：一是组氨酸残基在结合位点吸引H+，酸性底物与质子化的H+一起存在于结合位点；二是组氨酸残基可能在H+渗透和转运的过程中作为关键性的H+接受体。这个残基在其它谷氨酸转运体家族成员中是保守的，如EAAC1的His296。另有研究表明，GLT1的酪氨酸残基Tyr403和Glu404可能与K+结合有关，并靠近一个Na+结合位点(Kavanaugh等. 1997， Zhang等. 1998)。
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谷氨酸转运体在第一个胞内环都有一个高度保守的PKC磷酸化位点，在GLT1是Ser113，在EAAC1是Ser87[7]，此部位在EAAC1和GLAST也是保守的。PKC依赖的磷酸化可加强GLT1介导的谷氨酸转运，伴有最大转运速率(Vmax)的增加，而转运常数(Km，达到最大转运速率一半时的Glu浓度)无变化。
五、结语
尽管近年来对谷氨酸转运体的研究获得突破性进展，但仍有许多悬而未决的问题。例如，谷氨酸转运体在信号转导中的具体作用是什么？其作用与其它信号转导过程有何相关？有些谷氨酸转运体对氯离子的通透性特别大，如sEAAT5A，谷氨酸诱导电流的85%是氯离子电流，其意义何在？突触前和突触后的谷氨酸转运体的作用是否有所分化？总之，高亲和力谷氨酸转运体的作用和意义的研究，目前所触及的只是冰山之一角，其后续工作将会更有意义。
国家重点基础研究规划 (G1999054000)、 国家自然科学基金 (39770256) 和上海生命科学研究中心资助课题
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