多巴胺轉運體的腦內分布與功能

張俊海，解放軍306醫院，神經外科

多巴胺轉運體（DAT）是突觸前多巴胺能末梢的重要標誌。 DAT是一種位於多巴胺神經元突觸前膜上的多巴胺轉運蛋白，其功能是將釋放至突觸間隙 的多巴胺通過主動轉運再攝取回突觸前，以保證突觸的正常生理功能。可以用於評價紋狀體突觸前的多巴胺能神經纖維末梢的功能狀態。

多巴胺轉運體與酪氨酸羥化酶( t y r o s i n ehydroxylase，TH)、多巴胺D2受體共定位，表明多巴胺轉運體是特異性地表達在多巴胺能神經元中。在腦內，多巴胺能神經元主要分布於腹側中腦，投射到紋狀體區域及前額葉皮層等區域。多巴胺轉運體的分布也與此大致相當，主要分布於腹側中腦、內側前腦束、紋狀體、嗅結節、前額葉皮層和扣帶皮層。在腹側中腦有小部分TH陽性神經元並不表達多巴胺轉運體，有可能是TH陽性的去甲腎上腎素能神經元，或者是不表達多巴胺轉運體的多巴胺能神經元。下丘腦的多巴胺能神經元則基本不表達或者表達丰度較低，神經毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)的代謝產物1-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)或6-羥基多巴胺(6-OHDA)[39]需要通過多巴胺轉運體進入胞內發揮作用，這可能是下丘腦的多巴胺能神經元對這些神經毒素不敏感的原因。在黑質多巴胺能神經元胞體、樹突及軸突的細胞膜上均有多巴胺轉運體的表達，而在它們投射的紋狀體區域，多巴胺轉運體則主要表達在軸突末梢的細胞膜上，但是並不直接分布在突觸間隙，因此，在紋狀體多巴胺的重攝取發生在突觸間隙之外。多巴胺能神經傳導的模式是容量傳遞。容量傳遞和經典的谷氨酸遞質傳遞的模式不一樣，谷氨酸的突觸後受體與釋放位點相對應，局限在一個很小的空間內，谷氨酸轉運體也分布其中，因此谷氨酸主要在突觸間隙內激活突觸後受體，發揮信號傳導的作用。而多巴胺能神經傳導過程中，雖然在突觸後也有與釋放位點相對應的區域，但是控制信號強度和時間的多巴胺轉運體離釋放位點相對比較遠，且分布也比較分散，釋放出的多巴胺在空間上可以擴散影響到更大範圍內的受體，所以稱為容量傳遞。免疫電鏡分析結果顯示，多巴胺轉運體除了在質膜上有分布外，在位於黑質緻密帶多巴胺能神經元胞體內的滑面內質網、高爾基體和多泡體(multivesicular body, MVB)也有信號。因此，與大多數膜蛋白一樣，多巴胺轉運體在內質網上合成後被運輸至高爾基體，接受翻譯後修飾(比如糖基化)，然後才被運送至膜表面，發揮功能。膜上的多巴胺轉運體也會在一定的條件下被內吞至胞內，或者重新上膜繼續發揮功能，或者運送至溶酶體被降解。

Na+/Cl-離子依賴型轉運蛋白基因家族的成員都需要順濃度梯度轉運Na+以提供轉運底物的能量，多巴胺轉運體也是如此。多巴胺轉運體在逆濃濃梯度轉運一個多巴胺分子的同時，需要順濃度梯度共轉移兩個Na+離子和一個Cl-離子。依據熱動力學理論，多巴胺轉運體具有生電性，但是理論值和實驗證據不是完全吻合。此外，多巴胺轉運體產生的電位變化是否具有生理功能也尚不清楚。比較獨特的一種調節方式是Zn2+會影響多巴胺轉運體的重攝取能力。在表達人源多巴胺轉運體的COS細胞系中，多巴胺轉運體第二胞外環的His193位點和第4胞外環的His375位點負責與Zn2+結合。Zn2+不影響多巴胺轉運體與多巴胺的結合，而是會阻止多巴胺轉運體的構象變化，從而非競爭性地拮抗多巴胺的轉運。傳統觀念認為，多巴胺轉運體的作用是攝取細胞外的多巴胺至細胞內。在苯丙胺的作用下，細胞膜上的多巴胺轉運體構象發生變化，不僅抑制了多巴胺轉運體的重攝取，而且使得胞內的多巴胺可以通過多巴胺轉運體釋放到胞外，從而更強烈地誘導成癮的形成。近年來，利用新發展的多巴胺檢測技術和電生理技術，可以更精細地觀察多巴胺的濃度變化及電生理反應特性，人們發現，多巴胺轉運體重攝取的反應速率與胞外多巴胺濃度不相匹配，從而引發了對傳統的多巴胺轉運體控制多巴胺信號強度這一認識的重新思考。一個可能的解釋是多巴胺轉運體的構象在向胞內開口的時候，多巴胺可以通過多巴胺轉運體釋放到胞外。但目前還沒有直接的證據顯示，多巴胺轉運體在沒有苯丙胺作用的生理條件下，可以將胞內的多巴胺釋放至胞外。多巴胺通過多巴胺轉運體外流是否由某種(些)內源性物質所導致的呢？有人認為，β-phenylethylamine具有內源性苯丙胺的特徵，因為它屬於內源性產生的trace amines的一種，其作用機理與苯丙胺部分類似。但目前尚無法精確測定細胞局部痕量的β-phenylethylamine濃度以及確定產生內源性苯丙胺效應所需的生理濃度。

1996年，Caron實驗室首先培育出多巴胺轉運體基因敲除小鼠，展現了多巴胺轉運體在體內對多巴胺系統更為複雜的影響。多巴胺轉運體基因敲除後，多巴胺的重攝取幾乎降為零，釋放於胞外的多巴胺得以在胞外滯留更長的時間。在多巴胺轉運體敲除小鼠中，由於多巴胺不能被及時回收，組織中的多巴胺被大量消耗，導致多巴胺的合成速率代償性提高。不難理解，多巴胺轉運體在控制多巴胺信號強度和時長的同時，對於多巴胺系統穩態的維持也至關重要。多巴胺轉運體在多巴胺的重複利用中幾乎是唯一的執行者，多巴胺轉運體的功能缺失，多巴胺在胞外擴散並被單胺氧化酶和兒茶酚胺氧位甲基移位酶酶解失活，胞內的合成能力不足以彌補這種損失，故而嚴重地破壞了多巴胺系統的平衡。基於實驗數據建立的數學模型顯示，多巴胺的釋放速率約為81 μM/h，而多巴胺轉運體的重攝取速度約為80.1 μM/h，兩者的差值應該由新合成的多巴胺來補充，進而維持胞內多巴胺的存貯濃度[48]。而在多巴胺轉運體轉基因小鼠中，多巴胺轉運體的表達水平上調，紋狀體中的多巴胺水平下調，一個可能的解釋也許是多巴胺轉運體的重攝取能力的提高，提高了細胞內囊泡外遊離的多巴胺水平，從而對胞內的合成能力進行負反饋性的調節。當然這種假設需要明確多巴胺能神經元內遊離的多巴胺的水平，但目前尚無可靠的技術方法能解決這一問題。

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