谷氨酸是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在學(xué)習(xí)、認(rèn)知和記憶等基本過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可分為兩大類(lèi)：興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（EAATs）和囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（VGLUTs）。在大腦中，EAATs通過(guò)將谷氨酸重新攝取到膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中，從突觸間隙和細(xì)胞外區(qū)域清除谷氨酸，而VGLUTs則負(fù)責(zé)將谷氨酸從神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)裝載到突觸小泡中。

VGLUT家族包含3個(gè)成員，分別是VGLUT1（也稱為BNPI）、VGLUT2（也稱為DNIP）和VGLUT3（見(jiàn)表1）。所有谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（EAATs和VGLUTs）均為多跨膜蛋白，具有多達(dá)12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域。

谷氨酸通過(guò)VGLUTs轉(zhuǎn)運(yùn)到突觸小泡中依賴于由V型H+-ATP酶建立的質(zhì)子梯度。質(zhì)子流入小泡會(huì)導(dǎo)致腔內(nèi)pH值下降和膜電位變化，從而驅(qū)動(dòng)谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)。谷氨酸與單價(jià)陽(yáng)離子（首選K+，但也可以是H+等）一起被泵入小泡，而氯離子則與H+一起從小泡中運(yùn)出（見(jiàn)圖1）。

圖1：谷氨酸進(jìn)入突觸小泡的過(guò)程

谷氨酸進(jìn)入突觸小泡的過(guò)程受神經(jīng)元內(nèi)谷氨酸的可用性、H+離子梯度和腔內(nèi)氯離子濃度的調(diào)節(jié)（見(jiàn)圖2）。

 圖2：谷氨酸能神經(jīng)元突觸間隙中的囊泡循環(huán)

該圖展示了突觸間隙中谷氨酸進(jìn)入突觸小泡的潛在調(diào)節(jié)機(jī)制。步驟1：在適當(dāng)刺激后，谷氨酸通過(guò)胞吐作用釋放到突觸間隙中，同時(shí)釋放的H+導(dǎo)致pH值升高，進(jìn)而使VGLUTs發(fā)生變構(gòu)失活。步驟2：小泡內(nèi)吞后，高濃度的細(xì)胞外氯離子（Cl-）被困在小泡內(nèi)。V-ATP酶開(kāi)始將H+（**+**）泵入小泡，降低pH值，從而重新激活VGLUTs。它們開(kāi)始將谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到小泡中，同時(shí)將氯離子從小泡中運(yùn)出。步驟3：隨著越來(lái)越多的谷氨酸和H+被納入小泡，腔內(nèi)pH值不斷下降。步驟4：小泡內(nèi)充滿了谷氨酸，且?guī)缀跏チ怂新入x子。這種腔內(nèi)氯離子的缺失被認(rèn)為通過(guò)影響傳導(dǎo)性來(lái)消除VGLUTs的變構(gòu)激活，從而防止小泡被“過(guò)度填充”谷氨酸。否則，這種“過(guò)度填充”將導(dǎo)致能量浪費(fèi)的泄漏。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中VGLUT的分布

VGLUT2、VGLUT3以及更為豐富的VGLUT1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)于不同的互補(bǔ)神經(jīng)元亞群中。這種差異性表達(dá)模式在大鼠大腦的mRNA水平上已經(jīng)顯現(xiàn)。

 圖3：大鼠大腦中VGLUT1-3 mRNA的分布

VGLUT1和VGLUT2均可在相同的大腦區(qū)域中找到，但VGLUT1在皮質(zhì)區(qū)域更為普遍，而VGLUT2在皮質(zhì)下區(qū)域更為常見(jiàn)，這也可以從圖4中看出。VGLUT1和VGLUT2是大腦中主要的VGLUT亞型，它們表達(dá)于兩種功能不同的谷氨酸能突觸亞群中，這些突觸在神經(jīng)遞質(zhì)釋放概率和突觸可塑性方面存在差異以及圖5。此外，VGLUT1和VGLUT2與其他主要神經(jīng)遞質(zhì)（如5-羥色胺（5-HT）、GABA、多巴胺（DA）或乙酰膽堿（ACh））均不共定位。相比之下，VGLUT3作為非典型亞型，表達(dá)量較VGLUT1和VGLUT2稀少，并且常常與使用其他“經(jīng)典”神經(jīng)遞質(zhì)（如5-羥色胺、乙酰膽堿或GABA）的神經(jīng)元共表達(dá)。實(shí)際上，在某些神經(jīng)元群體中，例如紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元，VGLUT3在胞體-樹(shù)突區(qū)域大量存在。

 圖4：小鼠大腦中VGLUT1和VGLUT2的定位

直接免疫染色固定的小鼠腦切片，使用Sulfo-Cyanine 5偶聯(lián)的小鼠抗VGLUT1（135 011C5，綠色）和Sulfo-Cyanine 3偶聯(lián)的小鼠抗VGLUT2（135 421C3，紅色）。細(xì)胞核通過(guò)DAPI染色（藍(lán)色）可視化。

 圖5：小鼠大腦中VGLUT1-3的三重免疫染色，展示VGLUTs的差異性表達(dá)固定的小鼠腦切片的間接免疫染色，使用小鼠單克隆抗VGLUT1（135 011，綠色）、重組豚鼠單克隆抗VGLUT2（135 418，紅色）和重組兔單克隆抗VGLUT3（135 208，藍(lán)色）。

VGLUT作為谷氨酸能神經(jīng)元標(biāo)記物的應(yīng)用 

與單胺類(lèi)（VMAT1和VMAT2）和乙酰膽堿（VAChT）的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不同，這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞體和神經(jīng)末梢均有分布，而VGLUT1和VGLUT2蛋白僅限于神經(jīng)末梢，在那里它們?cè)谫|(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和新形成的突觸小泡之間持續(xù)循環(huán)（見(jiàn)圖6）。

 圖6：VGLUT1和VGLUT2的突觸前定位

固定的大鼠海馬神經(jīng)元的間接免疫染色，A）使用重組兔單克隆抗VGLUT1（135 308，紅色）和小鼠單克隆抗MAP2（188 011，綠色）；B）使用重組豚鼠單克隆抗VGLUT2（135 418，紅色）和兔多克隆抗MAP2（188 002，綠色）。

最后，VGLUT1和VGLUT2可以被視為經(jīng)典谷氨酸能神經(jīng)元的有價(jià)值且高度特異性的標(biāo)記物，但存在固有限制，即細(xì)胞體不會(huì)被共染色，這使得突觸染色模式的細(xì)胞歸屬難以確定。由于VGLUT3與使用其他神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元共表達(dá)，因此它不太適合作為谷氨酸能神經(jīng)元的標(biāo)記物。