谷氨酸作为中枢神经系统的重要兴奋性神经递质，主要通过参与神经信号传递、突触可塑性调节等机制维持神经系统功能。其作用涉及神经元间的信息传递、学习记忆形成及脑能量代谢等多个层面。
1、介导神经信号传递
谷氨酸在突触前神经元内合成并储存，当动作电位到达时释放至突触间隙。它与突触后膜的AMPA受体和NMDA受体结合，引发钠离子、钙离子内流，导致细胞膜去极化，完成电信号传递。这种快速兴奋性传递是大脑皮层、海马区神经元活动的基础。
2、调节突触可塑性
谷氨酸通过NMDA受体介导的钙离子内流激活下游信号通路，触发长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）。这一过程涉及蛋白激酶激活、基因表达调控等分子机制，被认为是学习记忆形成的细胞生物学基础。临床研究发现，海马区谷氨酸能系统功能障碍与阿尔茨海默病的认知衰退密切相关。
3、影响神经发育
在胚胎期和出生后早期，谷氨酸能信号通过调节神经干细胞增殖分化、轴突导向和突触形成，促进神经网络构建。动物实验表明，适度谷氨酸刺激可增加脑源性神经营养因子（BDNF）表达，但过量暴露会引发未成熟神经元凋亡。
4、参与脑能量代谢
谷氨酸在星形胶质细胞中与谷氨酰胺循环耦联，为神经元提供α-酮戊二酸等三羧酸循环中间产物。这种代谢协作不仅能快速清除突触间隙多余谷氨酸，还能维持神经元线粒体ATP生成，满足高能耗的神经活动需求。
需注意的是，谷氨酸浓度异常可能导致兴奋性毒性。当脑缺血或创伤时，大量谷氨酸释放引发钙超载，激活蛋白酶和自由基通路，最终导致神经元死亡。日常维持神经系统健康，建议保持均衡饮食（谷氨酸天然存在于番茄、奶酪等食物），避免过度补充外源性谷氨酸钠。若出现头痛、记忆力减退等神经症状，应及时进行神经递质检测和专科诊疗。