利用培養的小鼠新皮層神經元對軟骨素酸的神經毒性行為進行了研究，結果發現這三種類型的谷氨酸受體逐步參與了神經毒性：（1）NMDA 受體間接激活參與神經毒性；（2）毒性由 AMPA 受體介導；（3）當 KA 受體的脫敏被阻斷時，神經毒性可由 KA 受體介導。軟骨素的劑量-反應關系研究表明，軟骨素激活 KA 和 AMPA 受體的親和力分別約為 5 和 0.07 μmol/L。許多動物實驗研究發現，其不受控制的激活可導致癲癇發作和選擇性神經元損傷。在 MK-801（壹種 NMDA 受體拮抗劑）和 GYKI53655（壹種選擇性 AMPA 受體拮抗劑）的作用下，體外培養 12 d 並用海藻酸軟骨細胞桿菌處理的皮質神經元觀察到了微小但顯著的神經元毒性，這表明這種毒性是由 KA 受體介導的。Jensen 等人發現，在 GYKI53655 存在的情況下，軟骨素誘導的神經毒性被部分消除，這表明 AMPA 受體介導了部分神經毒性。
MK-801阻斷了軟骨素的部分毒性，有人推測NMDA受體間接參與了軟骨素的毒性作用，這可能是因為軟骨素作用於神經元細胞，促進谷氨酸的釋放，而釋放的谷氨酸繼發激活了NMDA受體。在某些受體部位，軟骨素的閾值水平可能會導致谷氨酸和天冬氨酸等內源性興奮性氨基酸的過度釋放，而這些內源性神經遞質可能會增強軟骨素對小鼠腦組織中 NM-DA 受體部位的反應程度。因此，當軟骨素酸的濃度不足以引起神經毒性時，如果存在 NM-DA 受體刺激劑，它同樣能夠引起神經毒性，因此 Antonello 等人假設，大腦中亞毒性劑量的軟骨素酸通過持續增強作用於 NMDA 受體的內源性興奮性氨基酸而誘發癲癇。在脊椎動物的中樞神經系統中，谷氨酸和天冬氨酸是主要的興奮性神經遞質，γ-氨基丁酸是重要的抑制性神經遞質。谷氨酸是γ-氨基丁酸的前體。軟骨素酸可通過促進谷氨酸和天門冬氨酸的釋放、抑制谷氨酸的攝取和抑制谷氨酸脫羧酶等途徑增加細胞間谷氨酸的含量。Dak 等人發現，軟骨素能促進大鼠海馬片釋放谷氨酸，Cunha 等人報道，3 μmol/L 的軟骨素能抑制γ-氨基丁酸釋放 24%。給懷孕小鼠的尾靜脈註射軟骨素會導致後代海馬功能明顯受損，同時皮質和海馬的γ-氨基丁酸水平下降，谷氨酸水平上升。釋放的谷氨酸會進壹步導致興奮性毒性損傷，例如，加劇軟骨素對離體小雞胚胎視網膜的神經毒性作用。在紋狀體神經元中，激活 KA 受體可抑制γ-氨基丁酸的作用 [5]。谷氨酸介導的損傷主要通過 NMDA 受體介導，軟骨素直接激活 AMPA/KA 受體釋放谷氨酸和天冬氨酸，進而激活 NMDA 受體，從而產生興奮毒性。總之，神經元衰退的全部程度是由 NMDA 和非 NMDA 受體（AMPA 和 KA 受體）的協同作用造成的，軟骨素與谷氨酸等內源性氨基酸協同作用，增強了其神經毒性。
NMDA受體與突觸可塑性、學習和記憶密切相關，其功能是通過受體本身、其 ****-conjugated 離子通道（即NMDA通道）和調節位點形成的復合物來實現的。每個 NMDA 受體都包含兩個谷氨酸和兩個甘氨酸結合識別位點，谷氨酸和甘氨酸都是谷氨酸受體的特異性激活劑。1991 年，日本中西實驗室首次從大鼠腦中成功克隆出 NMDA 受體亞基（NMDAR1）的 cDNA。此後，又克隆了四個新的 NMDA 受體亞基（NMDAR2 A-D）的 cDNA。NMDAR1 可單獨形成功能性純寡聚 NMDA 受體，但 NMDAR2 亞基不具備這種功能。當 NMDAR1 與不同的 NMDAR2***共同表達時，谷氨酸誘導的電流比單獨表達 NMDAR1 誘導的電流大幾十倍到幾百倍，這壹特性表明 NMDA 受體可能是由 NMDAR1 和不同的 NMDAR2 亞基組成的異質寡聚體。1992 年，Novelli 等人發現，含有軟骨素的貽貝對神經培養物的損害與興奮性氨基酸具有協同作用，他們的數據表明，亞毒性劑量的軟骨素會促進谷氨酸和精氨酸的興奮毒性作用。Berman 等人利用 KA/AMPA 和 NMDA 受體抑制劑研究了軟骨素對體外培養神經元小腦顆粒細胞毒性作用的機制。他們的數據顯示，由於 NMDA 競爭性和非競爭性拮抗劑都能減少軟骨素誘導的內源性興奮性氨基酸外流，因此 NMDA 受體不僅介導了軟骨素誘導的大部分神經損傷，而且還是興奮性氨基酸外流的主要部位。這些結果更直接地支持了 Novelli 等人的研究。 Berman 和 Heron 等人還發現，當暴露於軟骨素時，內源性腺苷可抑制谷氨酸的釋放。然而，軟骨素酸和內源性腺苷的相互作用機制還不十分清楚。軟骨素促進谷氨酸和精氨酸的釋放，進而激活 NMDA 受體，NMDA 受體又促進內源性興奮性氨基酸的釋放。NMDA 受體激活後，大量細胞外 Ca2+ 進入細胞，大量儲存在細胞內鈣庫中的 Ca2+ 被釋放，造成細胞內 Ca2+ 超載，導致細胞損傷。高濃度的 Ca2+ 會激活鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白inkinase II（Ca2+/CaM 依賴性蛋白inkinase II，CaMKII），進而使 AMPA 受體磷酸化，從而增加該受體通道的敏感性，該通道與 NMDA 受體的 NR1 和 NR2B 亞基結合。
KA/AMPA 受體是最重要的離子型非 NMDA 型興奮性氨基酸受體。AMPA 受體家族由四個結構非常相似的亞基組成，亞基的氨基酸序列同源性高達 70%。由於氨基酸殘基的疏水分布，靠近羧基末端的部分構成了四個跨膜區。AMPA、L-谷氨酸和 KA 都能激活這類離子通道，並與 AMPA 具有高親和力的結合位點。天然的 AMPA 受體是壹個僅由這 4 個亞基組成的五聚體，每個單體的分子量為 108 kD。AMPA 受體的 4 個亞基分別含有壹個由第 4 跨膜區上遊的 38 個氨基酸殘基組成的特殊區域，該區域中有 2 個結構相似的區域，分別由受體基因上的 2 個相鄰外顯子編碼。然而，編碼每個亞基的 DNA 都會經歷壹系列翻譯後修飾，如磷酸化、糖基化和棕櫚酮化，這些都是通道功能的重要修飾因子。離子型谷氨酸受體功能的多樣性是通過不同亞基的組裝、選擇性基因剪接和轉錄前 mRNA 編輯實現的。特別是 AMPA 和 KA 受體，它們與 NMDA 受體不同，也通過 RNA 編輯進行特殊修飾。最近發現，通道孔區的氨基酸是編輯酶的作用位點，因此該位點的修飾會影響離子的通透性。人們繼續發現，在 AMPA 受體 GluR5 亞基或 KA 受體 GluR5 和 GluR6 亞基的通道孔區域內或附近的關鍵位置進行 RNA 編輯，會用帶正電的精氨酸取代中性的谷氨酸，谷氨酸和精氨酸的互換會誘導 Ca2+ 內流。成年大鼠的所有 GluR2 基因都被編輯，而 GluR5 和 GluR6 基因則未被完全編輯，分別為 39% 和 75%。這壹現象可能與編輯相關的腺苷脫氨酶識別和堿基配對所需的特定內含子序列的位置有關。GluR2 的內含子序列靠近谷氨酸-精氨酸交換的位置，而 GluR5 和 GluR6 的內含子序列距離這壹交換位置有 1900 個核苷酸。Seeburg 等人發現，AMPA 受體的導電性和滲透性由 GluR2 決定，這是因為 GluR2 的第 2 跨膜區與其他 3 個亞基不同，谷氨酸突變為精氨酸。他們還發現，AMPA 受體各亞基編碼基因中的谷氨酸/精氨酸位點均編碼谷氨酸。正是高度特異性的 mRNA 編輯實現了有針對性的突變。結果表明，腦細胞有能力選擇性地表達含有未經編輯的 GluR2 的亞基，從而實現有選擇性地對 Ca2+ 進行通透的 AMPA 受體的數量。 興奮性毒素最初通過過度激活參與神經元去極化的谷氨酸受體幹擾神經元調節機制，導致離子滲透壓和電化學改變，最終導致細胞死亡。神經毒理學研究表明，軟骨素酸作用於谷氨酸受體豐富的神經元細胞，尤其是海馬和錐體細胞，導致細胞外Ca2+大量內流，細胞鈣平衡異常改變，信號轉導紊亂；可引起能量代謝障礙，導致神經元細胞發生退行性變化。
NMDA受體介導的細胞內Ca2+濃度升高是興奮性氨基酸介導的神經元損傷和死亡的重要原因。然而，非NMDA受體也可通過細胞膜去極化和激活電壓依賴性Ca2+通道導致細胞內Ca2+濃度升高。當神經元去極化時，與軟骨細胞藻酸鹽結合的 AMPA 受體會打開配體門控離子通道，使 Na+ 內流、K+ 外流，氯離子與 Na+ 壹起進入細胞，隨後水在滲透壓的作用下內流；這會產生長時間的突觸後腫脹，隨後導致細胞內鈣超載，形成持久的神經元損傷。相反，Bureau 等人發現星形膠質細胞中的 AMPA 受體對 Ca2+ 具有通透性，Ca2+ 直接通過 AMPA 受體通道進入細胞。KA 受體過度興奮會導致癲癇活動擴散，通過內源性谷氨酸激活包括 NMDA 受體在內的其他谷氨酸受體，從而誘發大量細胞去極化和電壓依賴性 Ca2+ 通道激活。細胞內遊離 Ca2+ 的長期升高具有毒性，最終會導致神經元變性。NMDA 受體激活後，細胞外 Ca2+ 大量進入細胞，細胞內鈣儲存的 Ca2+ 大量釋放，導致細胞內 Ca2+ 超載，造成細胞損傷。而 AMPA/KA 受體介導的去極化也可能通過降低 Mg2+ 對 NMDA 受體離子通道的阻礙作用而增加細胞質遊離 Ca2+ 濃度。同時，藻酸鹽刺激軟骨細胞釋放的內源性谷氨酸也會與 NMDA 受體相互作用，誘導突觸後膜去極化，導致電壓依賴性 Ca2+ 通道和刺激物激活的 Ca2+ 通道開放，從而促使 Ca2+ 大量內流，造成細胞內鈣的積累，進而導致細胞壞死。NMDA 受體的電壓依賴性及其與第二信使鈣離子的作用相結合，在學習記憶機制中發揮著重要作用。 局部腦功能活動與局部腦葡萄糖代謝率相關。在軟骨營養不良人群中，利用正電子發射斷層掃描技術觀察到海馬和杏仁核的葡萄糖代謝率降低。在某些病理條件下，神經元沒有足夠的代謝能量來維持正常的靜息膜電化學梯度。當神經元細胞膜表面或樹突附近的谷氨酸過量時，會產生神經元去極化和細胞質膜通透性持續升高，隨後細胞離子組成失衡，激活膜泵，利用能量維持功能。由於細胞質中遊離鈣過多，導致 ATP 合成不足，隨後遊離鈣進入並積聚在線粒體中，影響氧化磷酸化；另壹方面，由於肌纖維、肌漿網和線粒體中的鈣依賴 ATP 酶過度活躍，導致 ATP 消耗增加。反過來，神經元的持續激活會導致儲存的能量不可逆轉地耗盡，神經元細胞無法維持離子平衡。這不可避免地會導致細胞功能和結構的破壞，因為細胞離子成分的變化可能會伴隨著水分運動的改變，從而導致細胞質空泡的形成、細胞腫脹，最終導致組織壞死。此外，由於缺乏 ATP，Ca2+-ATP 酶活性降低，這似乎有助於促進軟骨細胞藻酸鹽提高細胞內 Ca2+ 水平。在低能量神經元中，興奮性氨基酸引起的神經毒性會大大增加，因此軟骨素對老年人的危害更大。
軟骨素能促進谷氨酸和天門冬氨酸的釋放，抑制谷氨酸的攝取，抑制谷氨酸脫羧酶，從而增加突觸間隙谷氨酸的濃度。谷氨酸和天門冬氨酸是最重要的興奮性氨基酸遞質。中樞谷氨酸並非來自外周，主要是在谷氨酰胺酶的作用下，以谷氨酰胺為前體在中樞自身合成的。代謝受體的同時激活會導致細胞內三磷酸肌醇和甘油三酯形成增加，並釋放出細胞內儲存的 Ca2+，進壹步提高細胞內 Ca2+水平，導致鈣平衡失調，從而引起神經興奮和/或興奮性中毒。在實驗中，中劑量和高劑量軟骨素作用2小時後，細胞釋放的細胞外天冬氨酸和谷氨酸明顯升高，這與Ross等人報道的軟骨素誘導大鼠神經膠質細胞興奮性氨基酸升高的現象壹致。所有劑量的軟骨素都會使細胞內[Ca2+]升高，且存在明顯的劑量效應關系，表明軟骨素對[Ca2+]變化的影響比對氨基酸釋放的影響更敏感。興奮性氨基酸的濃度與細胞內[Ca2+]高度相關，細胞內[Ca2+]的積累可通過CaM或直接作用於細胞膜，最終導致神經細胞膜通透性增加，水分增加，細胞腫脹和損傷。同時，細胞內[Ca2+]濃度升高和細胞腫脹具有直接促進興奮性氨基酸釋放的作用，從而加重興奮性神經毒性。
抑制性氨基酸具有抑制作用，而興奮性氨基酸****，在調節神經系統的興奮性和興奮毒性方面具有相同的作用。γ-氨基丁酸（GABA）是中樞神經系統中主要的抑制性神經遞質，通過谷氨酸脫羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）催化從谷氨酸脫羧而來，主要通過線粒體GABA，線粒體GABA是中樞神經系統中主要的抑制性神經遞質。它主要通過線粒體中的 GABA-α-谷氨酰轉移酶代謝產生谷氨酸。在實驗中，與對照組相比，所有劑量組的 GABA 均明顯減少，呈現劑量效應關系，這與 Sobotka 等人報道的軟骨細胞菌酸抑制 GABA 釋放的結果壹致，可能是由於細胞內谷氨酸（GABA 的前體）濃度降低所致。甘氨酸的變化並不明顯，只有高劑量組比對照組明顯升高。研究發現，甘氨酸與興奮性氨基酸遞質的升高同步，這表明甘氨酸也可能在軟骨素的興奮性神經毒性中發揮作用。此外，該研究還表明，在軟骨素的興奮性神經毒性中，興奮性氨基酸起主要作用，而抑制性氨基酸起協同作用。