快速抗抑郁机制研究进展_徐凌志

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研究发现,BDNF 前体蛋白 ( ProBDNF) 基因位点 上第 66 个 缬 氨 酸 ( valine) 密 码 子 被 替 换 成 蛋 氨 酸 ( methionine) 密码子的转基因小鼠( BDNF 的信使 RNA 不能转运到树突上) ,其前额叶皮质的锥体细胞突触 结构和功能出现了缺陷,此外,树突棘密度和直径也显 著降低,提示该基因突变小鼠的突触形成和成熟受损。 当给予之前报道的可以产生快速抗抑郁作用,并迅速 改善突触结构和功能的氯胺酮时,并未表现出抗抑郁 作用[30]。而在其他条件性 BDNF 基因突变小鼠的研 究中,也证明了 BDNF 对于突触发生的重要作用 [31-32], 提示氯胺酮发挥快速抗抑郁作用和改善突触功能需要 BDNF 的参与。Jourdi 等[33-34] 在 细 胞 水 平 研 究 发 现, 谷氨酸受体刺激所产生的突触,需要 BDNF 的释放来 刺激 BDNF 受 体 酪 氨 酸 激 酶 受 体 ( tyrosine kinase receptors B,TrkB) ,继而 TrkB 通过下游 mTOR 通路促 进 AMPA 受体的正性调控、突触蛋白的合成及突触功 能而产生快速抗抑郁作用。快速抗抑郁作用的发挥需 要 mTOR 通路的激活,mTOR 的快速激活继而引起神 经营养因子包括 BDNF 和多种突触蛋白水平的增加, 以及突触结构和功能短时间内恢复和改善,并从行为 学上逆转动物的抑郁样行为。
1. mTOR 信号通路 哺乳 动 物 雷 帕 霉 素 靶 蛋 白 ( mammalian target of rapamycin,mTOR) 是一种广泛表达的丝氨酸 / 苏氨酸 激酶,它的功能主要受神经元表面受体和离子通道的
基金项目: 国家自然科学基金面上项目( 81171251) 作者单位: 100191 北 京,北 京 大 学 中 国 药 物 依 赖 型 研 究 所 ( 徐 凌 志、 李素霞、孙成玉、袁铭) ; 北京大学第六医院( 邓佳惠、孙洪强、陆林) 通信作者: 李素霞,Email: lif13@ bjmu.edu.cn
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过之前报道的激活 mTOR 通路所产生[28]。研究表明, mTOR 的 激 活 可 以 增 加 突 触 蛋 白 合 成,增 强 突 触 功 能[29]。分子水平 检 测 发 现,单 次 给 予 氯 胺 酮 后,可 迅 速且显著增加前额叶皮质突触后蛋白包括突触后密度 蛋 白-95 ( postsynaptic density protein 95,PSD95 ) 、 GluR1 和突触前蛋白突触素 I( synapsinI) 的表达水平, 而当给予选择性 mTOR 抑制剂雷帕霉素后,这些突触 相关蛋白表达的增加被抑制。同时行为学研究发现, 前额叶皮质微注射雷帕霉素后,完全破坏了氯胺酮所 产生的抗抑郁作用。对于氯胺酮如何诱导 mTOR 的 激活还不清楚,但研究中发现激活的 mTOR 产生抗抑 郁作用需要 AMPA 受体参与[27]。此外,经历 21d 的慢 性不可预见性应激,可以降低大鼠前额叶皮质突触相 关蛋白,包括 PSD95、突触素和 GluR1 的表达水平以及 前额叶皮质的树突棘密度,而氯胺酮可以显著改善由 于慢性应激所导致的这些蛋白和突触结构的变化,并 改善老鼠的抑郁样行为[28]。
2011 年 Autry 等[32,43-44]发现,氯胺酮可以抑制静 息状态下 NMDA 受体自发诱导产生的最小兴奋性突 触后电流,从而降低 eEF2K 的活性,增加 eEF2 活性, 促进 BDNF 翻译,BDNF 水平的增加反馈性地激活突 触上相关受体,增强突触可塑性变化而产生抗抑郁作 用。Autry 等还发现,静息状态下自发的谷氨酸能信号 通路和诱发产生的谷氨酸信号通路作用不同。静息状 态下,NMDA 受体自发产生的神经递质传递也可以影 响动物行为。
近年来发现,对于重症以及难治性抑郁症患者,单 次给予低剂量( 不致引起精神异常) 离子型谷氨酸能 ( N-methyl-D-aspartate,NMDA ) 受 体 拮 抗 剂 氯 胺 酮 ( ketamine) 可以短时间内产生抗抑郁效果,缓解抑郁 症状,并且这种效果可以持续 2w 以上。在缓解症状 的同时,氯胺酮显著降低患者的自杀倾向和改 善 认 知[9- 11],可 有 效 地 预 防 重 症 抑 郁 症 患 者 的 自 杀 风 险。 目前,对于以氯胺酮为代表的谷氨酸能受体拮抗剂及 其它快速抗抑郁药物的作用机制报道越来越多,本文 将对快速抗抑郁作用的可能机制进行综述。
Maeng 等[26]发现,非选择性 NMDA 受体拮抗剂和 选择性 NMDA 受体亚基拮抗剂发挥快速抗抑郁作用, 可能是通过调控某些重要神经回路中 AMPA 受体而 发挥作用。单次给予氯胺酮和其他类型 NMDA 受体 拮抗剂 MK-801 和 Ro25-6981,可短时间显著降低小鼠 在强迫游泳中的不动时间,但提前给予 AMPA 受体拮 抗剂处理后,给予氯胺酮不能表现抗抑郁作用。给予 氯胺酮 后,虽 然 不 影 响 AMPA 受 体 的 亚 型 glutamate receptor 1( GluR1) 本身的表达水平,但 GluR1 上 845 位点上丝氨酸的磷酸化水平显著降低,从而可能引起 谷氨酸释放的增加。随后 Li 等[27]在 2010 年发现氯 胺酮通过激活 mTOR 通路促进突触发生而发挥快速 抗抑郁作用。并在 2011 年进一步发现了单次给予氯 胺酮几小时内,可以逆转慢性不可预见性应激模型大 鼠的前额叶皮质树突棘密度和突触功能的缺陷,并在 行为学上表现出明显的抗抑郁作用,而这种作用是通
2. eEF2K 信号通路 研究发现,当给予氯胺酮后 30min,检测 mTOR 磷 酸化并未发现显著变化[27],行为学上却产生了抗抑郁 作用。虽然 mTOR 磷酸化在给予氯胺酮后 30min 时没 有发生改变,BDNF 的蛋白水平却迅速且显著增加,这 与之前很多关于Байду номын сангаасBDNF 快速抗抑郁作用的研究一致,
并提示氯胺酮的快速抗抑郁作用可能是通过迅速增加 BDNF 的翻译有关。后来作者发现,当给予氯胺酮或 其他 NMDA 受体拮抗剂 30min 至 2h 时间内,可迅速 降低对蛋白质翻译有重要作用的真核细胞延伸因子 2 ( eukaryotic elongation factor 2,eEF2) 的磷酸化,表明其 活性增加了。研究者为了验证 eEF2 在氯胺酮快速抗 抑郁作用 中 的 作 用,给 予 小 鼠 真 核 延 伸 因 子 激 酶 2 ( eukaryotic elongation factor-2 kinase,eEF2K) 抑 制 剂 30min 后,发现脑组织中 BDNF 蛋白表达量迅速增加, 并且 eEF2 的磷酸化水平显著降低。给予小鼠 eEF2K 抑制剂 30min 后,可显著降低小鼠在强迫游泳中的不 动时间,但给予 BDNF 基因敲除的小鼠 eEF2K 抑制剂 后,并不降低小鼠在强迫游泳中的不动时间。这些证 据验证了氯胺酮抑制 eEF2K 通路,并迅速增加 BDNF 的翻译水平而产生快速抗抑郁作用。
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·综 述·
徐凌志 李素霞 邓佳惠 孙成玉 袁 铭 孙洪强 陆 林
中图分类号: R749
文献标识码: A
文章编号: 1006-351X( 2014) 04-317-05
抑郁症是一种慢性易复发性精神疾病,患者对抗 抑郁治疗的反应因个体差异而不同[1]。现阶段,临床 上常用抗抑郁药主要是增加脑内单胺类神经递质浓度 发 挥 抗 抑 郁 作 用,且 主 要 针 对 五 羟 色 胺 ( 5-hydroxytryptamine,5-HT) 和 去 甲 肾 上 腺 素 ( norepinephrine,NE) 。这些常用抗抑郁药均存在起 效缓慢,首次用药有效率低,不良反应多( 如胃肠道反 应、头痛、嗜睡或者失眠及性功能障碍等) 等局限性, 降低了患者用药的依从性,不利于康复,尤其是不利于 重症患者自杀风险的防范[2-6]。快速起效的抗抑郁的 临床应用将改变抑郁现有治疗模式,避免患者需要连 续服药几周才能改善抑郁症状的现状,同时也将会相 应地降低现有抗抑郁药物的不良反应,增加患者的依 从性和治愈率,有效地防范重症抑郁症患者自杀风险。 因此,寻找和研制起效快、疗效好和副作用小的抗抑郁 药,成为一项迫切的临床需求[7-8]。
活 性 影 响,对 于 诱 导 和 维 持 神 经 元 的 长 时 程 增 强 ( long-term potentiation,LTP ) 和长时程抑制 ( long-term depression,LTD) 有重要作用[12-14]。这些受体和离子 通 道 包 括 NMDA 受 体、AMPA 受 体 ( α-amino-3 hydroxyl-5-methyl-4- isoxazolepropionic acid receptor ) 、 脑 源 性 神 经 营 养 因 子 ( brain-derived neurotrophic factor,BDNF) 及多巴胺能受体 和 代 谢 型 谷 氨 酸 受 体 等。mTOR 是多种受体和信号通路下游的交汇点,影 响 包 括 磷 酸 肌 醇 依 赖 性 激 酶-1 ( phosphoinositide dependent kinase-1,PDK1 ) 、磷 脂 酰 肌 醇 3-激 酶 ( phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K ) 、蛋 白 激 酶 B ( protein kinase B,PKB or Akt) 等多种激酶和分子的 变化[15-17]。mTOR 信 号 通 路 参 与 蛋 白 质 的 转 录、翻 译、降解和自噬和细胞骨架的聚合等多种过程,并且对 于突触可塑性具有重要作用[16,18-22]。mTOR 参与这些 过程,是通过与 多 种 蛋 白 形 成 复 合 体 而 发 挥 作 用[23], 其特 异 性 抑 制 剂 雷 帕 霉 素 ( rapamycin ) 通 过 破 坏 mTOR 与蛋白质形成复合体而阻断 mTOR 信号通路, 而非直接影响 mTOR 的催化活性发挥作用[24-25]。
eEF2K 是一类钙离子 / 钙调蛋白依赖的丝氨酸 / 苏氨酸激酶,并在调控蛋白质翻译的延长过程中发挥 重要作用[35]。eEF2K 属于非典型 α 激酶家族的一个 成员,α 激酶家族可以磷酸化底物蛋白 α 螺旋内的丝 氨酸和苏氨酸残基[36]。eEF2K 在其 C 端具有与 eEF2 结合区域,可以特异性地磷酸化 eEF2,从而抑制 eEF2 的活性。而具有活性的 eEF2 对于蛋白质翻译过程中 肽链的延长非常重要,它催化带有肽基的转运 RNA 在 真核细胞的核糖体上从 A 位点转移到 P 位点,从而将 一个新 的 氨 基 酸 添 加 到 逐 渐 延 长 的 肽 链 上。如 果 eEF2 的第 56 个苏氨酸被 eEF2K 磷酸化则会从核糖体 上被释放下来,从而阻断了多数蛋白质翻译过程的肽 链延 长 步 骤[37-38]。 研 究 发 现,突 触 内 的 eEF2K 和 eEF2 参与多数蛋白质的翻译和延长[39-41],这些蛋白 质与突触可塑性和功能活性密切相关,并参与突触特 有 的 长 时 程 增 强 和 长 时 程 抑 制 过 程[41-42]。 激 活 NMDA 受体可以增加 eEF2K 的活性,促进 eEF2 的磷 酸化,抑制蛋白质翻译过程中肽链的延长,降低与突触 结构和功能密切相关的蛋白质表达[39],影响突触的多 种功能与活动。
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很多研究已经证明 BDNF 水平的增加可显著改善 抑郁行为,BDNF 蛋白水平增加受其蛋白翻译和延长 过程影响,在该过程中 eEF2 参与了蛋白质翻译的延 长过程,当 给 予 氯 胺 酮 后,其 活 性 状 态 的 非 磷 酸 化 的 eEF2 迅速增多,BDNF 的合成也相应迅速增加,从而 产生了快速的抗抑郁作用。
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