【原】Nature Neuroscience：分离幻觉，致幻剂抗抑郁新机制！

脑声常谈 2023-06-09 发布于上海

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近几年，致幻剂麦角酸二乙胺(LSD)和裸盖菇素(PSI)的快速且持久的抗抑郁效果被科研人员广泛关注。但致幻剂的急性致幻作用限制了它们的临床应用。然而最近的报告表明，致幻剂的致幻作用可以从它们的抗抑郁和促进神经可塑性的作用中分离出来，这表明有可能找到一种化合物或治疗组合具备致幻剂的抗抑郁作用，但同时不存在致幻作用。

促进神经可塑性被认为是抗抑郁作用的关键，所有抗抑郁药物包括致幻剂都具备促进可塑性的效果。脑源性神经营养因子(BDNF)及受体TrkB是可塑性和抗抑郁药物治疗作用的中枢介质。BDNF和TrkB作为5-HT_2A激活的下游效应物也与致幻剂的作用有关。但致幻剂是否通过TrkB发挥抗抑郁作用目前尚无定论，且能否通过该机制将致幻剂的致幻作用与治疗作用剥离开来也尚不清楚。

在此背景下，2023年6月5日，赫尔辛基大学的Eero Castrén及其研究团队在Nature Neuroscience杂志上发文“Psychedelics promote plasticity by directly binding to BDNF receptor TrkB”揭示LSD和PSI可以通过与TrkB结合、促进内源性BDNF信号传导产生抗抑郁作用，并且此效应可与致幻效应分开。

第一步，为确定致幻剂LSD与TrkB受体的结合能力，作者利用放射性标记LSD（³H-LSD）并观察其与HEK293T细胞中TrkB的结合程度。结果显示³H-LSD对人类，大鼠和小鼠的TrkB具有非常高的亲和力，且PSI和LSD能够以高亲和力取代TrkB结合的³H-LSD，其亲和力是氟西汀和氯胺酮等其他抗抑郁药的1000倍。接着为了验证这种结合并对其进行定位，作者测试了³H-LSD与一组TrkB突变体的结合，分别是Y433F，V437A和S440A，其中TrkB跨膜结构域（TMD）中的酪氨酸-苯丙氨酸点突变（Y433F）被报道能够破坏与抗抑郁药的结合和可塑性作用，本研究中Y433F也会阻止致幻剂与TrkB的结合。以上结果揭示了致幻剂（PSI和LSD）能够与TrkB高效结合，且结合位点与其他抗抑郁药的结合位点部分重叠。

图1 致幻剂与TrkB结合

第二步，作者利用原子分子动力学（MD）模拟嵌入富含胆固醇（CHOL）膜中的TrkB TMD二聚体，以确定致幻剂的结合位点。模拟结果显示LSD和PSI的结合位点位于交叉的TMD二聚体的细胞外裂缝中，且结合自由能估计表明，LSD和PSI与TrkB二聚体的TMD结合的亲和力高于氟西汀。在突触膜典型的高CHOL浓度下，LSD将TrkB TMD二聚体稳定在其Cα残基(L451-L453)之间的距离为~17 Å的构象中，这是一个更有利于BDNF激活的构象，类似于氟西汀的机制。然而，作者发现氟西汀和LSD的结合口袋并不相同，氟西汀在TMD内结合更深，需要脂膜稳定；相比之下，LSD结合更接近膜表面，并与二聚体建立更稳定的相互作用。PSI显示出与LSD相似的结合袋、相互作用残基和稳定的TrkB复合物构象。

图2 TrkB TMD中致幻剂结合位点的表征

图3 LSD和氟西汀与TrkB结合模式不同

第三步，作者使用分裂荧光素酶互补实验来研究致幻剂对TrkB二聚化和相互作用的贡献。结果显示，LSD和PSI在纳米摩尔浓度下诱导野生型(WT)TrkB二聚体快速和持久地增加，但这种影响在WT:Y433F(Y433F^+/-)中被不存在。另外，在不表达5-HT_2A信使RNA的N2a细胞中，用酮色林或M100907进行预处理不能阻止LSD和BDNF对TrkB二聚化的影响。这表明致幻剂诱导TrkB二聚化与5-HT_2A受体无关。TrkB.FC可隔离细胞外BDNF，它能够消除BDNF和LSD对TrkB二聚化的影响。并且，LSD增强了极低浓度BDNF(0.1 ng/ml)对TrkB二聚化的影响，这可能是通过稳定TrkB二聚化来实现的。这些结果表明，致幻剂并不直接激活TrkB，但它们对TrkB二聚化的作用依赖于内源性BDNF的释放，这与变构效应一致。

图4 致幻剂促进TrkB二聚化

致幻剂也促进BDNF下游信号传导。在神经元培养物中，LSD增加了TrkB与磷脂酶Cγ1 (PLCγ1)的相互作用，而磷脂酶Cγ1与pY816结合，调节细胞内Ca²⁺信号传导和抗抑郁作用。通过直接随机光学重建显微法结合全内反射荧光显微镜(dSTORM/TIRF)追踪TrkB和PLCγ1在神经元中的单分子定位，作者证实了LSD和PSI增加TrkB:PLCγ1在树突棘中的共定位。此外，LSD迅速增加ERK的磷酸化(pERK)，而不依赖于5-HT_2A的激活，并促进mTOR的磷酸化至少1小时。Bdnf mRNA在LSD处理后1小时上调，BDNF蛋白水平在24小时升高。综上所述，致幻剂对神经营养信号的作用依赖于BDNF和TrkB，而不需要5-HT_2A的激活。

图5 致幻剂通过BDNF和TrkB募集神经营养信号

第四步，作者在GFP标记TrkB的神经元培养物中使用光脱色荧光恢复技术(FRAP)来研究致幻剂对TrkB运输的影响。FRAP显示，致幻剂诱导TrkB快速转运到树突棘。此外，作者还发现LSD和PSI在处理后24小时增加了WT小鼠成熟神经元培养物的脊柱密度和树突发生，但对Y433F⁺^/-小鼠的神经元培养物没有影响，并且TrkB.FC能够阻断LSD的这两种作用，而M100907无法阻断。表明LSD增加脊柱密度和树突发生的作用是依赖于BDNF的释放而非5-HT_2A的激活。

图6 致幻剂诱导的神经可塑性依赖于TrkB和BDNF，而不是5-HT2A的激活

常规抗抑郁药物的慢性治疗或单药氯胺酮增强海马齿状颗粒细胞(DGCs)的神经发生和长期神经元存活，这些作用依赖于通过TrkB的BDNF信号传导。在本研究中，作者发现在单次给药后4周，LSD使WT小鼠的DGC存活数量增加了一倍，而Y433F^+/-小鼠的DGC存活数量没有增加，这表明LSD对DGC存活的影响是通过它们与TrkB的结合介导的。

甩头反应被视为致幻剂对人类产生的致幻作用在啮齿动物上的表征。这种反应是由5-HT_2A受体介导的。在本研究中，在LSD处理的Y433F^+/-小鼠中，甩头反应正常发生，且能够被M100907阻断。此结果表明致幻作用与TrkB无关，暗示了致幻剂的致幻作用可与促进可塑性作用分离开。

最后，作者在啮齿动物慢性应激模型中发现LSD在WT单次给药后7天产生持续的抗抑郁样作用，而在Y433F^+/-小鼠中没有。且M100907预处理不能阻止LSD的抗抑郁样作用。LSD还能促进单次给药72小时后条件恐惧反应的情境消退，这种消退至少持续4周。然而，这些短期和长期效应而在Y433F^+/-小鼠中没有。这些结果强烈表明TrkB在网络和行为水平上介导LSD的可塑性和抗抑郁样作用，但不参与其致幻作用。