|
重度抑郁症(MDD)是一种全球流行的严重情绪障碍。当抑郁症与慢性疾病同时发生时，未经治疗的抑郁症与较低的生活质量、较高的自杀风险和身体健康受损有关。许多抗抑郁药物都是针对单胺系统使用的，以增加大脑中血清素或去甲肾上腺素的含量。然而，传统的抗抑郁药可能需要数周或数月才能完全显示出其治疗优势。此外，在所有抑郁症患者中，只有不到50%的患者经过最佳治疗后完全缓解，因此，对MDD的快速药物治疗仍有很大的需求。 氯胺酮仅在低剂量下才显示出作为速效抗抑郁药的功效，尤其是对那些难治性抑郁症患者，而随着剂量的增加，它会产生拟精神作用，并最终产生麻醉作用。氯胺酮在人体服用后1小时内产生抗抑郁作用。值得注意的是，氯胺酮在体内的半衰期约为2小时，但氯胺酮的抗抑郁作用持续长达1周，因此氯胺酮可能诱导了神经可塑性的改变。事实上，人们普遍认为氯胺酮调节了与神经可塑性促进相关的分子事件链，包括海马和皮质的结构、功能可塑性，最终导致了抑郁症状的改善。尽管如此，氯胺酮如何增强可塑性仍不清楚。因此，我们的研究旨在了解氯胺酮快速(不到1小时)抗抑郁作用的机制，这最终有助于神经可塑性的长期抗抑郁作用。 氯胺酮产生治疗效果的主要机制是促进海马区的神经可塑性。然而，氯胺酮是NMDAR的拮抗剂。通过抑制谷氨酸能NMDARs，进而促进突触抑制。此外，NMDARs是主要通过Ca2+通道开放兴奋。这表明氯胺酮使NMDAR依赖性Ca2+信号通路失活。然而，氯胺酮治疗效果的是通过增强神经元Ca2+信号传导介导的。因此，氯胺酮是如何在阻断海马中的NMDARs的同时，又迅速增强谷氨酸能活性和Ca2+信号。 解释氯胺酮这些矛盾作用的一个重要假设是，氯胺酮直接抑制兴奋性神经元上的NMDARs，从而诱导细胞自主形式的稳态突触可塑性，从而增加这些神经元上的兴奋性突触活动。这种突触内稳态是一种负反馈反应，用于补偿神经元的功能紊乱，并通过调节谷氨酸AMPA受体(AMPAR)的转运和突触表达来表达。抑郁症患者死后研究显示：海马中AMPAR亚基 mRNA表达水平的降低存在GluA1和GluA3，但不存在GluA2，这表明海马中AMPAR亚型特异性降低与抑郁症有关。此外，越来越多的证据表明氯胺酮的抗抑郁作用可以通过改变AMPAR功能来介导。在对动物进行氯胺酮治疗后，许多研究发现海马中GluA1的水平升高，而其他亚基的表达结果则不太一致。这表明亚型AMPARs的特异性激活对氯胺酮的抗抑郁作用至关重要有两种不同类型的AMPARs是通过它们的个亚基组合而形成的:含有GluA2的Ca2+不渗透性的AMPARs；含有GluA1的Ca2+渗透性的AMPARs (CP-AMPARs)。CP-AMPAR转运长期以来一直被认为是由GluA1亚基的磷酸化调控的。GluA1中丝氨酸845 (S845)的磷酸化促进了GluA1中AMPAR表面的表达，进而改变了内稳态的突触可塑性。然而，氯胺酮如何选择性地影响海马AMPAR亚型特异性功能尚不清楚。
在此背景下，2023年06月26日科罗拉多州立大学生物医学科学系Seonil Kim课题组在eLife发文揭示了氯胺酮的快速抗抑郁作用是由Ca2+渗透性AMPA受体介导的的机制。
图1.氯胺酮处理体外培养海马神经元降低钙调磷酸酶活性，增加了含有GluA1的AMPAR 首先，课题组发现氯胺酮处理后的小鼠海马神经元GluA1增加，由于GluA1 S831和GluA1 S845可以调节含有AMPAR的GluA1，课题组进一步检测了GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化，发现二者的磷酸化明显增多。课题组进一步检测了不同浓度氯胺酮处理体外培养的海马神经元后的钙信号，结果显示：随着氯胺酮的浓度升高，海马神经元的钙信号活动强度逐渐降低。为了进一步检测钙调磷酸酶在氯胺酮处理后的活性，课题组进一步用荧光共振能量转移 (FRET)技术来检测钙调磷酸酶的活性，结果显示：氯胺酮处理后钙调磷酸酶的活性明显下降（FK506是钙调磷酸酶的抑制剂，阳性对照）。这组实验表明：氯胺酮通过降低了神经元Ca2+活动抑制了NMDAR和钙调磷酸酶活性，从而导致GluA1磷酸化增加，体外培养的海马神经元表面的含GluA1的AMPAR表达升高。
图2.氯胺酮诱导海马神经元CP-AMPAR表达增强，谷氨酸能神经元活性增强 然后，课题组进一步检测了氯胺酮及NASPM(CP-AMPAR的抑制剂）处理对体外培养的海马神经元的谷氨酸释放的体细胞Ca2+成像，以检测谷氨酸能神经元活性。结果显示：氯胺酮可以诱导CP-AMPAR表达，进而增强小鼠海马神经元谷氨酸能神经元活性。并且，这种增强的活性可以被CP-AMPAR的拮抗剂NASPM所拮抗。GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化也可以被氯胺酮增强，可以被CP-AMPAR的拮抗剂NASPM拮抗。这组实验表明：氯胺酮增加了GluA1 S845的磷酸化，进而诱导海马神经元CP-AMPAR表达并上膜，谷氨酸能神经元活性增强。
图3.氯胺酮治疗后，海马突触GluA1水平选择性升高 随后，课题组检测了氯胺酮治疗后的的小鼠海马组织GluA1、GluA2表达水平和GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化水平。与在培养海马细胞中的发现一致。10 mg/kg氯胺酮注射腹腔注射雄性小鼠GluA1的表达增多；GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化水平增高。10 mg/kg氯胺酮注射使雌性小鼠的GluA1、GluA2显著升高，GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化水平增高。5 mg/kg氯胺酮可以通过增加雌性海马中GluA1磷酸化来增加突触GluA1水平，GluA1 S831和GluA1 S845的磷酸化水平增高。这组实验表明：氯胺酮显著提高突触GluA1水平，这可能是通过增加小鼠海马中GluA1磷酸化介导的。
图4.氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的焦虑样行为 接着，课题组检测了腹腔注射氯胺酮或IEM-1460（CP-AMPARs的抑制剂，可以通过血脑屏障）的旷场行为学实验。结果显示：雄性小鼠给予氯胺酮腹腔注射后，小鼠的中央区滞留时间明显增多，焦虑样行为减少，但是给予CP-AMPARs的抑制剂IEM-1460腹腔注射后，小鼠的小鼠的中央区滞留时间明显减少，焦虑样行为增多。表明氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的焦虑样行为。雌性小鼠的趋势和雄性小鼠相同，但是雌性小鼠低剂量（5mg/kg）给氯胺酮时，趋势更明显。这组实验表明：氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的焦虑样行为。
图5.氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的抑郁样行为 为了进一步检测氯胺酮对抑郁样行为的作用。课题组进一步检测了小鼠的悬尾实验，结果显示：雄性小鼠给予氯胺酮腹腔注射后，小鼠的悬尾时不动时间明显减少，抑郁样行为减少，但是给予CP-AMPARs的抑制剂IEM-1460腹腔注射后，小鼠的悬尾时不动时间明显增多，抑郁样行为增多。表明氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的抑郁样行为。雌性小鼠的趋势和雄性小鼠相同，但是雌性小鼠在高剂量（10mg/kg）时无效，低剂量（5mg/kg）给氯胺酮时，趋势更明显。这组实验表明：氯胺酮需要通过CP-AMPARs改善小鼠的抑郁样行为。
图6.氯胺酮治疗显著降低海马钙调磷酸酶活性 最后，课题组在小鼠的海马组织注射了基于荧光共振能量转移 (FRET)技术的钙调磷酸酶活性的探针的病毒，腹腔注射氯胺酮后6小时，在活体小鼠上检测氯胺酮给药后钙调磷酸酶的活性，结果显示：氯胺酮处理后钙调磷酸酶的活性明显下降。
图7.氯胺酮抗抑郁作用的示意图模型 综上所述，本文使用培养的小鼠海马神经元，发现低剂量的氯胺酮通过抑制NMDAR作用降低神经元Ca2+和钙调磷酸酶活性，增加了GluA1 S845的磷酸化，进而诱导CP-AMPAR表达，促进稳态突触可塑性的改变，进而发挥抗抑郁作用。此外，低剂量氯胺酮显著降低小鼠钙调磷酸酶的活性，增加海马突触GluA1水平，但不增加GluA2水平。低剂量氯胺酮在治疗后1小时内诱导小鼠产生抗抑郁样行为，通过特异性阻断CP-AMPARs可以完全翻转这种抗抑郁的作用。 文章来源：DOI: 10.7554/eLife.86022 |
|
|
