氯胺酮在不同腦區中的抗抑郁機制研究進展

肖燕，楊文，楊嘉君

(1 上海交通大學附屬第六人民醫院，上海200233；2 上?？萍即髮W)

抑郁癥是一種以情緒低落為主要臨床表現的常見精神疾病，已成為患者學習工作失能、自殺等的主要原因。藥物干預仍是抑郁癥的主要治療方法，傳統的抗抑郁藥起效慢、持續時間短、治愈率低，尋找快速、高效的抗抑郁藥物尤為重要。氯胺酮是一種N-甲基-D-天門冬胺酸受體(NMDAR)阻斷劑，最早作為靜脈麻醉劑應用于臨床。NMDAR是4個亞基組成的谷氨酸(Glu)離子型通道受體，主要以異源四聚體形式存在，其中包含2個GluN1亞基和2個GluN2亞基或GluN2/3亞基的混合物。2000年，Berman等[1]首次予以重度抑郁癥(MDD)患者靜脈注射氯胺酮，發現抑郁癥狀在數小時之內開始減輕，且持續3 d仍有效。目前，已有多個臨床試驗研究重復出氯胺酮在MDD和雙相抑郁癥中的快速抗抑郁作用[2,3]；同時，一系列文獻從分子細胞、突觸發生和神經環路等層面表明，氯胺酮在抑郁癥患者和抑郁動物模型中都表現出快速抗抑郁的作用，使其被認為是近半個世紀以來抑郁癥研究領域最重要的發現[3,4]。現就氯胺酮在不同腦區中的抗抑郁作用機制綜述如下。

1 氯胺酮在前額葉皮層(PFC)中的抗抑郁機制

PFC是位于大腦前部的皮質結構，是最晚發育的皮質結構之一。其與其他腦區的纖維連接非常復雜，功能繁多，主要負責高級認知功能(記憶、計劃、執行任務等)。Khlestova等[5]研究報道，氯胺酮對NMDAR的GluN2C亞基有著較高親和力，而這些亞基在PFC的中間神經元中分布較多，使PFC成為人們感興趣的重要區域之一。

在MDD患者中，通過腦成像可以觀察到控制情感、情緒和認知的大腦皮層如腹內側PFC(mPFC)和邊緣區域的體積減少。此外，對MDD患者進行尸檢，在組織病理學層面發現其PFC的不同區域出現皮層厚度、神經元大小、神經膠質細胞的數目和大小不同程度的減少。這有助于進一步支持先前神經影像學的發現，但并不能直接表明在MDD患者中存在突觸受損。通過電子顯微鏡和微陣列基因譜學揭示，MDD患者在背外側PFC中突觸數目減少、轉錄抑制因子(GATA1)表達上調以及突觸功能相關基因下調，證實其確實存在突觸受損[6]。另外，也有研究發現，在慢性不可預見性應激(CUS)模型中，PFC神經元突觸功能活性下降和數目減少[7]。因此，在當前的神經生物學研究中認為氯胺酮的快速抗抑郁作用與突觸的可塑性有著密不可分的關系。其可能涉及以下機制：①α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體(AMPAR)激活：AMPAR是大腦中負責傳遞快速興奮性神經遞質Glu的受體，是調節突觸可塑性多種信號通路的靶點。Aleksandrova等[8]研究表明，使用氯胺酮24 h后，在mPFC神經突觸小體中觀察到AMPAR表達上調，表明AMPAR在突觸中觸發后持續補充；同時，通過mPFC錐體細胞的體外電生理記錄表明，與生理鹽水處理相比，AMPA灌注可誘導氯胺酮處理的錐體細胞內向電流顯著增大，從而促進Glu傳遞。對嚙齒類動物的研究表明，腹腔注射氯胺酮后，在mPFC檢測到Glu釋放和循環產生快速而短暫的上升，進而導致AMPAR的快速激活，該特性被認為是氯胺酮快速抗抑郁作用的中轉[9]。②腦源性神經營養因子(BDNF)：BDNF是一種在中樞神經系統中調節發育、突觸生長和可塑性等的生長因子。在長期應激導致的抑郁癥患者中PFC的BDNF表達下調，而使用抗抑郁藥會使其表達上調，在mPFC內注射BDNF中和抗體可阻斷氯胺酮的抗抑郁作用[10]。Val66Met作為人類BDNF基因中發現的一種常見單核苷酸多態性(SNP)能阻斷BDNF的合成和釋放，在敲入Val66Met基因小鼠的PFC中表現出樹突長度縮短、神經突觸密度和成熟度下降[11]。③哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)：mTOR是一種絲氨酸、蘇氨酸激酶，能調節神經發生、棘突生長、蛋白翻譯起始和蛋白合成。有研究表明，腹腔注射氯胺酮30 min后，在大鼠和小鼠抑郁動物模型中可觀察到mTOR、p70S6和4E結合蛋白1(4E-BP1)磷酸化均增加，但在2 h后消失；而抑制糖原合成酶激酶3(GSK-3)磷酸化減輕了其對mTOR的抑制作用，有助于哺乳動物雷帕霉素靶點復合物1(mTORC1)信號傳導途徑的激活[12]。④其他分子細胞機制：早前有研究發現，在正常大鼠中使用NMDAR抑制劑MK-801最先抑制中間神經元的放電，待其達到平臺期后再導致錐體神經元的放電,這提示該作用是間接的，是由控制錐體神經元放電的中間神經元抑制解除所引起[13]。腹腔注射氯胺酮后對GABA能中間神經元抑制性增強導致對錐體細胞抑制降低，從而導致興奮性Glu在PFC中釋放，使其作用于突觸后的非NMDAR如AMPAR而發揮長期抗抑郁作用[14]。在健康志愿者中也觀察到，氯胺酮作用后導致PFC的整體活動增加，推測可能也是GABA能中間神經元上表達的NMDAR被優先抑制。

2 海馬

海馬是邊緣系統中一個重要的腦區，與抑郁癥患者的異常情緒調節及認知功能缺損有關。在相應的抑郁動物模型中，長期暴露于應激或壓力之下，會導致海馬的神經萎縮、膠質細胞數目減少和錐體細胞的樹突復雜性、密度降低。此外，在抑郁癥患者的腦成像中顯示其海馬體積減少，對MDD患者的尸檢發現其海馬區的神經元細胞體積和神經纖維網也減少。海馬結構的突觸可塑性被認為與應激和抗抑郁藥物的神經生物學反應相關。其可能涉及以下機制：①在海馬亞區CA3-CA1的突觸中，大多數AMPAR是由GluR2和GluR1或GluR3亞基組成的異源二聚體。在抑郁動物模型中，氯胺酮腹腔給藥3 h后在海馬中可觀察到AMPAR亞基GluA1和GluA2基因上調，而在敲除GluA2基因的小鼠海馬中不表現出AMPAR介導的突觸增強,給予氯胺酮后不表現出抗抑郁作用[15]，這進一步證實AMPAR是氯胺酮快速抗抑郁的下游突觸靶點，表明突觸可塑性和突觸增強對于氯胺酮抗抑郁作用是重要的。二羥基喹酮(NBQX)作為AMPAR的拮抗劑，在實驗前10 min腹腔預先注射，可阻斷氯胺酮的抗抑郁作用，同時在海馬可觀察到其抑制了氯胺酮誘導的GluR1表達上調[16]。②BDNF在介導海馬氯胺酮的抗抑郁過程中也發揮著重要作用。Taliaz等[17]研究表明，全身或者海馬內給予BDNF具有抗抑郁作用，而使海馬內BDNF過表達可導致慢性應激恢復。(2R,6R)-Hydroxynorketamine(HNK)作為氯胺酮的代謝產物，在給藥24 h后海馬中真核延長因子2(eEF2)磷酸化降低，而eEF2去磷酸化可解除對BDNF蛋白翻譯的抑制，從而使BDNF表達上調進而介導突觸可塑性[18]；但在eEF2敲除的小鼠海馬中未發現BDNF蛋白的上調，也不表現出抗抑郁效果。酪氨酸激酶受體B(TrkB)作為BDNF的受體，其介導的BDNF-TrkB信號通路活性下調在抑郁癥患者海馬的形態學改變中也發揮重要作用。另外，有研究表明，抗抑郁藥能增加海馬中TrkB的磷酸化，通過快速激活其信號通路進而誘導BDNF表達上調，從而發揮抗抑郁效果[19]。Ardalan等[20]研究表明，遺傳性抑郁癥的大鼠模型經氯胺酮治療后，海馬區微血管長度顯著增加，這可能為神經元活性和突觸形成起到支持作用。③其他：目前，對海馬的研究也存在去抑制假說，氯胺酮降低了對錐體神經元的抑制輸入，從而導致海馬中興奮性錐體神經元突觸的驅動增加[21]。另外，通過突觸前膜中突觸囊泡的自發融合，在靜息狀態下自發釋放Glu，導致微小的興奮性突觸后電流參與蛋白質的合成，進而發揮抗抑郁作用。

3 外側僵核(LHb)

LHb作為上丘腦的一部分，是跨物種的高度保守核團。它調節著從邊緣系統到中腦單胺能中心的信息，被認為是“反獎賞”中樞，控制著人類的大部分負面情緒。隨著對LHb的研究越來越深入，研究者們意識到LHb是抑郁癥發病機制中的一個重要腦區。在抑郁動物模型和抑郁癥患者中發現，LHb神經元的功能障礙與抑郁癥的表型有關。最近研究表明，在多種嚙齒類抑郁模型中，LHb神經元自發的簇狀放電顯著增高；而其放電依賴于NMDAR、神經元膜電位的超極化和低電位敏感的T型鈣離子通道(T-VSCCs)，同時發現在包繞于神經元之外的神經膠質細胞上的鉀離子通道(Kir4.1)高表達時導致神經元超極化，通過導管局部給氯胺酮到LHb，可以快速減輕多種抑郁癥狀如快感缺失和行為絕望等[4, 22]。這些發現從新的視角闡述了抑郁癥和氯胺酮抗抑郁作用的機制，揭示了新的快速抗抑郁作用的分子靶點。

4 伏隔核(NAc)

NAc是基底神經節的一部分，位于尾狀核和殼核之間。由于NAc是獎賞回路的一個關鍵組成部分，越來越多的證據表明其在抑郁癥的病理生理中起重要作用。與海馬萎縮不同，在抑郁癥動物模型中發現NAc的中型多棘神經元肥大、樹突長度增加，氯胺酮治療可逆轉應激誘導的NAc神經元可塑性改變。在氯胺酮治療的抑郁小鼠模型NAc中，長時程增強(LTP)水平顯著降低，其特征是對先前的高頻刺激做出持續性突觸強化反應。Abdallah等[23]采用質子磁共振波譜(1H-MRS)將MDD受試者分為基于Glu的抑郁癥(GBD)和非基于Glu的抑郁癥(n-GBD)兩組，僅在n-GBD MDD患者中發現NAc顯著增大，同時氯胺酮處理后使這種異常結構正?；淇赡艿臋C制是氯胺酮對多巴胺能神經元的直接調節，增加了NAc的細胞外多巴胺。此外，組蛋白乙?；徽J為是治療抑郁癥的潛在治療靶點，Reus等[24]對母愛剝奪的抑郁大鼠模型研究發現，在NAc觀察到組蛋白脫乙?；?HDAC)活性增加，而氯胺酮治療后可降低NAc的HDAC活性。

5 中腦腹側被蓋區(VTA)

VTA作為兩條主要多巴胺能神經通路的一部分，在大腦獎賞環路中起到核心調控作用，而抑郁癥的核心癥狀之一快感缺失與多巴胺能系統的失調相關。多巴胺參與MDD被認為與中腦邊緣多巴胺能獎賞通路相關，而獎賞通路中的VTA多巴胺能神經元在應激反應中發揮重要作用。Belujon等[25]發現，氯胺酮的部分抗抑郁作用是通過多巴胺系統發揮的，能恢復應激性抑郁模型中觀察到的突觸功能障礙，從而恢復神經網絡的完整性。光遺傳學研究表明，改變VTA多巴胺能神經元的放電模式能發揮抗抑郁作用[26]，而氯胺酮治療能促進多巴胺的釋放。在習得性無助的抑郁動物模型中發現，VTA多巴胺能神經元活性降低，氯胺酮作為非選擇性NMDAR受體拮抗劑，在給藥24 h后能增加多巴胺能神經元的活性并恢復習得性無助小鼠的逃逸行為[27]。

氯胺酮以其快速抗抑郁作用而迅速崛起成新型抗抑郁藥，而近期美國FDA批準楊森公司開發的Spravato鼻噴霧劑上市，預示著30年來首款新機制抗抑郁藥誕生。如上所述，氯胺酮的抗抑郁作用涉及多個腦區，但氯胺酮的抗抑郁機制在神經環路之間的研究猶顯不足，其作用具體機制至今尚無定論。先前的研究表明，抑制NMDAR是氯胺酮抗抑郁的主要機制，但也有研究認為氯胺酮通過其代謝產物(2R,6R)-HNK起作用，而其代謝產物并不阻斷NMDAR的功能。另外，氯胺酮雖然抗抑郁的作用迅速，但長期的抗抑郁不良反應仍有待確定。因此，目前對于氯胺酮快速抗抑郁作用機制的了解仍為“冰山一角”。未來仍需進一步從分子、細胞和環路等層面來研究以促進對抑郁癥病因的理解，為抑郁癥的治療提供新思路。