氯胺酮在不同脑区中的抗抑郁机制研究进展

肖燕，杨文，杨嘉君

(1 上海交通大学附属第六人民医院，上海200233；2 上海科技大学)

抑郁症是一种以情绪低落为主要临床表现的常见精神疾病，已成为患者学习工作失能、自杀等的主要原因。药物干预仍是抑郁症的主要治疗方法，传统的抗抑郁药起效慢、持续时间短、治愈率低，寻找快速、高效的抗抑郁药物尤为重要。氯胺酮是一种N-甲基-D-天门冬胺酸受体(NMDAR)阻断剂，最早作为静脉麻醉剂应用于临床。NMDAR是4个亚基组成的谷氨酸(Glu)离子型通道受体，主要以异源四聚体形式存在，其中包含2个GluN1亚基和2个GluN2亚基或GluN2/3亚基的混合物。2000年，Berman等[1]首次予以重度抑郁症(MDD)患者静脉注射氯胺酮，发现抑郁症状在数小时之内开始减轻，且持续3 d仍有效。目前，已有多个临床试验研究重复出氯胺酮在MDD和双相抑郁症中的快速抗抑郁作用[2,3]；同时，一系列文献从分子细胞、突触发生和神经环路等层面表明，氯胺酮在抑郁症患者和抑郁动物模型中都表现出快速抗抑郁的作用，使其被认为是近半个世纪以来抑郁症研究领域最重要的发现[3,4]。现就氯胺酮在不同脑区中的抗抑郁作用机制综述如下。

1 氯胺酮在前额叶皮层(PFC)中的抗抑郁机制

PFC是位于大脑前部的皮质结构，是最晚发育的皮质结构之一。其与其他脑区的纤维连接非常复杂，功能繁多，主要负责高级认知功能(记忆、计划、执行任务等)。Khlestova等[5]研究报道，氯胺酮对NMDAR的GluN2C亚基有着较高亲和力，而这些亚基在PFC的中间神经元中分布较多，使PFC成为人们感兴趣的重要区域之一。

在MDD患者中，通过脑成像可以观察到控制情感、情绪和认知的大脑皮层如腹内侧PFC(mPFC)和边缘区域的体积减少。此外，对MDD患者进行尸检，在组织病理学层面发现其PFC的不同区域出现皮层厚度、神经元大小、神经胶质细胞的数目和大小不同程度的减少。这有助于进一步支持先前神经影像学的发现，但并不能直接表明在MDD患者中存在突触受损。通过电子显微镜和微阵列基因谱学揭示，MDD患者在背外侧PFC中突触数目减少、转录抑制因子(GATA1)表达上调以及突触功能相关基因下调，证实其确实存在突触受损[6]。另外，也有研究发现，在慢性不可预见性应激(CUS)模型中，PFC神经元突触功能活性下降和数目减少[7]。因此，在当前的神经生物学研究中认为氯胺酮的快速抗抑郁作用与突触的可塑性有着密不可分的关系。其可能涉及以下机制：①α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体(AMPAR)激活：AMPAR是大脑中负责传递快速兴奋性神经递质Glu的受体，是调节突触可塑性多种信号通路的靶点。Aleksandrova等[8]研究表明，使用氯胺酮24 h后，在mPFC神经突触小体中观察到AMPAR表达上调，表明AMPAR在突触中触发后持续补充；同时，通过mPFC锥体细胞的体外电生理记录表明，与生理盐水处理相比，AMPA灌注可诱导氯胺酮处理的锥体细胞内向电流显著增大，从而促进Glu传递。对啮齿类动物的研究表明，腹腔注射氯胺酮后，在mPFC检测到Glu释放和循环产生快速而短暂的上升，进而导致AMPAR的快速激活，该特性被认为是氯胺酮快速抗抑郁作用的中转[9]。②脑源性神经营养因子(BDNF)：BDNF是一种在中枢神经系统中调节发育、突触生长和可塑性等的生长因子。在长期应激导致的抑郁症患者中PFC的BDNF表达下调，而使用抗抑郁药会使其表达上调，在mPFC内注射BDNF中和抗体可阻断氯胺酮的抗抑郁作用[10]。Val66Met作为人类BDNF基因中发现的一种常见单核苷酸多态性(SNP)能阻断BDNF的合成和释放，在敲入Val66Met基因小鼠的PFC中表现出树突长度缩短、神经突触密度和成熟度下降[11]。③哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)：mTOR是一种丝氨酸、苏氨酸激酶，能调节神经发生、棘突生长、蛋白翻译起始和蛋白合成。有研究表明，腹腔注射氯胺酮30 min后，在大鼠和小鼠抑郁动物模型中可观察到mTOR、p70S6和4E结合蛋白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)磷酸化减轻了其对mTOR的抑制作用，有助于哺乳动物雷帕霉素靶点复合物1(mTORC1)信号传导途径的激活[12]。④其他分子细胞机制：早前有研究发现，在正常大鼠中使用NMDAR抑制剂MK-801最先抑制中间神经元的放电，待其达到平台期后再导致锥体神经元的放电,这提示该作用是间接的，是由控制锥体神经元放电的中间神经元抑制解除所引起[13]。腹腔注射氯胺酮后对GABA能中间神经元抑制性增强导致对锥体细胞抑制降低，从而导致兴奋性Glu在PFC中释放，使其作用于突触后的非NMDAR如AMPAR而发挥长期抗抑郁作用[14]。在健康志愿者中也观察到，氯胺酮作用后导致PFC的整体活动增加，推测可能也是GABA能中间神经元上表达的NMDAR被优先抑制。

2 海马

海马是边缘系统中一个重要的脑区，与抑郁症患者的异常情绪调节及认知功能缺损有关。在相应的抑郁动物模型中，长期暴露于应激或压力之下，会导致海马的神经萎缩、胶质细胞数目减少和锥体细胞的树突复杂性、密度降低。此外，在抑郁症患者的脑成像中显示其海马体积减少，对MDD患者的尸检发现其海马区的神经元细胞体积和神经纤维网也减少。海马结构的突触可塑性被认为与应激和抗抑郁药物的神经生物学反应相关。其可能涉及以下机制：①在海马亚区CA3-CA1的突触中，大多数AMPAR是由GluR2和GluR1或GluR3亚基组成的异源二聚体。在抑郁动物模型中，氯胺酮腹腔给药3 h后在海马中可观察到AMPAR亚基GluA1和GluA2基因上调，而在敲除GluA2基因的小鼠海马中不表现出AMPAR介导的突触增强,给予氯胺酮后不表现出抗抑郁作用[15]，这进一步证实AMPAR是氯胺酮快速抗抑郁的下游突触靶点，表明突触可塑性和突触增强对于氯胺酮抗抑郁作用是重要的。二羟基喹酮(NBQX)作为AMPAR的拮抗剂，在实验前10 min腹腔预先注射，可阻断氯胺酮的抗抑郁作用，同时在海马可观察到其抑制了氯胺酮诱导的GluR1表达上调[16]。②BDNF在介导海马氯胺酮的抗抑郁过程中也发挥着重要作用。Taliaz等[17]研究表明，全身或者海马内给予BDNF具有抗抑郁作用，而使海马内BDNF过表达可导致慢性应激恢复。(2R,6R)-Hydroxynorketamine(HNK)作为氯胺酮的代谢产物，在给药24 h后海马中真核延长因子2(eEF2)磷酸化降低，而eEF2去磷酸化可解除对BDNF蛋白翻译的抑制，从而使BDNF表达上调进而介导突触可塑性[18]；但在eEF2敲除的小鼠海马中未发现BDNF蛋白的上调，也不表现出抗抑郁效果。酪氨酸激酶受体B(TrkB)作为BDNF的受体，其介导的BDNF-TrkB信号通路活性下调在抑郁症患者海马的形态学改变中也发挥重要作用。另外，有研究表明，抗抑郁药能增加海马中TrkB的磷酸化，通过快速激活其信号通路进而诱导BDNF表达上调，从而发挥抗抑郁效果[19]。Ardalan等[20]研究表明，遗传性抑郁症的大鼠模型经氯胺酮治疗后，海马区微血管长度显著增加，这可能为神经元活性和突触形成起到支持作用。③其他：目前，对海马的研究也存在去抑制假说，氯胺酮降低了对锥体神经元的抑制输入，从而导致海马中兴奋性锥体神经元突触的驱动增加[21]。另外，通过突触前膜中突触囊泡的自发融合，在静息状态下自发释放Glu，导致微小的兴奋性突触后电流参与蛋白质的合成，进而发挥抗抑郁作用。

3 外侧僵核(LHb)

LHb作为上丘脑的一部分，是跨物种的高度保守核团。它调节着从边缘系统到中脑单胺能中心的信息，被认为是“反奖赏”中枢，控制着人类的大部分负面情绪。随着对LHb的研究越来越深入，研究者们意识到LHb是抑郁症发病机制中的一个重要脑区。在抑郁动物模型和抑郁症患者中发现，LHb神经元的功能障碍与抑郁症的表型有关。最近研究表明，在多种啮齿类抑郁模型中，LHb神经元自发的簇状放电显著增高；而其放电依赖于NMDAR、神经元膜电位的超极化和低电位敏感的T型钙离子通道(T-VSCCs)，同时发现在包绕于神经元之外的神经胶质细胞上的钾离子通道(Kir4.1)高表达时导致神经元超极化，通过导管局部给氯胺酮到LHb，可以快速减轻多种抑郁症状如快感缺失和行为绝望等[4, 22]。这些发现从新的视角阐述了抑郁症和氯胺酮抗抑郁作用的机制，揭示了新的快速抗抑郁作用的分子靶点。

4 伏隔核(NAc)

NAc是基底神经节的一部分，位于尾状核和壳核之间。由于NAc是奖赏回路的一个关键组成部分，越来越多的证据表明其在抑郁症的病理生理中起重要作用。与海马萎缩不同，在抑郁症动物模型中发现NAc的中型多棘神经元肥大、树突长度增加，氯胺酮治疗可逆转应激诱导的NAc神经元可塑性改变。在氯胺酮治疗的抑郁小鼠模型NAc中，长时程增强(LTP)水平显著降低，其特征是对先前的高频刺激做出持续性突触强化反应。Abdallah等[23]采用质子磁共振波谱(1H-MRS)将MDD受试者分为基于Glu的抑郁症(GBD)和非基于Glu的抑郁症(n-GBD)两组，仅在n-GBD MDD患者中发现NAc显著增大，同时氯胺酮处理后使这种异常结构正常化，其可能的机制是氯胺酮对多巴胺能神经元的直接调节，增加了NAc的细胞外多巴胺。此外，组蛋白乙酰化被认为是治疗抑郁症的潜在治疗靶点，Reus等[24]对母爱剥夺的抑郁大鼠模型研究发现，在NAc观察到组蛋白脱乙酰化(HDAC)活性增加，而氯胺酮治疗后可降低NAc的HDAC活性。

5 中脑腹侧被盖区(VTA)

VTA作为两条主要多巴胺能神经通路的一部分，在大脑奖赏环路中起到核心调控作用，而抑郁症的核心症状之一快感缺失与多巴胺能系统的失调相关。多巴胺参与MDD被认为与中脑边缘多巴胺能奖赏通路相关，而奖赏通路中的VTA多巴胺能神经元在应激反应中发挥重要作用。Belujon等[25]发现，氯胺酮的部分抗抑郁作用是通过多巴胺系统发挥的，能恢复应激性抑郁模型中观察到的突触功能障碍，从而恢复神经网络的完整性。光遗传学研究表明，改变VTA多巴胺能神经元的放电模式能发挥抗抑郁作用[26]，而氯胺酮治疗能促进多巴胺的释放。在习得性无助的抑郁动物模型中发现，VTA多巴胺能神经元活性降低，氯胺酮作为非选择性NMDAR受体拮抗剂，在给药24 h后能增加多巴胺能神经元的活性并恢复习得性无助小鼠的逃逸行为[27]。

氯胺酮以其快速抗抑郁作用而迅速崛起成新型抗抑郁药，而近期美国FDA批准杨森公司开发的Spravato鼻喷雾剂上市，预示着30年来首款新机制抗抑郁药诞生。如上所述，氯胺酮的抗抑郁作用涉及多个脑区，但氯胺酮的抗抑郁机制在神经环路之间的研究犹显不足，其作用具体机制至今尚无定论。先前的研究表明，抑制NMDAR是氯胺酮抗抑郁的主要机制，但也有研究认为氯胺酮通过其代谢产物(2R,6R)-HNK起作用，而其代谢产物并不阻断NMDAR的功能。另外，氯胺酮虽然抗抑郁的作用迅速，但长期的抗抑郁不良反应仍有待确定。因此，目前对于氯胺酮快速抗抑郁作用机制的了解仍为“冰山一角”。未来仍需进一步从分子、细胞和环路等层面来研究以促进对抑郁症病因的理解，为抑郁症的治疗提供新思路。