Nature：氯胺酮通过 NMDAR 捕获在 LHb 中的持续抗抑郁作用

原文题目:Sustained antidepressant effect of ketamine through NMDAR trapping in the LHb

通讯作者：Hailan Hu

隶属单位：浙江大学医学院第四附属医院精神科与国际医学研究所

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06624-1

氯胺酮的两个特点是其快速起效和持续的活性，使其具有吸引力。在抑郁症患者中，单次静脉输注亚麻醉剂量的氯胺酮可产生抗抑郁药和抗自杀反应，最快可达1小时，效果可持续数天。关于氯胺酮的快速起效，在了解其作用机制方面取得了很大进展。一项研究表明，氯胺酮可立即阻断 LHb 中 NMDAR 依赖性的爆发活性，多种抑郁症动物模型中的标志性神经活动。LHb作为大脑的反奖励中枢，抑制下游的胺能奖励中枢在抑郁状态下过度活跃。因此，氯胺酮快速阻断LHb中的爆发放电可以潜在地抑制下游多巴胺能和5-羟色胺能神经元，从而快速改善情绪。    

图1：单次注射氯胺酮可引起持续的抗抑郁作用，并延长对LHb爆发活性的抑制。

与氯胺酮的快速作用相比，其持续抗抑郁作用的机制知之甚少。氯胺酮在人体中的消除半衰期仅为约3小时，在小鼠中13分钟，但它的抗抑郁活性在人类中可以持续 3-14 天，在抑郁症小鼠模型中至少持续24小时。这一结果与氯胺酮的麻醉作用形成鲜明对比，氯胺酮在几个小时内迅速消失，以及其他经典抗抑郁药，这些药需要每天摄入以维持有效的血液浓度。因此，由于持续的疗效将减少重复给药和不必要的副作用，因此氯胺酮的抗抑郁作用如何能够比其血浆消除更持久，这不仅是一个有趣的基本生物学问题，而且具有重要的临床意义。    

以前，氯胺酮的持续影响归因于长期的可塑性机制，尤其是新脊柱的形成或氯胺酮代谢物（2 R，6R）-羟基去甲氯胺酮。然而，氯胺酮诱导的小鼠脊柱生长直到治疗后12小时才能检测到，（2 R，6R）-羟基去甲氯胺酮的半衰期小于30分钟，比氯胺酮长不了多少。同时，尚未探索一种涉及直接阻断NMDAR的更简单的机制。对于这种直接阻断机制，要回答的关键问题是，在大脑中氯胺酮消除后，NMDAR的阻断是否继续存在。如果是，那么下一个要解决的问题是如何实现这种长期封锁，以及它是否有助于氯胺酮的持续抗抑郁作用。在目前的研究中，基于氯胺酮在LHb中快速作用的知识，研究人员使用体外和体内电生理记录来研究NMDARs的持续阻断和LHb中的爆发放电是否可能为该药物的持续抗抑郁作用提供基础。    

图2：在CRS小鼠中单次注射氯胺酮可延长LHb中NMDAR电流的抑制。

在目前的工作中，研究人员研究了氯胺酮的持续抗抑郁功效是否是其特定药效学的直接结果。研究人员证明，即使氯胺酮浓度在血浆和大脑中迅速衰减，并低于 IC50在30分钟内，氯胺酮继续阻断NMDARs并抑制小鼠LHb中的爆发发射长达24小时。氯胺酮对NMDARs的持续抑制不是由于内吞作用，可以被神经活动取代。通过在氯胺酮治疗后的不同时间点激活LH-LHb回路，研究人员能够缩短或延长氯胺酮的抗抑郁作用（图5）。这些发现支持了一个假设，即LHb区域内NMDARs的长期阻断介导了该药物的持续抗抑郁作用，至少在24小时内。超过24小时的时间点，神经可塑性和其他次要机制可能在更长的时间尺度上解释持续的影响。然而，研究人员的研究说明了一种情况，即通过体内生理参数延长到长时间的生物物理通道阻断机制可以解释重要的治疗功能。    

在分子水平上，值得注意的是，单剂量氯胺酮阻断NMDAR通道长达24小时。该持续时间比其报告的解离时间（5-13 秒）长几个数量级，在恒定存在饱和量激动剂（10μM甘氨酸，10μNMDA）的情况下，在解离细胞中的稳态NMDAR中体外测量。然而，在生理突触环境中，在单次刺激后，突触后 NMDAR 仅短暂暴露于谷氨酸 1-2 ms，通道打开持续时间小于 10 ms。此外，在没有刺激的情况下，NMDARs在突触中的内在开放概率可以忽略不计（Po= 0.04）。因此，在体内低水平的神经活动下，被捕获的氯胺酮不能有效地从NMDAR中释放出来是合理的。另一个可能导致氯胺酮在体内作用时间延长的因素是延迟扩散。与具有基于转运蛋白的清除机制的递质不同，氯胺酮在释放并扩散出突触间隙或细胞外空间时，可以多次与未结合的 NMDAR 重新结合，星形胶质细胞的末端足紧紧包裹在神经元周围。鉴于美金刚和氯胺酮之间的洗脱实验获得的不同结果，这种横向扩散似乎不太可能是氯胺酮持续作用的主要解释，但可能有助于延长其作用时间。由于上述因素，表观 k关闭氯胺酮在体内的含量可能比以前测量的溶液内K要长得多关闭值。因此，一旦结合，大量的氯胺酮就会被捕获，将其与代谢降解隔离开来，并维持其抗抑郁作用。    

图4：神经活动从NMDAR中解脱氯胺酮。

目前，关于氯胺酮的抗抑郁作用是否完全由NMDAR介导，存在激烈的争论。反对基于NMDAR的机制的一个主要论点是，与氯胺酮不同，许多其他NMDAR抑制剂未能显示出可比的临床疗效。然而，这一概念受到最近一项 3 期临床试验的直接挑战，该试验表明，AXS-05（另一种毛孔捕获型 NMDAR 抑制剂）与一种减缓其代谢的化合物联合使用，可有效改善抑郁症患者的病情。AXS-05的成功表明，其他NMDAR拮抗剂失败的根本原因不是靶标，而是化合物本身的性质。不同的NMDAR抑制剂具有不同的抑制机制（例如，与孔隙捕获相比，竞争性结合或变构结合）、药代动力学和药效学。如本研究所示，即使是与氯胺酮具有相似的捕获机制和相似的结合亲和力但具有更快 k 的 NMDAR 抑制剂关闭—美金刚—抗抑郁效果可能不太理想，持续时间较差。这些结果表明，氯胺酮独特的药学特性对其抗抑郁作用至关重要，优化这些特性是开发新型抗抑郁药治疗的一个有前途的新方向。    

图5：在不同环境氯胺酮水平下LHb输入途径的激活双向调节氯胺酮的持续抗抑郁作用。

研究人员的发现有几个直接的临床意义。首先，在LHb中局部施用氯胺酮比全身施用产生更持久的抗抑郁作用，后者在小鼠中为7天。大鼠7天。这种效应可以解释为，通过局部靶向LHb区域，研究人员能够以更高的浓度（例如在毫摩尔范围内）施用氯胺酮，这确保了更大比例的NMDARs被阻断，因此，NMDAR抑制的持续时间更长。由于氯胺酮对外周器官的众所周知的副作用，这种高局部浓度无法通过全身给药来实现。在临床上，LHb 的局部给药可能通过脂质体递送结合聚焦超声来实现或在该区域的深部脑刺激方案之前。其次，研究人员的数据表明氯胺酮治疗的有效持续时间取决于局部神经活动的调节和干扰。也就是说，在低环境氯胺酮水平下激活LHb会缩短其抗抑郁作用，而在高环境氯胺酮水平下激活LHb会延长这些作用。由于厌恶刺激在生理条件下能有效激活LHb，这些数据表明了两种有吸引力的、可临床测试的策略来延长氯胺酮的疗效。一种是在抑郁发作期间应用氯胺酮，或在氯胺酮给药期间通过中度厌恶刺激（如噪音）激活 LHb或其他急性应激源，打开更多的 LHb NMDAR 以捕获更多的氯胺酮。另一种策略是尽量减少氯胺酮治疗后的负面情绪发作，以减缓氯胺酮的释放。    

原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06624-1

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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