抑郁癥被證明是一種精神類疾病，全球已有3億多名患者。臨床研究中，氯胺酮可快速有效緩解抑郁病患者癥狀，已成為研究抗抑郁新藥的“明星分子”。在抑郁癥患者大腦中，氯胺酮如何與看不見(jiàn)的病魔“纏斗”?神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家從分子層面找到了答案，該基礎(chǔ)研究成果將引領(lǐng)我國(guó)新型抗抑郁新藥的研發(fā)。

7月28日23時(shí)，《自然》期刊在線發(fā)表題為《氯胺酮作用于人源NMDA受體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》的研究論文。研究通過(guò)冷凍電鏡解析了NMDA受體結(jié)合快速抗抑郁藥氯胺酮的三維結(jié)構(gòu)，確定了氯胺酮在NMDA受體上的結(jié)合位點(diǎn)，并進(jìn)一步通過(guò)電生理功能實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬，闡明了氯胺酮與NMDA受體結(jié)合的分子基礎(chǔ)。

研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海腦科學(xué)與類腦研究中心竺淑佳研究組與中科院上海藥物研究所羅成研究組合作完成。

記者了解到，在針對(duì)抑郁癥研究中，單胺能理論和谷氨酸能理論兩大理論主導(dǎo)臨床藥物研發(fā)。其中單胺能理論下的傳統(tǒng)抗抑郁藥需要持續(xù)用藥數(shù)周甚至數(shù)月后才能起效，并且對(duì)三分之一的難治性抑郁癥患者沒(méi)有治療效果。

2019年3月，一種名為氯胺酮的新藥作為30年來(lái)首個(gè)靶向谷氨酸能理論抗抑郁藥獲批。相比傳統(tǒng)的抗抑郁藥物，該藥能夠快速有效緩解抑郁癥一系列癥狀，氯胺酮成為抗抑郁領(lǐng)域新藥研發(fā)的“明星分子”。專家介紹，一劑亞麻醉劑量的用藥幾小時(shí)內(nèi)就能顯著改善患者的情緒低落，自我評(píng)價(jià)低等負(fù)面癥狀，甚至減弱患者自殺意念，尤其對(duì)難治性抑郁癥有治療效果。

那么在對(duì)抗抑郁病過(guò)程中，氯胺酮與大腦之間到底發(fā)生了什么?

針對(duì)氯胺酮作用在哪個(gè)腦區(qū)、環(huán)路以及突觸，科學(xué)家提出過(guò)各種各樣的假說(shuō)。據(jù)竺淑佳介紹，阿爾茲海默癥、抑郁癥、精神分裂癥等神經(jīng)疾病與一類興奮性谷氨酸受體——NMDA受體密切相關(guān)。“在原子層面，氯胺酮是如何與NMDA受體結(jié)合，有哪些氨基酸參與，一直懸而未決。” 竺淑佳說(shuō)到。

另一方面，氯胺酮并不是完美的抗抑郁藥物。它會(huì)造成分離性幻覺(jué)、成癮等副作用，極大地限制了它的臨床應(yīng)用。竺淑佳表示，解析氯胺酮在NMDA受體上的結(jié)合位點(diǎn)，并闡明氯胺酮與NMDA受體之間如何相互作用，對(duì)基于氯胺酮/NMDA受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型抗抑郁藥的研究具有重要意義。

研究中，竺淑佳團(tuán)隊(duì)聚焦在成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)表達(dá)最豐富的兩種亞型GluN1-GluN2A和GluN1-GluN2B NMDA受體上，前期利用真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了大量蛋白表達(dá)與純化的條件摸索。在得到穩(wěn)定的NMDA受體蛋白后，團(tuán)隊(duì)結(jié)合冷凍電鏡技術(shù)解析了氯胺酮結(jié)合的人源GluN1-GluN2A和GluN1-GluN2B亞型NMDA受體的三維結(jié)構(gòu)。在NMDA受體的跨膜區(qū)發(fā)現(xiàn)了氯胺酮的電子云密度圖，進(jìn)而確認(rèn)了氯胺酮的結(jié)合位點(diǎn)在離子通道的門控與選擇性過(guò)濾器中間的空腔內(nèi)?？涨豁敳亢偷撞糠謩e由極性氨基酸蘇氨酸和天冬酰胺組成，空腔中部由疏水氨基酸頡氨酸和亮氨酸組成。

竺淑佳團(tuán)隊(duì)通過(guò)點(diǎn)突變篩選及電生理實(shí)驗(yàn)鑒定了GluN1-N616及GluN2A-L642(同源GluN2B-L643)這兩個(gè)關(guān)鍵氨基酸是參與氯胺酮結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸。這兩個(gè)位點(diǎn)的突變會(huì)顯著影響氯胺酮抑制NMDA受體通道活性的效力，有力地證明了這兩個(gè)關(guān)鍵氨基酸在氯胺酮抑制通道活性過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

為了進(jìn)一步解析受體與氯胺酮之間的相互作用，合作團(tuán)隊(duì)藥物所羅成研究組進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)GluN2A-L642對(duì)氯胺酮結(jié)合能的貢獻(xiàn)最大，其疏水側(cè)鏈可與氯胺酮形成疏水作用，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了GluN1-N616會(huì)與氯胺酮形成氫鍵作用。

該研究通過(guò)電鏡“看到”并確認(rèn)了氯胺酮在NMDA受體上的結(jié)合位點(diǎn)，并揭示了GluN1-N616的氫鍵作用和GluN2A-L642的疏水作用，在氯胺酮穩(wěn)定結(jié)合在NMDA受體的通道空腔內(nèi)并阻斷通道的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。研究還進(jìn)一步探討了手性異構(gòu)體R-氯胺酮和S-氯胺酮在結(jié)合和分子機(jī)制上的相同點(diǎn)和差異點(diǎn)。這一系列發(fā)現(xiàn)為基于NMDA受體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型抗抑郁藥的研發(fā)提供了重要基礎(chǔ)。(侯樹(shù)文 記者 王春)

關(guān)鍵詞： 抗抑郁藥 氯胺酮 神經(jīng)科學(xué) 抑郁癥