上海科学家如何发现氯胺酮抗抑郁机制关键靶点

 

·“氯胺酮抗抑郁的机制不同于传统药物，但具体是什么还不太清楚。如果能知道这个机制的话，尤其如果能够将氯胺酮的抗抑郁机制和副作用机制分离开的话，就有可能根据它来开发具有抗抑郁活性，且副作用更小的药物。我们的研究告诉大家，它的抗抑郁效果是通过GluN2A这种受体来的，而且这种受体并不介导氯胺酮的副作用效果。”

近日，来自中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心的陈椰林团队在《自然·神经科学》杂志上发表了《GluN2A受体介导由氯胺酮引起的快速类抗抑郁反应》一文，引起广泛关注。该文确定了小鼠模型中的氯胺酮抗抑郁机制依赖一种谷氨酸受体亚型GluN2A，并将这一机制与氯胺酮所导致的致幻等副作用的机制区分开来。这项里程碑式的发现有望帮助人们开发见效快、持续时间长、副作用更小的抗抑郁药物。

陈椰林团队（三排右二是陈椰林）。采访对象供图

自1960年代问世以来，氯胺酮（Ketamine）不仅是临床上广泛使用的麻醉剂，也因使用后会使人产生身心分离的幻觉而成为风靡欧美的毒品（俗称“K粉”）。在上世纪70年代已经有研究者注意到有患者私自使用氯胺酮来缓解传统药物无法奏效的严重抑郁。为研究氯胺酮的抗抑郁效果，各种动物实验相继展开。从2000年开始，大量研究确认了氯胺酮的抗抑郁效果。

然而人们还并不了解氯胺酮抗抑郁的机制。1983年，研究者发现氯胺酮是一种叫做NMDAR的谷氨酸受体拮抗剂，但对于氯胺酮抗抑郁机制是否与此有关一直众说纷纭。陈椰林团队所发表的文章在小鼠模型上解决了这一问题。

“现在神经科学和生物学对抑郁症的理解非常少，都是假说，没有统一的机理。对于那种很严格的靶点其实没有很好的发现。”上海交通大学医学院松江研究院研究员仇子龙评论道，“因此这项研究非常重要，也很有新意。”

这篇论文是一项长达8年的研究项目的成果。近日，澎湃科技记者为此专访陈椰林，请他详细介绍这项研究的背景和过程，以及之后的研究方向和应用前景。

【对话】

澎湃科技：能否介绍一下氯胺酮作为一种抗抑郁药物出现的背景和它的特点？

陈椰林（中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心研究员）：抑郁症是一种需要治疗的疾病，而当前主流的治疗方法之一是选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs），如百忧解（Prozac）等。然而，这些药物存在一些共同问题，包括缓慢的起效时间、试错成本高、副作用严重以及无法缓解自杀倾向。

针对抑郁症的治疗，主要是通过调节大脑中的神经递质来实现的，其中5-羟色胺是一个重要的靶点。传统的药物治疗需要数周的时间才能显示出效果，这意味着患者需要长时间坚持药物治疗，而且还存在试错的可能性。即使患者继续服用药物，也不能保证治疗一定有效，因为有1/3的患者甚至尝试多种不同的药物也不能得到有效治疗。

抑郁症的一个严重后果是自杀。在一些情况下，患者可能感到生活毫无希望，失去了对一切的兴趣，甚至认为自杀是一种解脱。在治疗难度较大的抑郁症患者中，有1/3可能发展成治疗难治性抑郁症（Treatment Resistant Depression，TRD），这是说传统治疗手段对他们是无效的。

在这个背景下，2019年，美国批准了一种名为"S氯胺酮"（S-ketamine）的快速抗抑郁药物，它可以在三到四个小时内显现抗抑郁效果，而且以鼻喷剂的形式使用，这使得患者的治疗体验更为方便。中国也在近期批准了S氯胺酮的使用。

S氯胺酮实际上是氯胺酮的一种手性分子，具体是右旋氯胺酮。氯胺酮是一种几十年前就已经存在的麻醉药物，但在过去的几年里，研究表明氯胺酮可以迅速缓解抑郁症症状，特别是对于TRD患者，一次注射就可以维持一周之久的效果。更为重要的是，它能够缓解自杀倾向，这是传统治疗方法难以实现的目标之一。

然而，尽管S氯胺酮听起来似乎具有巨大的潜力，但它仍然存在一些问题。这种药物并没有经过优化，因此副作用相当严重。其中包括致幻倾向、精神分离的刺激效应以及成瘾性。因此，尽管在医院中使用氯胺酮作为治疗TRD的工具是合理的，之前医生也会对它进行off label use（标识外使用），但它不能被随意作为商品销售。即便是这种新上市的鼻喷剂，也需要在医院里使用完，观察两三个小时才能走。这些副作用导致了目前氯胺酮只能是治疗抑郁症的二线用药。

澎湃科技：能否介绍一下你的这项研究的背景以及开始的契机？为什么你们选择这个受体？

陈椰林：现在大家都知道氯胺酮抗抑郁的机制不同于传统药物，但具体是什么还不太清楚。如果能知道这个机制的话，尤其如果能够将氯胺酮的抗抑郁机制和副作用机制分离开的话，就有可能根据它来开发具有抗抑郁活性，且副作用更小的药物。我们这篇文章就告诉大家，它的抗抑郁效果是通过GluN2A这种受体来的，而且这种受体并不介导氯胺酮的副作用效果。

谷氨酸受体是神经突触里的一种结构。神经突触将上一级神经元产生的电信号转换到化学信号释放出来，再将这个化学信号在下一级神经元上转为电信号，这就是神经细胞之间进行信号传递的方式，是人脑的功能基础。谷氨酸就是这里面的化学信号，是最多的兴奋型递质，而谷氨酸受体被其激活，再将化学信号变成电信号。谷氨酸受体是一个很大的家族，这里面有一个小的家族叫做NMDA型受体（NMDAR），里面又分几个不同的亚型，包括GluN2A，GluN2B，GluN2C等等。

之前的研究发现氯胺酮会抑制所有NMDA型受体，但具体是哪个亚型并不清楚。原来学界主要研究GluN2B这个亚型，并生产出针对这个靶点的选择性抑制剂，但临床效果并不好。

在这个背景下我们开展了这个研究，一开始我们只是想搞清楚GluN2A与氯胺酮抗抑郁机制的关系。GluN2A是NMDAR中最重要的一个亚型，而且我们在前期实验中发现它是有活性的，于是我们一开始就选择它。

选择GluN2A在我们看来是很自然的事，因为GluN2B的效果不好，而重要的GluN2A还没有被检验，这是学界都知道的事。但是GluN2B已经有选择性抑制剂面市，可以用于研究。GluN2A并没有性能够好的选择性抑制剂，必须要使用基因敲除这种遗传学方式才能研究。与选择性抑制剂相比，基因敲除的工作量极大，花费很高。我的三个学生做了6年多才投稿，投稿又花了2年时间。

澎湃科技：你们具体是如何开展这项研究的？又是如何得出这个结论的？

陈椰林：我们是通过对比敲除掉GluN2A的小鼠与正常小鼠对氯胺酮的不同反应来证明GluN2A是抗抑郁机制的关键受体亚型的。具体来说，首先我们发现没有这一受体亚型的小鼠会直接表现出抗抑郁的特性，而氯胺酮以及其它类似药物的抗抑郁机制相应地不起作用了。这说明氯胺酮需要有GluN2A存在才能有抗抑郁活性。其次，我们意外发现在基因敲除小鼠身上使用氯胺酮后，其致幻等副作用还在，这就说明副作用机制不依赖GluN2A，这样一来这两种机制就被证明是分离的。

为了产生对照组，需要培育基因敲除的小鼠，这个过程周期长，工作量大。我给大家举个例子。在通过基因工程获得全局敲除（Global Knocked-Out）的小鼠之后，我们要将其与野生型（Wild Type）小鼠进行比较，但他们必须是同窝的后代。这就需要使用杂合子敲除小鼠进行繁育，再在他们的后代中进行比较。在他们的后代中只有1/4是野生型，还有1/4是敲除老鼠，这些是能用的。然后我们只从其中挑选雄鼠进行试验。也就是一窝小鼠中只有1/4可用。其次，小鼠要培育到12周以上才能进行行为学的实验，来判断小鼠是否具有抑郁症行为。这个周期非常长。这个过程要不断重复，以保证我们研究框架中的各种变量得到探讨，因此极其耗时耗钱耗力。

澎湃科技：学术领域对这项研究成果的看法如何？你认为下一步的研究方向会是什么？

陈椰林：《自然》杂志的审稿人认为这项研究很重要也很彻底。重要在于这项研究发现了氯胺酮的抗抑郁机制确实与NMDAR有关，并指出了具体的亚型受体GluN2A；彻底在于，我们的论证方式非常有力且完整。

我们的研究纠正了以前的一些猜想，也提出了新的可能性。比如说，原先大家认为GluN2B是介导氯胺酮抗抑郁机制的受体，虽然后来有研究发现其选择性抑制剂在人身上效果不佳，但在小鼠身上却能展现抗抑郁活性，这在很长一段时间里给研究者带来困惑。而我们的研究发现，小鼠身上通过GluN2B抑制剂展现的抗抑郁活性，与我们敲除GluN2A基因所得到活性在机制上来讲是完全不同的。这意味着它们虽然都表现出抗抑郁效果，但它们介导的机制可能不是同一个。这些都需要进一步的研究，有助于我们进一步理解氯胺酮的抗抑郁效果。

澎湃科技：这项研究成功分离了氯胺酮的抗抑郁机制和副作用机制，为新药物的研发带来希望。能否介绍一下你们在这方面的工作？

陈椰林：6年前，也就是这项研究开始的2年后，我们已经在筛选针对GluN2A靶点的小分子抑制剂，也已经得到了一批化合物。目前我们发现这些化合物在动物身上具有抗抑郁的活性，但是没有氯胺酮的几个常见副作用。这也就有力的印证了我们理论的正确性。下一步我们希望能够将这些化合物推向临床实验，研究它们在人类身上的效果是否也像预测的一样优秀。

参考文献：

https://www.nature.com/articles/s41593-023-01436-y