抗抑郁药为何见效快？Gould团队揭示氯胺酮代谢物HNK作用机制

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2025年3月17日，马里兰大学医学院精神病学系Todd D. Gould团队在Neuropsychopharmacology发表“Rapid hippocampal synaptic potentiation induced by ketamine metabolite (2R,6R)-hydroxynorketamine persistently primes synaptic plasticity”，揭示了由氯胺酮代谢物（2R,6R）-羟基去甲氯胺酮诱导的快速海马突触增强作用能够持续性地促进突触可塑性。

药理学活性的（R,S）-氯胺酮（氯胺酮）代谢物（2R,6R）-羟基去甲氯胺酮（HNK）具有氯胺酮的临床前抗抑郁特性且没有副作用。为了区分HNK快速作用与持续作用中涉及的生理机制，作者结合细胞外电生理学和药理学方法，在体外海马切片孵育发现HNK在Schaffer侧支-CA1（SC-CA1）突触诱导的快速突触增强作用；2) 在体内给药后数小时维持增强NMDAR激活依赖性长时程增强（LTP）的priming活性。利用这一模型揭示了HNK时间敏感性抗抑郁相关突触作用的新机制，发现HNK诱导的突触增强作用不需要NMDAR活性，但NMDAR活性对于维持突触priming是必要的。HNK需要蛋白激酶A（PKA）活性来快速增强SC-CA1神经传递，以促进能够持久促进LTP形成的突触priming。HNK的快速作用被腺苷酸环化酶1（AC1）抑制剂阻断，而AC5抑制剂则无效。总之，HNK快速增强SC-CA1突触效能，进而刺激能够持续促进可塑性的priming机制，针对这些priming机制可能是一种有效的抗抑郁策略。

图一 (2R,6R)-HNK迅速增强突触效能，并持续引发突触元可塑性

作者评估了浴液中应用HNK对海马SC-CA1突触效能的影响。使用了10 µM的浓度，这一浓度类似于在给予10 mg/kg剂量后数分钟内在海马中检测到的水平。已有研究表明，该浓度能够在体外快速增强SC-CA1突触效能，同时伴随一种不依赖NMDAR抑制的谷氨酸释放概率增加。暴露时间（60分钟）与氯胺酮或HNK输注的持续时间一致。在来自雄性和雌性C57BL/6J小鼠的切片中，作者首先测定基线成对脉冲比（PPR），并在切片暴露于VEH/HNK前监测诱发的场兴奋性突触后电位（fEPSPs）10分钟，随后暴露于VEH/HNK 60分钟，接着VEH/HNK被冲洗35分钟，之后重新评估PPR。经过60分钟的浴液应用和35分钟的冲洗后，HNK显著增强了基线突触传递，并降低了冲洗后的PPR，表明HNK提高了谷氨酸释放的概率。这种谷氨酸释放概率增加的指标与冲洗后增强的突触传递相关。之前研究表明HNK在CD-1小鼠中具有快速和持续的抗抑郁相关行为和生理作用，作者继续评估了HNK是否会在来自雄性和雌性CD-1小鼠的切片中引发SC-CA1突触传递的增强。60分钟的HNK暴露显著增强了基线突触传递，并在35分钟的冲洗后降低了PPR。与在C57BL/6J小鼠切片中的结果一致，PPR的变化与冲洗后增强的突触传递相关。作者还评估了HNK是否也通过激活突触priming机制发挥作用。为此，给CD-1小鼠注射VEH或10 mg/kg HNK，并在3小时后评估LTP。HNK注射3小时后，基线突触传递和PPR未受影响。然而，与来自VEH处理小鼠的切片相比，来自HNK处理小鼠的切片中LTP显著增强，这与HNK激活突触priming机制以增强LTP幅度的结果一致。

图二 海马切片孵育再现了浴液应用和系统给予HNK的快速且持续的突触作用

为了区分HNK快速增强突触强度的机制与其在持续priming中涉及的机制，作者测试了在无电刺激的情况下切片与HNK孵育时，是否仍然能够观察到HNK暴露35分钟后所观察到的突触传递增强和PPR降低的现象。具体而言，切片与HNK孵育1小时，随后用不含HNK的人工脑脊液（ACSF）冲洗35分钟同时建立基线反应。与VEH（对照）孵育的切片相比，HNK孵育的切片表现出增强的基础突触传递，PPR降低，LTP也有所降低。还通过将切片与HNK孵育1小时，随后在无药物的环境中冲洗3小时评估HNK在给药后3小时对离体LTP的持续priming效应。在HNK孵育3小时后，基础突触传递和PPR未发生变化，但HNK孵育的切片表现出显著更大的LTP。尽管在VEH孵育的切片中仍观察到LTP，但注意到在VEH暴露3小时后，LTP幅度较35分钟时有所降低，这种效应可能是由于实验持续时间较长所致。然而，在VEH孵育的切片中，基线传递和PPR在不同时间点之间没有显著差异。

图三 HNK对突触效能的快速增强作用需要腺苷酸环化酶亚型1的活性，而不需要亚型5的活性

作者最近研究表明HNK通过AC-cAMP-PKA依赖性信号通路快速增强SC-CA1突触传递，其机制是通过增加谷氨酸释放概率，这一发现与AC-cAMP-PKA依赖性信号在海马谷氨酸释放概率中的已知作用一致。因此，继续评估HNK利用AC-cAMP-PKA依赖性信号来影响突触活动的能力。切片首先用VEH或广谱AC抑制剂SQ22536预处理10分钟，随后暴露于VEH/HNK中60分钟并进行35分钟的药物冲洗。在HNK处理前用SQ22536孵育切片，阻断了基础突触传递的快速增强，并抑制了PPR的降低。在另一项实验中，HNK暴露35分钟后LTP的降低被SQ22536预处理所阻断。这些数据表明，孵育模型能够区分HNK在SC-CA1突触上促进其急性突触效应所利用的AC-cAMP-PKA信号通路。在切片孵育于VEH/HNK中1小时之前，用VEH或AC5选择性抑制剂NKY80预处理10分钟。冲洗后，NKY80预处理并未阻止与HNK共孵育切片的基础突触传递增强、PPR的降低或LTP幅度的变化，这表明AC5活性对于HNK在SC-CA1处观察到的快速突触效应并非必需。接下来，用VEH或ST034307（一种Ca²⁺/钙调蛋白激活的AC1选择性抑制剂）预处理切片，随后与VEH/HNK共孵育1小时，以探究AC1亚型在HNK快速效应中的必要性。ST034307预孵育完全阻止了HNK冲洗后35分钟内增强的I/O曲线、PPR的降低以及LTP的减少。因此，这些发现与HNK利用AC1依赖性信号促进SC-CA1突触传递的快速增强作用是一致的。

作者发现，在体HNK处理3小时后，离体LTP幅度有所增强。在孵育模型中重现了这一发现，表明突触priming在HNK处理后依赖于NMDAR的活性。这是首个展示NMDAR介导的突触priming的体外孵育模型。因此，利用孵育模型等方法探索氯胺酮及其下一代疗法的速效/持续抗抑郁效应背后的突触机制，将有助于发现新的药物靶点机制，并优化对其加以利用的能力。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41386-025-02085-4