抑郁癥信號轉導通路研究

[摘要] 長期給予抗抑郁劑可以增加腦內cAMP依賴性PKA的表達水平，繼而激活cAMP反應元件結合蛋白。CREB可以調節腦源性神經生長因子的表達。大量的研究表明cAMP 和BDNF是多種抗抑郁劑的共同通路，現就此進行綜述，探討其與抗抑郁劑之間的關系，為精神藥理和新藥研發提供依據。

[關鍵詞] 抑郁癥；抗抑郁劑；cAMP反應元件結合蛋白；腦源性神經生長因子

[中圖分類號] R749.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2012）24-31-03

抑郁癥（depression）是一種慢性、反復發作的情感性精神疾病，其臨床表現多樣，如食欲和睡眠障礙，情緒低落，悲觀厭世，甚至具有自殺傾向。隨著生活節奏的加快和社會競爭的日益激烈，抑郁癥的發病率逐漸升高。據世界衛生組織推測，目前全球約有3.4億抑郁癥患者，且這個數字以每年113%的增長率快速遞增，預計到2020年，抑郁癥可能成為僅次于心臟病的第2大疾病[1]。Schildkraut和Bunney等在1965年幾乎同時提出抑郁癥發病的“單胺假說（monoamine hypothesis）”，該學說認為，抑郁癥的生物學基礎主要是由于腦內單胺遞質5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）和（或）去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）的缺乏。目前臨床使用的抗抑郁藥（antidepressant）絕大多數是基于“單胺策略”的藥物，即通過增強5-HT和（或）NE的神經傳遞發揮作用的。而抑郁癥是基因與環境相互作用的結果，發病機制復雜，臨床上仍然有30%患者對單一靶點抗抑郁劑治療無效，并且臨床使用的抗抑郁劑大多存在“延遲起效”“有效率不高”“不良反應嚴重”等亟待解決的問題[2-3]。目前大多數研究認為，單胺水平的降低所引起的受體以及受體后信號轉導通路的適應性變化是抑郁癥發生的關鍵因素，本研究就此作一綜述。

目前研究發現，長期給予5-HT重吸收抑制劑以及其他種類的抗抑郁劑，可以導致cAMP第二信使通路在多個水平上的適應性改變，包括CREB表達增強[4]。轉錄因子CREB的上調表明長期抗抑郁劑可以調節特異性基因靶標，而且這些基因靶標本身可以介導抗抑郁劑的活性。多種基因靶標能夠被CREB所調控，例如BDNF以及它的跨膜受體蛋白酪氨酸B（trkB）。長期給予5-HT重吸收抑制劑以及其他種類的抗抑郁劑，可以增加海馬中BDNF和trkB的表達[5]。這些研究證均提示：長期的抗抑郁治療可以上調cAMP通路及BDNF-trkB水平，這為抗抑郁劑的發展提供了新的信息。

1 抗抑郁劑與cAMP第二信使通路

1.1 抗抑郁劑調節cAMP水平

有許多5-HT受體的亞型可以調節cAMP功能，其中5-HT4、5-HT5 A、5-HT6、5-HT7受體亞型可以刺激cAMP產生，而5-HT1A、5-HT1B、5-HT1D、5-HT1E受體亞型則抑制cAMP產生，這些受體被腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase，AC）耦聯，該酶分別經刺激型G蛋白（Gs）和抑制型G蛋白（Gi）分解ATP成cAMP。G蛋白有三個亞基，α、β、γ，與該受體相互作用的激動劑可以導致這些亞基的分離，產生自由狀態的、具有生物活性的α、β、γ，用來調節腺苷酸環化酶的活性。抗抑郁劑可以影響cAMP系統的首次依據是發現抗抑郁治療可以降低β腎上腺素受體產生cAMP的水平，后來多項研究也證實，除5-HT重吸收抑制劑外，其他種類的抗抑郁劑均可以產生同樣結果。長期抗抑郁治療可以增加cAMP系統的受體后成分，包括AC酶活性的提高，PKA酶水平的提高，CREB和特定的靶標基因功能及表達的增強[6]。長期給予一些種類的抗抑郁劑而非5-HT重吸收抑制劑可以增加AC的GTP活性，原因可能是由于GS與AC耦聯活性的增加而導致的，而非GS與AC表達的增加。

1.2 AMP依賴性蛋白激酶（cyclic AMP-dependent protein kinase，PKA）和cAMP反應元件結合蛋白CREB

cAMP水平的提高可以通過激活PKA來調節細胞功能，PKA由調節亞單位和催化亞單位組成，通過磷酸化許多種類的蛋白質，包括受體、離子通道、神經遞質合成及降解酶、轉錄因子、結構蛋白等來行使調節細胞的功能。長期抗抑郁治療可以影響PKA的功能及細胞分布，有研究顯示，長期抗抑郁治療可以增加額葉特定部位PKA水平，但是卻降低了該腦區胞漿內的酶活性，而核內PKA水平上調，提示抗抑郁治療可以誘導PKA從胞漿到胞核的跨膜轉運[7]。另一研究證實，長期的抗抑郁治療可以增加PKA的特定表達水平，但是在這種情況下，效應發生在微管相關蛋白，同時伴隨有磷酸化的微管相關蛋白表達增強。這兩個研究的不同結論歸因于亞細胞結構的不同分布以及這些結構具有不同的純度，尚需進一步探索的是長期的抗抑郁治療時PKA的細胞分布是否發生改變，目前已有研究發現，長期ECS或三環類抗抑郁治療可以增強海馬部位胞漿內該酶的活性，但并不清楚是否其他種類的抗抑郁劑也可以影響該酶的水平。

去磷酸化狀態的CREB可以結合到cAMP反應元件（CRE）上介導低水平的轉錄反應，當CREB的Ser123被PKA磷酸化后，其轉錄活性明顯提高，如果Ser123發生變異后則可以通過cAMP系統來阻斷CREB的活性。CREB除可以被PKA調節之外，還可以被PKC及Ca2+/鈣依賴性蛋白激酶所磷酸化而激活。也就是說，CREB不僅能被與cAMP通路相耦聯的受體所調節，而且也可以被那些影響第二信使系統的受體來調節（此第二信使系統能調節這些蛋白激酶）。長期給予一些種類的抗抑郁劑，包括5-HT重吸收抑制劑，可以增加海馬CREB mRNA表達水平和免疫反應性。原位雜交及免疫組化分析證實：長期抗抑郁治療可以導致海馬主要細胞層CA3、CA1、齒狀回的CREB的表達增加，而長期給予非抗抑郁劑的其他精神類藥物并不影響海馬CREB的表達，所以可以說這種增加海馬CREB mRNA反應具有藥理學特異性[8]?？挂钟魟┛梢陨险{cAMP-CREB通路，包括增加了GTP結合蛋白與AC的偶聯，增加了特異性cAMP依賴性蛋白激酶的表達，增加了CREB的表達及其磷酸化程度，更有趣的是在基礎條件下，祖細胞所定位的SGZ區及其附近有磷酸化的CREB的高表達。PDE4可以降解神經元的cAMP，抑制PDE（rolipram）可以產生抗抑郁樣效應，增加海馬中BDNF的表達，長期給予rolipram可以增加海馬中成熟神經元再生以及磷酸化CREB水平，類似于抗抑郁劑的治療效果[9]。

抑郁癥發生與CREB的關系：（1）長期的抗抑郁治療可以上調CREB的功能及其表達水平。（2）用HSV介導的基因轉導技術證明，海馬中過表達CREB可以對實驗動物產生抗抑郁樣效應。（3）抑郁癥發生時，皮層CREB的表達水平下降，而抗抑郁治療可以使之上調。

2 抗抑郁與BDNF調節

2.1 BDNF神經生物學

BDNF在成熟海馬及皮層中高水平表達，在這些腦區中，BDNF可以影響神經元存活分化、形態學；BDNF也可以調節細胞功能性表型標志的表達水平，包括神經遞質合成酶和神經肽。它功能的行使是通過與trkB受體的結合及對MAPK通路的調節來完成的，trkB受體具有內在酪氨酸激酶活性，該酶激活后可以自身磷酸化，調節MAPK通路從而產生后續效應。

2.2 BDNF在抑郁癥發生中的作用

（1）慢性應激可減少嚙齒動物海馬DG和錐體細胞層BDNF水平。作為一種主要的神經生長因子，BDNF對于神經細胞的存活和功能維持很重要。研究發現，BDNF在長時程增強時發揮重要作用。長時程增強是研究學習記憶中主要的研究方法，證實這個神經生長因子能夠影響神經可塑性[10]。（2）應激降低CA3錐形神經元BDNF表達和齒狀回顆粒細胞表達，下調的BDNF導致海馬CA3區神經元的萎縮，或導致這些神經元對其他刺激因素（例如腎上腺糖皮質激素）更加敏感[11]。（3）腦成像實驗證明：抑郁或創傷后應激失調患者由于BDNF水平下降，CA3神經元萎縮甚至死亡，海馬容量顯著下降[12]。

2.3 抗抑郁劑可以增加BDNF表達

長期給予一些種類的抗抑郁劑包括5-HT重吸收抑制劑，可以增海馬中BDNF和trkB的表達。而給予其他種類的精神治療藥物并未增加海馬區域BDNF、trkB的表達[13]。原位雜交分析也證明：抗抑郁治療也可增加BDNF的mRNA表達，并且與CREB上調所出現的海馬細胞層一致。由于BDNF可增強海馬LTP和突觸可塑性，抗抑郁劑誘導BDNF上升可能促進海馬功能，這也能很好的解釋抗抑郁藥物的突觸延遲效應部分是因為BDNF水平逐漸升高至發揮活性需要足夠時間[14]。

2.4 BDNF增強的功能性意義

通過行為學，神經化學，形態學的研究中可以初步得出這樣下結論：BDNF在抗抑郁研究中發揮作用，長期給予BDNF，可以在動物模型上（強迫游泳和學習無助）產生抗抑郁樣活性[15]。BDNF注入中腦可以對5-HT神經元產生神經營養因子作用，而抗抑郁治療可以使得BDNF水平升高[16]，5-HT神經遞質功能增強，故5-HT與BDNF之間是一種正性關系，意即長期抗抑郁治療可以增加BDNF水平，并且上調的BDNF可以增加5-HT的神經功能。長期的ECS可以增加海馬中BDNF的水平，降低大鼠強迫游泳的不動時間。

2.5 CREB調節BDNF表達

有這樣一種可能：BDNF及trkB表達的增加是經由cAMP通路和CREB上調來介導的，其理由如下：（1）CREB和BDNF/TrkB表達增加出現在同一細胞層，而且所出現的時間是相似的。（2）注入抗CREB抗體降低了基礎條件下及ECS誘導的海馬BDNF水平的提高。（3）長期給予PDE抑制劑，可以增加CREB、BDNF表達。另外有實驗證明：在培養細胞中，cAMP通路的激活可以增加BDNF/trkB表達。這些實驗證明：BDNF/trkB的表達被cAMP通路及CREB正性調節。由于CREB和BDNF的上調出現在多種抗抑郁治療劑之后，初步提示這樣一種可能：cAMP-CREB通路的激活和BDNF是抗抑郁劑普遍的受體后靶標[17]，是可以調節神經元再生的特異性基因靶標。

綜上所述，提高腦內BDNF水平可能產生抗抑郁活性，盡管目前還沒有這樣的新藥或化合物被研發出來，但是研發調節營養因子或其信號通路的小分子化合物是主要的新藥發展方向之一。由于BDNF基因在整體和離體水平被CREB所誘導。而且各類抗抑郁劑可增加海馬等腦區CREB的功能及表達。尸檢證明，抑郁患者顳皮層和海馬CREB下降。海馬齒狀回直接注射編碼CREB的病毒載體，可以增加該區CREB活性，在強迫游泳和獲得性無助模型上產生抗抑郁活性。CREB的這些效應是通過包括BDNF在內的許多靶基因所介導，這些研究為抑郁癥治療帶來新策略。

[參考文獻]

[1] Luppa M， Heinrich S，Angermeyer MC，et al.Cost-of-illness studies of depression：a systematic review[J].J Affect Disord，2007，98（1-2）：29-43.

[2] Crown WH，Finkelstein S，Berndt ER，et al.The impact of treatment-resistant depression on health care utilization and costs[J]. J Clin Psychiatry，2002，63（11）：963-971.

[3] Papakostas GI.The efficacy，tolerability and safety of contemporary antidepressants[J].J Clin Psychiatry，2010，71（Suppl）： E1-3.

[4] Gibon J，Deloulme JC，Chevallier T，et al.The antidepressant hyperforin increases the phosphorylation of CREB and the expression of TrkB in a tissue-specific manner[J].Int J Neuropsychopharmacol，2012，9：1-10.

[5] Liebenberg N，Müller HK，Fischer CW，et al.An inhibitor of cAMP-dependent protein kinase induces behavioural and neurological antidepressant-like effects in rats[J].Neurosci Lett，2011，498（2）：158-161.

[6] B?er U，Noll C，Cierny I，et al.A common mechanism of action of the selective serotonin reuptake inhibitors citalopram and fluoxetine：reversal of chronic psychosocial stress-induced increase in CRE/CREB-directed gene transcription in transgenic reporter gene mice[J].Eur J Pharmacol，2010，633（1-3）：33-38.

[7] Chen L，Zhao YN，Dai JG，et al.Hippocampal cAMP response element binding protein and antidepressant treatments[J].Sheng Li Xue Bao，2010，62（6）：489-494.

[8] Ren X，Dwivedi Y，Mondal AC，et al.Cyclic-AMP response element binding protein （CREB） in the neutrophils of depressed patients[J].Psychiatry Res，2011，185（1-2）：108-112.

[9] Deuschle M， Gilles M， Scharnholz B，et al. Changes of serum concentrations of brain-derived neurotrophic factor （BDNF） during treatment with venlafaxine and mirtazapine： role of medication and response to treatment[J]. Pharmacopsychiatry，2012，on publish.

[10] Barkus C.Genetic mouse models of depression[J].Curr Top Behav Neurosci，2012，15

[11] Neto FL，Borges G，Torres-Sanchez S，et al.Neurotrophins role in depression neurobiology： a review of basic and clinical evidence[J].Curr Neuropharmacol，2011，9（4）：530-552.

[12] Yang D，Chen M，Russo-Neustadt A.Antidepressants are neuroprotective against nutrient deprivation stress in rat hippocampal neurons[J].Eur J Neurosci，2012，36（5）：2573-2587.

[13] Autry AE，Monteggia LM.Brain-derived neurotrophic factor and neuropsychiatric disorders[J]. Pharmacol Rev，2012，64（2）：238-258.

[14] Masi G，Brovedani P.The hippocampus， neurotrophic factors and depression： possible implications for the pharmacotherapy of depression[J].CNS Drugs，2011，25（11）：913-931.

[15] Qiao H， An SC， Xu C. Research progress of BDNF and depression[J].Sheng Li Ke Xue Jin Zhan，2011 ，42（3）：195-200.

[16] Schmidt HD， Duman RS. Peripheral BDNF produces antidepressant-like effects in cellular and behavioral models[J].Neuropsychopharmacology，2010，35（12）：2378-2391.

[17] Fernandes BS， Gama CS， Ceresér KM， et al. Brain-derived neurotrophic factor as a state-marker of mood episodes in bipolar disorders： a systematic review and meta-regression analysis[J].J Psychiatr Res，2011，45（8）：995-1004.