◎ 侯树文 科技日报采访人员 王春
抑郁症被证明是一种精神类疾病 ， 全球已有3亿多名患者 。 临床研究中 ， 氯胺酮可快速有效缓解抑郁病患者症状 ， 已成为研究抗抑郁新药的“明星分子” 。 在抑郁症患者大脑中 ， 氯胺酮如何与看不见的病魔“缠斗”？神经科学家从分子层面找到了答案 ， 其研究成果将引领我国新型抗抑郁新药的研发 。
7月28日 ， 《自然》杂志在线发表题为《氯胺酮作用于人源NMDA受体的结构基础》的研究论文 。 研究通过冷冻电镜解析了NMDA受体结合快速抗抑郁药氯胺酮的三维结构 ， 确定了氯胺酮在NMDA受体上的结合位点 ， 并进一步通过电生理功能实验和分子动力学模拟 ， 阐明了氯胺酮与NMDA受体结合的分子基础 。


文章图片

（A）结合氯胺酮的人源GluN1-GluN2ANMDA受体冷冻电镜三维结构 。 （B）氯胺酮结合位点空腔里的关键氨基酸 。 （C）分子动力学模拟过程中氯胺酮周围氨基酸的结合能贡献和氢键形成的频率 。 （D）野生型和关键位点突变的NMDA受体的氯胺酮剂量效应曲线 。图源：采访对象供图
研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心竺淑佳研究组与中科院上海药物研究所罗成研究组合作完成 。
在针对抑郁症研究中 ， 单胺能理论和谷氨酸能理论主导着临床药物研发 。 其中单胺能理论下的传统抗抑郁药需要持续用药数周甚至数月后才能起效 ， 并且对三分之一的难治性抑郁症患者没有治疗效果 。
2019年3月 ， 一种名为氯胺酮的新药作为30年来首个靶向谷氨酸能理论抗抑郁药获批 。 相比传统的抗抑郁药物 ， 该药能够快速有效缓解抑郁症一系列症状 。 专家介绍 ， 一剂亚麻醉剂量的用药几小时内就能显著改善患者的情绪低落、自我评价低等负面症状 ， 甚至减弱患者自杀意念 ， 尤其对难治性抑郁症有治疗效果 。
【受体|抗抑郁药物研究有了新方向】那么在对抗抑郁病过程中 ， 氯胺酮与大脑之间到底发生了什么？
针对氯胺酮作用在哪个脑区、环路以及突触 ， 科学家提出过各种各样的假说 。 据竺淑佳介绍 ， 阿尔兹海默症、抑郁症、精神分裂症等神经疾病与一类兴奋性谷氨酸受体——NMDA受体密切相关 。 “在原子层面 ， 氯胺酮是如何与NMDA受体结合 ， 有哪些氨基酸参与 ， 一直悬而未决 。 ”竺淑佳说 。
另一方面 ， 氯胺酮并不是完美的抗抑郁药物 。 它会造成分离性幻觉、成瘾等副作用 ， 极大地限制了它的临床应用 。 竺淑佳表示 ， 解析氯胺酮在NMDA受体上的结合位点 ， 并阐明氯胺酮与NMDA受体之间如何相互作用 ， 对基于氯胺酮/NMDA受体复合物结构设计新型抗抑郁药的研究具有重要意义 。
研究中 ， 竺淑佳团队聚焦在成年哺乳动物脑内表达最丰富的两种亚型GluN1-GluN2A和GluN1-GluN2BNMDA受体上 ， 前期利用真核细胞表达系统进行了大量蛋白表达与纯化的条件摸索 。 在得到稳定的NMDA受体蛋白后 ， 团队结合冷冻电镜技术解析了氯胺酮结合的人源GluN1-GluN2A和GluN1-GluN2B亚型NMDA受体的三维结构 。 在NMDA受体的跨膜区发现了氯胺酮的电子云密度图 ， 进而确认了氯胺酮的结合位点在离子通道的门控与选择性过滤器中间的空腔内 。 空腔顶部和底部分别由极性氨基酸苏氨酸和天冬酰胺组成 ， 空腔中部由疏水氨基酸颉氨酸和亮氨酸组成 。
竺淑佳团队通过点突变筛选及电生理实验鉴定了GluN1-N616及GluN2A-L642(同源GluN2B-L643)这两个关键氨基酸是参与氯胺酮结合的关键氨基酸 。 这两个位点的突变会显著影响氯胺酮抑制NMDA受体通道活性的效力 ， 有力地证明了这两个关键氨基酸在氯胺酮抑制通道活性过程中发挥重要作用 。