Science：突破性进展！揭示氯胺酮长效抗抑郁效应的关键“开关”

神奇的突触可塑性：抗抑郁效应的核心？

要理解氯胺酮如何发挥作用，得先了解它在大脑中引起的关键变化。当前的主流假说认为，氯胺酮通过阻断大脑中一种重要的受体——NMDA受体（N-methyl-D-aspartate receptor）——的过度活化，尤其是抑制由自发性谷氨酸能神经递质释放引起的NMDA受体激活，从而产生下游效应。这就像给过度兴奋的神经元按下了“暂停键”。

这一“暂停”引发了一系列级联反应。首先，它抑制了一种叫做eEF2激酶（eukaryotic elongation factor 2 kinase）的酶活性，从而迅速增加脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）以及其他关键突触蛋白的合成。BDNF是一种对神经元生长、存活和功能至关重要的蛋白质。分泌到突触间隙的BDNF会激活其高亲和力受体——TrkB（tropomyosin receptor kinase B）。

TrkB受体激活后，最关键的下游效应之一就是导致神经元表面另一种重要受体——AMPA受体（AMPA receptors, AMPARs）——的插入，特别是位于海马体（hippocampus）CA3区域神经元投射到CA1区域神经元之间的突触（CA3-CA1 synapses）。AMPARs是介导快速兴奋性突触传递的主要受体。突触表面AMPARs数量的增加，会增强突触传递的效率和强度，这就是所谓的突触可塑性。大量研究表明，这种在CA3-CA1突触处诱导的突触增强，与氯胺酮的抗抑郁作用密切相关。例如，通过病毒介导的方式，特异性删除CA1区域的BDNF或TrkB基因，会完全阻断氯胺酮诱导的突触增强及其随后的抗抑郁反应。这强有力地提示，BDNF-TrkB信号通路及其介导的突触可塑性，是氯胺酮作用机制中不可或缺的一环。

ERK：BDNF-TrkB信号通路的“得力干将”

既然BDNF-TrkB信号如此重要，那么它的下游通路中，有没有可以被调节以延长氯胺酮效应的环节呢？研究人员将目光投向了ERK（extracellular signal-regulated kinase）信号通路。ERK是BDNF-TrkB信号下游的一个主要转导因子，氯胺酮治疗后数小时内就能在海马体中激活ERK通路。先前的研究发现，药理学抑制ERK并不会影响氯胺酮的快速抗抑郁反应（通常在2小时内发生），但却能完全取消其长期的抗抑郁效果（通常在24小时或更长时间后评估）。这表明，ERK通路对于“维持”氯胺酮的长期效应至关重要。

ERK活性的调节受到多种因素的严格控制，其中一类重要的调控因子是丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶（MAPK phosphatases, MAPK）。它们通过去除ERK上的磷酸基团来使其失活。DUSP6（dual-specificity phosphatase 6）是MAPK磷酸酶家族的一员，它能特异性地使ERK1/2去磷酸化，从而抑制ERK活性。重要的是，DUSP6在海马体神经元中高表达，并在调控ERK活性中发挥关键作用。有研究提示，DUSP6可能与人类抑郁症和应激反应的病理生理有关。

研究人员推测，如果能特异性地抑制DUSP6的活性，就有可能增强或延长ERK的激活状态，从而放大和延长BDNF-TrkB介导的下游效应，最终达到延长氯胺酮抗抑郁作用的目的。为了验证这一想法，他们引入了一种小分子抑制剂BCI [(E)-2-benzylidene-3-(cyclohexylamino)-2,3-dihydro-1H-inden-1-one hydrochloride]。这种化合物已被证明能够锁定DUSP6在一个较低磷酸酶活性的构象，从而增强体外和体内的ERK活性。

BCI：增强ERK活性的“助推器”

研究团队首先在小鼠身上测试了BCI是否能增强氯胺酮诱导的ERK活化。他们给小鼠注射了氯胺酮（5 mg/kg，腹腔注射），并在6小时后检测了海马体CA1区域的磷酸化ERK（p-ERK）水平。结果显示，氯胺酮处理后，p-ERK水平显著增加，大约提高了50%，这与之前的研究一致。

更关键的是，当小鼠同时接受氯胺酮和BCI（40 mg/kg，腹腔注射）治疗时，6小时后CA1区域的p-ERK水平相比单独氯胺酮处理组有了进一步的提升。这直接证明了BCI在体内有效抑制了DUSP6活性，并增强了氯胺酮诱导的ERK活化。进一步的分析发现，DUSP6的mRNA和蛋白在小鼠和人类的CA1锥体层都高表达，远高于CA3和齿状回等区域，这提示DUSP6在CA1区域具有潜在的重要功能。通过基因敲低DUSP6的实验也证实，BCI增强氯胺酮诱导的ERK活化的作用被阻断，这说明BCI特异性地通过靶向神经元中的DUSP6来发挥作用。

接下来，研究人员将时间点延长到了24小时。此时，单独接受氯胺酮治疗的小鼠，其CA1区域的p-ERK水平已经恢复到基线水平，与对照组相似。然而，接受BCI和氯胺酮联合治疗的小鼠，在24小时后CA1区域的p-ERK水平仍然显著高于对照组，大约提高了25%。这表明BCI能够延长氯胺酮诱导的ERK活化状态。值得注意的是，联合治疗并未影响其他MAPK通路（如JNK1、JNK2、P38）或其他信号通路（如AKT、S6）的磷酸化水平，进一步支持了BCI作用的特异性。

突触的力量：放大版的“增强效应”

氯胺酮抗抑郁作用与CA1突触增强密切相关。那么，BCI增强ERK活性，是否也能增强这种突触可塑性呢？研究团队在小鼠接受不同处理24小时后，进行了海马体脑片的场电位记录（field recordings）实验，以测量CA3-CA1突触的兴奋性突触后电位（field excitatory postsynaptic potentials, fEPSPs），从而评估突触强度。

他们采用了一种特殊的实验范式：在脑片上直接灌流氯胺酮（20 µM）30分钟，而不是通过刺激诱导突触可塑性，这模拟了氯胺酮在体内的作用方式。结果令人惊叹：从接受溶剂（Veh+Sal）处理的小鼠脑片中，灌流氯胺酮诱导的突触增强（通过fEPSP斜率变化衡量）大约为26.3%。从接受单独氯胺酮（Veh+Ket）治疗的小鼠脑片中，24小时后再次灌流氯胺酮诱导的突触增强显著提高，达到约58.7%，这与先前的研究结果一致，也解释了为何重复给药可能产生累积效应（即“元可塑性”，metaplasticity）。然而，从接受BCI和氯胺酮（BCI+Ket）联合治疗的小鼠脑片中，24小时后再次灌流氯胺酮诱导的突触增强达到了惊人的157.0%！这是所有处理组中最高的突触增强水平，远远超过了单独氯胺酮组。这强有力地表明，BCI增强ERK活性确实能够显著“放大”氯胺酮诱导的CA1突触增强效应。

研究人员还分析了基线状态下突触的输入-输出（I/O）曲线，以评估突触反应与突触前活动水平的关系。在处理24小时后，只有BCI和氯胺酮联合治疗组的I/O曲线斜率显著增加，表明突触后反应增强。而反映突触前神经递质释放概率的配对脉冲比（paired-pulse ratio, PPR）在各组间没有显著差异，这支持了突触增强主要发生在突触后的结论。

构建新连接：突触结构的重塑

突触强度的增加，往往伴随着突触结构的变化。氯胺酮已知能在数小时内增加突触表面AMPARs的表达。那么，BCI增强ERK活性是否会影响这种分子层面的变化呢？研究团队通过生物素标记和免疫印迹（biotinylation and immunoblotting）的方法，测量了CA1区域神经元表面GluA1和GluA2（AMPARs的亚基）蛋白水平。在处理24小时后，只有BCI和氯胺酮联合治疗组小鼠的突触表面GluA1和GluA2蛋白水平显著增加。比如，在联合处理后，表面GluA1的相对表达量从对照组的约0.8显著增加到约2.8，而表面GluA2的相对表达量也从约0.8增加到约1.8。单独氯胺酮组在24小时时表面AMPARs已恢复基线。这也与增强的突触增强效应相吻合。

仅仅测量总的表面蛋白水平还不够，研究人员想知道，这些变化是发生在现有突触上（AMPARs更多地聚集到原有突触），还是伴随着新突触的形成（突触生成，synaptogenesis）。他们借助了超高分辨率显微镜技术——dSTORM（direct stochastic optical reconstruction microscopy），在单分子水平上量化了CA1区域突触的结构。通过标记突触前标志物Bassoon和突触后标志物Homer1，他们发现，在BCI和氯胺酮联合治疗24小时后，Bassoon和Homer1的簇数量（反映突触数量）显著增加。例如，Bassoon簇的数量从对照组的每平方微米约1.1个增加到约2.5个，而Homer1簇的数量也从约1.5个增加到约2.5个。同时，突触表面GluA1和GluA2的簇数量和体积也显著增加。这表明，BCI增强ERK活性不仅促进了AMPARs向现有突触表面的运输和聚集，更重要的是，它显著增加了突触数量，即促进了突触生成。这一发现为增强的突触增强效应提供了坚实的结构基础。

疗效的持久性：行为学上的显著延长

细胞和突触层面的变化，最终都要反映到整体行为上。研究团队随后评估了BCI和氯胺酮联合治疗对小鼠抑郁样行为的影响。他们使用了两种经典的抑郁症动物模型测试：强迫游泳实验（Forced Swim Test, FST）和新奇抑制摄食实验（Novelty Suppressed Feeding Test, NSFT）。FST衡量小鼠在绝望情境下的不动时间，而不动时间减少通常被视为抗抑郁效应的标志。NSFT则评估小鼠在新奇环境（通常有潜在危险）中摄食的潜伏期，潜伏期缩短反映了焦虑或绝望情绪的减轻。

在处理24小时后进行FST，单独氯胺酮组的小鼠不动时间显著减少，表现出抗抑郁样效应。BCI和氯胺酮联合治疗组也显著减少了不动时间，但与单独氯胺酮组差异不显著（在24小时时）。这提示，单次处理的短期快速效应可能更多依赖于其他初始机制。然而，关键在于“持久性”。

当他们在处理后2周和4周再次进行行为学测试时，差异显现出来。单独氯胺酮组小鼠的抗抑郁样效应在2周后已基本消失，表现为FST不动时间恢复到对照组水平，NSFT摄食潜伏期也没有显著缩短。而BCI和氯胺酮联合治疗组的小鼠，在2周后NSFT测试中仍然表现出摄食潜伏期显著缩短。更令人兴奋的是，在处理后整整4周时，联合治疗组小鼠在FST中不动时间仍然显著减少，NSFT中摄食潜伏期也显著缩短。累积摄食潜伏期分析显示，在NSFT开始后5分钟内，联合治疗组的小鼠有100%已经开始进食，而其他组（单独氯胺酮、单独BCI或对照）只有30%到65%的小鼠开始进食。这意味着联合治疗显著加速了小鼠的摄食行为，反映了持续的抗抑郁/抗焦虑效应。

为了验证这一效应的持久性，研究人员甚至在处理后8周再次进行了FST测试。结果显示，此时联合治疗组的小鼠不动时间仍然显著少于单独氯胺酮组和对照组，表明抗抑郁样效应持续了长达8周！这相比于氯胺酮单独治疗的“昙花一现”，是一个巨大的突破。实验也排除了药物影响小鼠食欲或一般运动能力的可能，因为在NSFT中各组小鼠的总食量没有差异，开放场实验（Open Field Test）也没有显示各组在运动速度、总移动距离或中央区域活动时间上有显著差异，排除了是焦虑或运动变化导致行为学结果偏差的可能。

更具临床意义的是，研究团队还在慢性应激小鼠模型中验证了联合治疗的有效性。通过给小鼠3周饮用含皮质酮（corticosterone, CORT）的水诱导慢性应激，小鼠出现了糖水偏好降低（anhedonia样症状）等行为改变。在应激结束后4周，这些小鼠接受了氯胺酮、BCI或联合治疗。结果显示，单独氯胺酮或BCI并不能逆转应激导致的糖水偏好降低，而BCI和氯胺酮联合治疗则能够显著提高应激小鼠的糖水偏好，恢复到未应激对照组的水平，这提示其能有效改善应激引起的快感缺失症状。在FST和NSFT中，联合治疗组在应激小鼠中也显示出显著的抗抑郁/抗焦虑样效应，其持续时间远超单独氯胺酮治疗。

关键的“枢纽”：CA1兴奋性神经元的TrkB

BDNF-TrkB信号通路是氯胺酮快速抗抑郁作用所必需的，而ERK是TrkB下游的重要效应因子。那么，BCI通过增强ERK活性来延长氯胺酮效应，是否仍然依赖于BDNF-TrkB信号呢？以及，这一过程是否特异性地发生在CA1区域的神经元中？

为了回答这个问题，研究团队利用了基因工程小鼠。他们首先使用了特异性在小鼠前脑兴奋性神经元中删除TrkB基因的TrkB-cKO小鼠（CamKII-Cre; TrkB flox/flox小鼠）。将这些小鼠与对照组小鼠进行比较，并在给予BCI和氯胺酮联合治疗后24小时和4周进行评估。结果发现，在对照组小鼠中，联合治疗显著增加了CA1区域的p-ERK水平，但在TrkB-cKO小鼠中则没有增加。同样，联合治疗在对照组小鼠中诱导了显著的突触增强（如前所述，超过150%），但在TrkB-cKO小鼠的脑片中，无论何种处理，都没有观察到氯胺酮诱导的突触增强效应。这表明，TrkB，特别是前脑兴奋性神经元中的TrkB，是BCI增强氯胺酮效应所必需的。同时，联合治疗也没有增加TrkB-cKO小鼠CA1区域的表面GluA1和GluA2蛋白水平。最重要的是，在行为学层面，联合治疗在对照组小鼠中观察到的长达4周的抗抑郁样效应，在TrkB-cKO小鼠中完全消失了。

为了进一步确定是CA1区域的TrkB起关键作用，研究人员使用了腺相关病毒（AAV），将表达Cre重组酶的病毒（AAV-GFP-Cre）或只表达绿色荧光蛋白的对照病毒（AAV-GFP）立体定向注射到TrkB flox/flox小鼠的海马体CA1锥体层，从而实现CA1区域兴奋性神经元TrkB基因的特异性删除。注射后3周，他们给予小鼠BCI和氯胺酮联合治疗，并在4周后进行行为学测试。结果明确显示，在对照病毒注射组小鼠中，联合治疗仍然表现出显著的、持续到4周的FST抗抑郁样效应。然而，在CA1区域TrkB被特异性删除的小鼠中，联合治疗的这种长时间抗抑郁样效应完全被阻断了。

这些基因敲除实验，揭示了BCI增强氯胺酮效应的分子机制：它通过抑制DUSP6增强ERK活性，而这一过程依赖于BDNF-TrkB信号通路，并且关键的“枢纽”位于海马体CA1区域的兴奋性神经元中。

延长抗抑郁效应的“新策略”

这项研究不仅深入解析了氯胺酮作用下游的关键分子机制，更重要的是，它提出了一种延长氯胺酮抗抑郁效应的全新策略：通过选择性地靶向并增强BDNF-TrkB-ERK信号通路中的某个下游环节，特别是DUSP6，可以显著增强突触可塑性，并将单次氯胺酮注射的抗抑郁效果从几天延长到数周，甚至长达8周。

这项工作的意义在于：

分子机制的深化： 明确了氯胺酮通过BDNF-TrkB信号激活ERK，ERK活化对于维持突触可塑性和抗抑郁效应至关重要，而DUSP6是调节这一过程的关键酶。

新靶点的发现： 确定了DUSP6作为一个潜在的治疗靶点，通过抑制DUSP6可以增强ERK活性，从而延长氯胺酮的疗效。

精确的作用位点和通路： 实验证据表明，这种效应特异性地依赖于CA1区域兴奋性神经元中的TrkB-ERK信号通路。这提供了未来药物开发的精确方向。

临床转化的潜力： 通过联合使用氯胺酮和BCI，有望减少氯胺酮的给药频率，从而降低其潜在的副作用和成瘾风险，为治疗抵抗性抑郁症患者提供更安全、更持久的治疗方案。

这项研究提示，未来的抗抑郁药物开发，除了直接靶向神经递质系统或NMDA受体，还可以更多地关注下游的细胞内信号通路，如BDNF-TrkB-ERK信号及其调节因子。通过精细调控这些通路，特别是参与突触可塑性和突触生成的环节，或许能开发出更有效、作用更持久的新型抗抑郁药物。

当然，BCI本身作为DUSP6抑制剂，其安全性、最佳剂量以及在人体中的具体药代动力学和药效学特征仍需进一步研究。但这项研究无疑为我们理解氯胺酮的长效机制以及开发下一代抗抑郁疗法开启了一扇新的大门。或许在不远的将来，通过精准调控大脑中的分子“开关”，我们就能帮助更多人摆脱抑郁症的困扰，重获光明和希望。