細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與抑郁癥

王景霞 劉 妍 張建軍

細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與抑郁癥

王景霞 劉 妍 張建軍

抑郁癥是一個(gè)全球性的臨床和社會(huì)問(wèn)題。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，到2020年抑郁癥將成為僅次于癌癥的第二大致殘?jiān)颍?］。目前，抗抑郁藥的作用機(jī)制尚不明確，其應(yīng)用主要以單胺遞質(zhì)和受體假說(shuō)為基礎(chǔ)，這種機(jī)制理論不能充分解釋抗抑郁藥的臨床效應(yīng)滯后現(xiàn)象。因此，人們對(duì)抑郁癥發(fā)病機(jī)制的研究逐漸由第一信使發(fā)展到第二信使，在細(xì)胞內(nèi)信息傳遞過(guò)程中發(fā)揮重要作用的物質(zhì)成為研究的重點(diǎn)，提出了抗抑郁藥的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。抗抑郁藥是以G蛋白［三磷酸鳥苷(GTP）結(jié)合蛋白］為分子基礎(chǔ)，神經(jīng)遞質(zhì)受體和G蛋白為作用環(huán)節(jié)，最終影響細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并產(chǎn)生磷酸化作用增加、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子增多、神經(jīng)發(fā)生增加等相關(guān)效應(yīng)，從而發(fā)揮抗抑郁作用。

1 G蛋白與抑郁癥

G蛋白是在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑中起著重要作用的GTP結(jié)合蛋白，刺激性G蛋白(Gs）和抑制性G蛋白(Gi）分別激活、抑制腺苷酸環(huán)化酶(AC），通過(guò)“受體-G蛋白-AC -環(huán)磷酸腺苷(cAMP）”途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)，在cAMP系統(tǒng)中起作用；Gp、Go分別促進(jìn)、抑制磷脂酰肌醇(PI）的水解，經(jīng)“受體-G蛋白-磷酸脂肪酶C(PLC）-蛋白激酶C(PKC）(或離子通道）”途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)，在PI系統(tǒng)中發(fā)揮作用。細(xì)胞外的信號(hào)由此通過(guò)胞內(nèi)效應(yīng)分子和酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)被放大。因此，G蛋白是胞外信號(hào)向胞內(nèi)傳遞的關(guān)鍵中介體。

研究表明G蛋白與抑郁癥的病因有密切關(guān)聯(lián)。Young等［2］比較了抑郁癥患者和對(duì)照組的腦組織，發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者大腦皮層前葉、顳葉和枕葉的Gαs蛋白水平增高，活性升高。Mitchell等［3］的臨床研究表明抑郁患者外周血細(xì)胞Gαs蛋白mRNA水平和功能都增加。Garcia-Sevilla等［4］在抑郁癥所導(dǎo)致的自殺死亡病人中發(fā)現(xiàn)前額葉Gi蛋白表達(dá)升高，并認(rèn)為與α2受體的超敏有關(guān)。劉紀(jì)猛等［5］以慢性應(yīng)激大鼠為抑郁模型探討中樞部分腦區(qū)Gαi蛋白的表達(dá)水平及其與部分抗抑郁劑作用機(jī)制的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)抑郁模型大鼠前額皮質(zhì)、海馬CA3區(qū)的Gαi表達(dá)升高，恢復(fù)前額皮質(zhì)、海馬CA3區(qū)的Gαi的表達(dá)可能是抗抑郁劑的作用靶點(diǎn)之一。Mc Gowan等［6］的研究認(rèn)為慢性碳酸鋰治療使大鼠海馬CA3區(qū)域的3種G蛋白(Gαi、Gαs、Gαo）的mRNA的水平升高，而在額葉皮質(zhì)區(qū)域不能引起這種變化，推測(cè)海馬CA3區(qū)可能與抑郁癥發(fā)病的關(guān)系更為密切，而Gαi升高可能是其生化基礎(chǔ)。

2 AC-cAMP-蛋白激酶A（PKA）-環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與抑郁癥

cAMP通路系統(tǒng)在情緒調(diào)節(jié)中起重要作用，是研究最早、最為深入的抗抑郁藥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。此通路反應(yīng)的大致過(guò)程為：AC活化→催化ATP生成cAMP→PKA激活→CREB磷酸化→調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄→發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。AC是G蛋白偶聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中一個(gè)重要的酶，它能夠?qū)TP轉(zhuǎn)為第二信使cAMP，cAMP對(duì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用是通過(guò)激活PKA來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PKA是由兩個(gè)催化亞基C和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基R所構(gòu)成的別構(gòu)酶，每個(gè)調(diào)節(jié)亞基上有2個(gè)cAMP結(jié)合位點(diǎn)，催化亞基具有催化底物蛋白質(zhì)某些特定絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化的功能。PKA將許多蛋白磷酸化并調(diào)節(jié)其活性。這些蛋白包括離子通道、細(xì)胞骨架元件、轉(zhuǎn)錄因子和酶。其中一個(gè)磷酸化轉(zhuǎn)錄因子是CREB，它是胞內(nèi)與抑郁相關(guān)的幾個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的一個(gè)交匯點(diǎn)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，可促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活、再生、分化等等。有學(xué)者提出磷酸化的CREB(P-CREB）可能是抗抑郁治療顯效的生物學(xué)標(biāo)記［7］。尸檢發(fā)現(xiàn)抑郁患者腦內(nèi)Gαs水平和受體后刺激性AC活性都增加［8］，說(shuō)明AC活性可能是抑郁癥的標(biāo)志之一。

受5-羥色胺(5-HT）和去甲腎上腺素(NE）調(diào)控的cAMP通路可介導(dǎo)抗抑郁藥的作用。洛利普蘭能激活A(yù)C-cAMPPKA通路，在大鼠和小鼠的多種行為檢測(cè)中表現(xiàn)出抗抑郁活性［9］?？挂钟羲幹委熓故荏w后細(xì)胞中cAMP通路上調(diào)；長(zhǎng)期使用抗抑郁藥后Gαs、AC增加［10］；抗抑郁藥物能激活cAMP依賴性PKA活性，增加海馬細(xì)胞內(nèi)CREB mRNA，CREB蛋白和CREB/CRE結(jié)合［11］。

cAMP是細(xì)胞內(nèi)最重要的第二信使之一。細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度的改變可影響多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)cAMP濃度的AC及cAMP對(duì)細(xì)胞調(diào)節(jié)的作用媒介PKA在此通路系統(tǒng)中也起著至關(guān)重要的作用。研究上述各環(huán)節(jié)在抑郁癥患者部分腦區(qū)的改變及對(duì)抗抑郁藥的敏感性將加深對(duì)抑郁癥發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)，加快抗抑郁劑的研發(fā)。

3 PKC與抑郁癥

PKC是PI信息系統(tǒng)的關(guān)鍵成分和主要調(diào)節(jié)酶，在細(xì)胞信息傳遞中發(fā)揮重要作用。PKC在腦內(nèi)含量較高，參與突觸前后神經(jīng)傳遞過(guò)程，調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、基因表達(dá)變化和神經(jīng)可塑性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床研究及藥理學(xué)研究表明PKC與抑郁癥的病因及抗抑郁劑的藥理學(xué)機(jī)理密切相關(guān)。當(dāng)5-HT等膜受體分子啟動(dòng)G蛋白后，激活PLC，使PI水解為三磷酸肌醇(IP3）和甘油二脂(DAG），DAG在鈣離子和磷脂酰絲氨酸的共同作用下，激活PKC。PKC的主要作用是使胞內(nèi)蛋白磷酸化從而啟動(dòng)DNA的復(fù)制。PKC還可以反饋抑制磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸水解或刺激鈣離子信號(hào)通路的反應(yīng)，并通過(guò)影響不同受體介導(dǎo)的信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)第二信使的作用。

Pandey等［12］發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者血小板細(xì)胞漿二丁酰佛波酯的結(jié)合增加，提示PKC的增加可能與抑郁癥的發(fā)病相關(guān)。Coull等［13］發(fā)現(xiàn)至少3個(gè)月未服抗抑郁劑的自殺抑郁者較正常對(duì)照組前額葉細(xì)胞漿的PKC含量增高，細(xì)胞膜和細(xì)胞漿總的PKC沒(méi)有變化，這可能與抑郁癥患者PKC從細(xì)胞膜到細(xì)胞漿的重新分布有關(guān)。Wang等［14］應(yīng)用底物蛋白磷酸化法研究抑郁癥、躁狂癥患者血小板的PKC活性，發(fā)現(xiàn)在基礎(chǔ)狀態(tài)下，躁狂癥患者膜的PKC活性高于抑郁癥患者和對(duì)照組，作者認(rèn)為急性躁狂時(shí)PKC介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增加，單相抑郁癥時(shí)PKC介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)下降。

目前對(duì)PKC及PI信號(hào)系統(tǒng)與抑郁癥關(guān)系的報(bào)道較少，相關(guān)的研究結(jié)果也不一致，因此PKC在抑郁癥中的變化尚需進(jìn)一步研究。

4 CREB及其下游靶標(biāo)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）

CREB是細(xì)胞核內(nèi)的一種轉(zhuǎn)錄因子，有α、β和γ 3種活性異構(gòu)體。CREB的激活是通過(guò)其特殊的絲氨酸殘基的磷酸化而實(shí)現(xiàn)的，即CREB第133位的絲氨酸磷酸化后，它的轉(zhuǎn)錄活性被激活。CREB可被多種不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑激活，cAMP系統(tǒng)中的PKA就是將其磷酸化的一種途徑，除此之外還可被鈣離子依賴的蛋白激酶(CaMK）和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK）通路中的核糖體S6激酶磷酸化。這3種CREB的磷酸化方式是目前研究認(rèn)為與抑郁癥和抗抑郁藥作用相關(guān)的3條通路，而CREB正是上述通路的交匯點(diǎn)。P-CREB可調(diào)節(jié)許多促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、存活和神經(jīng)可塑性的基因表達(dá)，發(fā)揮重要作用。

Yamada等［15］測(cè)定抑郁癥患者死后眶額皮質(zhì)中PCREB免疫活性顯示其免疫反應(yīng)性降低。Nibuya等［16］發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期使用抗抑郁藥(包括選擇性NE和5-HT再攝取抑制劑）后，海馬區(qū)CREB的mRNA和蛋白表達(dá)升高。尸檢研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者大腦顳葉CREB表達(dá)下降，抗抑郁藥可以逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程［17］。Koch等［18］測(cè)定抑郁患者在藥物治療或精神心理治療前及治療后1周的P-CREB，發(fā)現(xiàn)治療有效者的CREB磷酸化顯著增加，提出P-CREB可能是抗抑郁治療顯效的分子標(biāo)志物。

以上研究提示CREB的表達(dá)和功能改變與抑郁癥的病理生理過(guò)程有關(guān)，增加CREB功能有抗抑郁作用。因此，研究抑郁癥與CREB調(diào)節(jié)的關(guān)系對(duì)闡明抑郁癥機(jī)制和研發(fā)抗抑郁新藥具有重要意義。

cAMP［19］、MAPK和CaMK形成了CREB的3個(gè)上游通路，3條通路最終都使CREB磷酸化，進(jìn)而調(diào)節(jié)其下游通路的BDNF等基因表達(dá)，完成神經(jīng)元生化反應(yīng)。BDNF是腦組織中含量最豐富的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，對(duì)神經(jīng)元有保護(hù)、促進(jìn)存活及損傷后再生的作用，被認(rèn)為是神經(jīng)修復(fù)中有著重要影響的細(xì)胞因子。體外試驗(yàn)證實(shí)BDNF對(duì)正常皮質(zhì)神經(jīng)元有維持存活效應(yīng)；對(duì)缺氧神經(jīng)元有確切保護(hù)作用［20］。Angelucci等［21］認(rèn)為BDNF是參與神經(jīng)元生存的一個(gè)中介，也參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多巴胺能、5-HT能、膽堿能神經(jīng)元的可塑性，是神經(jīng)可塑性的分子標(biāo)記物。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)外源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)5-HT類神經(jīng)元、多巴胺神經(jīng)元有促進(jìn)和再生作用，BDNF本身在抑郁動(dòng)物模型中有抗抑郁作用，能對(duì)抗應(yīng)激誘發(fā)的神經(jīng)元損害，并可能影響海馬的神經(jīng)元再生［22］。低水平的BDNF可以通過(guò)影響5-HT的含量參與抑郁癥的形成，抑郁時(shí)BDNF的mRNA減少，海馬BDNF的表達(dá)減少，可能造成額前皮質(zhì)、海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡的增加，神經(jīng)可塑性的下降，繼而造成額前皮質(zhì)、海馬、紋狀體灰質(zhì)的減少等形態(tài)學(xué)的變化，而抗抑郁劑通過(guò)增加腦中BDNF的mRNA有效地逆轉(zhuǎn)了上述過(guò)程［23］。

BDNF主要通過(guò)MAPK信號(hào)通路及CaMK信號(hào)通路調(diào)節(jié)腦細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、存活和抗凋亡作用。MAPK通路中的TrKB(一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素受體）是BDNF的特異性受體，BDNF與TrKB受體結(jié)合后，隨之發(fā)生受體的二聚體化，從而導(dǎo)致TrKB受體內(nèi)在的酪氨酸激酶活性的激活。TrKB酪氨酸激活是BDNF信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵第一步。通過(guò)TrkB受體，BDNF在功能阻斷的抗BDNF/TrkB抗體和BDNF剔除小鼠抑郁癥動(dòng)物模型中能阻斷其活動(dòng)，這直接證明了BDNF是抗抑郁劑作用的一個(gè)靶點(diǎn)［24］。

5 小結(jié)與展望

G蛋白作為第一信使和第二信使之間信息傳遞的媒介，成為受體后第一物質(zhì)，在抑郁癥發(fā)病和抗抑郁藥物治療中有重要作用。cAMP、MAPK、CaMK 3條通路對(duì)CREB的磷酸化乃至進(jìn)一步對(duì)BDNF的調(diào)節(jié)是抑郁癥在分子生物學(xué)方面的研究焦點(diǎn)，在AC-cAMP-PKA-CREB、PLC-IP3-CaMKCREB和TrKB-MEK-RSK-CREB通路中各種蛋白和酶的濃度、調(diào)節(jié)功能、激活能力都影響著信息傳遞的順利與否，或多或少的影響著抑郁癥的發(fā)病，并在抗抑郁劑中發(fā)揮作用。CREB的下游靶標(biāo)BDNF是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素家族中的重要成員之一，BDNF在抑郁癥的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。CREB和BDNF兩個(gè)重要分子可形成一個(gè)正反饋環(huán)，CREB不僅能激活BDNF的產(chǎn)生，BDNF也能誘導(dǎo)CREB磷酸化［25］。上述物質(zhì)和途徑是與抑郁癥關(guān)系緊密的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。

抑郁癥的病理機(jī)制復(fù)雜，尚需進(jìn)一步的研究。只有明確細(xì)胞作用靶點(diǎn)、分子應(yīng)答、行為反應(yīng)調(diào)節(jié)，再利用其神經(jīng)生物學(xué)特性，才能研發(fā)出起效快、安全機(jī)制強(qiáng)的抗抑郁新藥，為患者減輕病痛，給社會(huì)降低經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

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2010-03-29）

(本文編輯：武春艷）

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