TREK1及其與抑郁障礙相關的研究進展

胡 靜，程宇琪，朱祖欣，許秀峰

昆明醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院精神科（云南昆明 650032）

抑郁障礙（major depressive disorder，MDD)，是以心境低落、對活動失去興趣或愉快感為主要表現(xiàn)的心境障礙，臨床上較常見。人群中幾乎1/5者在其一生中經歷過MDD。從患者的個人生活和社會經濟負擔來看，MDD已成為一個公共衛(wèi)生問題，據世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，到2020年MDD將成為全球第二大疾病負擔。目前對MDD病因不清，其遺傳度為37%，其發(fā)生還受心理、社會、文化等多因素的共同作用。目前藥物是治療MDD最有效方法之一，抗抑郁藥主要作用于5－HT和NE等神經遞質，然而這些藥物發(fā)揮作用的機制仍然不是很清楚，加之臨床治療中藥物敏感性差、不良反應明顯等使很多患者長期飽受折磨。進一步研究MDD的病因學機制，尋找抗抑郁藥治療新靶點已成為倍受關注的焦點，TREK1正是近年發(fā)現(xiàn)的與MDD相關的新靶點。本文從TREK1的結構、分布、影響因素、功能特性及其與疾病的關系出發(fā)，對相關基因敲除的動物模型、STARD（Sequenced Treatment Alternatives to Relieve Depression)研究、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging fMRI)等研究進展進行綜述。

有研究證實，氟西?。╢luoxetine)及其它SSRI可部分抑制腦內TREK1濃度［1］;TREK1基因敲除的小鼠能夠增強5－HT的效能而抵抗抑郁的發(fā)生，并且能夠降低應激狀態(tài)下糖皮質激素水平［2］;TREK1基因的單核苷酸多態(tài)性與抗抑郁藥治療的反應相關［3］;TREK1的基因型與犒賞相關腦活動的個體差異性關聯(lián)［4］。同時人們也日益關注到TREK1在神經保護等方面的作用，這為研發(fā)新的對MDD有效抗抑郁藥物帶來了希望。

1 TREK1的結構、分布

TREK1屬于神經元活動背景雙孔鉀通道，通道主要由4個shaker糖蛋白（4個亞單位)構成，相互間具有高度同源性。不同的生物，sbaker亞單位蛋白可以是shab、shaw或shal亞單位蛋白，通道亞單位四者只居其一，不能相互結合。每個亞單位蛋白迂回跨越細胞膜6次，形成6個跨膜段，分別命名為S1～S6區(qū)。此系離子通道發(fā)揮功能的區(qū)段之一，每個通道擁有4個重復的成分，通道每個亞單位含有2個功能區(qū)（poredomains)，因此TREK1屬雙P區(qū)型鉀通道家族。4個重復成分的功能區(qū)連接溝通，成為離子通路的干道，此結構稱為“H5”區(qū)或通路區(qū) 。在S4區(qū)的氨基酸殘基帶正電荷，對膜電位變化敏感，當膜去極化時，帶電荷的氨基酸發(fā)生電荷移動，分子重新排列，引起結構改變，傳遞到功能區(qū)引起離子通道的開放;當其自行移動時，則產生微弱的門控電流，為靜息的、外向整流的電壓和時間依賴型鉀通道，作為機械門控性（mechano－gated)K通道，其細胞膜在機械力作用下，容積大小發(fā)生改變，以此調控通道活性［5］。TREK1廣泛存在于大腦的神經元，特別是尾狀核和殼核內GABA豐富的中間神經元;在前額葉、海馬、下丘腦［6］亦有表達;在中縫核5－HT神經元和背根神經節(jié)的感覺神經元中也有發(fā)現(xiàn)［7］。TREK1在神經元的突觸前膜和后膜均有表達，調節(jié)神經元突觸前膜TREK1通道的開放能影響神經遞質的釋放。實驗動物研究發(fā)現(xiàn)當有害刺激出現(xiàn)時，突觸前易化，引起感覺神經元和運動神經元之間神經遞質釋放。目前認為TREK1與神經元相關疾病的關系主要集中在TREK1對突觸前膜神經遞質的調控。最近發(fā)現(xiàn)TREK1在外周的腸系膜動脈、皮膚毛細血管的內皮細胞存在，參與內皮依賴的血管擴張發(fā)揮重要作用［8］。在小鼠牙髓神經元（14%)發(fā)現(xiàn)TREK1，可以作為治療牙髓過敏的新靶點［9］，在人類的子宮肌層細胞它和TASK1一起被定位于細胞內和質膜［10］。

2 TREK1興奮性的調節(jié)

2.1 物理刺激 TREK1通道與靜息電位有關，并參與調節(jié)神經元的整體興奮性。它能被諸如機械刺激、細胞內酸中毒、升高的體溫等物理刺激作用而影響其生物活性。全細胞膜片鉗記錄研究顯示:膜牽拉導致TREK1通道可逆性的開放，該機械刺激直接引起的通道開放，不依賴于細胞內的Ca2+和ATP水平。研究中負壓刺激產生的興奮性明顯高于正壓所引起的興奮，提示特異性的細胞膨脹變形能優(yōu)先打開通道。從全面細胞的水平來看，當細胞外液的滲透壓升高時，TREK1的離子流明顯減弱，細胞體積的改變通過影響膜的緊張度使通道開放。機械刺激通過脂質雙分子層傳遞，肌動蛋白的細胞骨架使沖動在傳遞過程中被削減。［11］TREK1和肌動蛋白的細胞骨架之間相互作用并最終影響了神經元的放電和突觸的發(fā)生。TREK1在100 ms的膜牽拉過程中表現(xiàn)出明顯的失活狀態(tài)，且不受細胞骨架和膜片切除等影響，該失活狀態(tài)為通道的四種循環(huán)狀態(tài)之一，是其固有的。TREK1的羧基端為通道的中樞，缺失將導致通道逐漸失活［11］。

細胞內的pH亦改變電壓與通道激活之間的關系，當pH降低時鉀通道甚至可能在正常電壓下打開，而細胞酸中毒時TREK1活性被抑制而失活［12］。此外持續(xù)的體溫上升刺激TREK1產生可逆性的興奮而使通道開放，其可耐受的最高體溫為32～37℃，體溫每升高1℃則電流幅度值增加0.9倍。TREK1熱興奮的前提是細胞的完整性，膜被破壞則TREK1對熱刺激失去反應［13］。

2.2 化學刺激 除了被物理刺激所興奮外，TREK1亦能被諸如細胞內的脂質等化學刺激所激活。物理刺激和化學刺激共同作用調節(jié)TREK1的興奮性活動。在磷脂類中磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷酯酰絲氨酸均能使TREK1產生興奮，甘油二酯作用剛好相反作為負調控因子存在;多不飽和脂肪酸，例如花生四烯酸能可逆性的引起通道開放;溶血磷脂酰膽堿刺激TREK1產生開放，和花生四烯酸一樣都與羰基鏈端的作用相關。

2.3 膜受體和第二信使 Gs、Gq偶聯(lián)的膜受體，Gs偶聯(lián)的5－HT4受體，神經遞質5－HT作用導致TREK1的興奮性下調，AKAP150的參與使G蛋白藕聯(lián)受體對TREK1的抑制作用。加強這一作用機理可能是由于AKAP150增加了TREK1與PKA的結合［14］。谷氨酸的代謝型受體mGluR1和mGluR1激活Gq蛋白偶聯(lián)的受體也可抑制TREK1的興奮性;磷脂酶C的水解產物PtdIns（4，5)P2使其去極化而興奮性減低;PKC興奮AKAP150的結合部位ser333和ser300進而激活Gq蛋白偶聯(lián)受體最終抑制通道的活動［15］。與上述作用相反，NO激活蛋白激酶G調節(jié)ser351的磷酸化提高TREK1的電流，TREK1在外周的腸系膜動脈、皮膚毛細血管參與內皮依賴的血管擴張發(fā)揮的作用機理就可能是影響了NO 的產生［12］。

3 TREK1的藥理學作用

TREK1具有重要的藥理學作用，與P1型鉀離子通道所不同，它不被四乙銨、4－氨基吡啶等拮抗劑抑制;但它能被其它藥物抑制，如氟西汀。為了能在體外研究TREK1的藥理學作用，TREK1基因敲除小鼠起到了極其重要的作用。Trek1－/－突變小鼠的出現(xiàn)改變了人們對TREK1功能的認識，提出了很多新的觀點。臨床常用的揮發(fā)性全麻藥，如氯仿、異氟醚、乙醚、氟烷、N2O、環(huán)丙烷作用于該通道，發(fā)揮較強的鎮(zhèn)痛作用。此外它還參與人類的犒賞活動，在神經保護、疼痛感覺、抑郁障礙等神經元相關的活動中發(fā)揮了重要作用，最近TREK1介導了多不飽和脂肪酸制劑發(fā)揮血管擴張劑的作用［13］。

3.1 TREK1和麻醉 部分麻醉藥通過打開TREK1通道，導致神經元超極化。Trek1－/－突變的小鼠對氯仿、氟烷、七氟醚、地氟醚的興奮性明顯減低，在Trek1－/－突變的小鼠，氟烷達到全麻時的濃度卻較野生型小鼠沒有差別，這可能是由于揮發(fā)性全麻藥的細胞分子機制仍有包括GABA受體在內的其它靶點［15］。全細胞和單通道的膜片鉗研究同時發(fā)現(xiàn)單一TREK1的羧基端（CTDs)能夠介導利多卡因的部分抑制作用，但完全的抑制作用必須依靠CTDs與利多卡因結合后的相互作用［16］。最近運用全細胞膜片鉗研究發(fā)現(xiàn)單一的（h)TREK1的CTDs能夠介導利多卡因的部分抑制作用，但完全的抑制作用必須依靠CTDs與利多卡因結合后的相互作用［17］。

3.2 TREK1和疼痛感覺 TREK1通道受到包括加壓和加熱在內的疼痛刺激而開放，Trek1－/－小鼠較野生型小鼠對疼痛刺激更為敏感，其DRG神經元在30℃～45℃范圍內對熱刺激的敏感性增加，但是當給予冷刺激時TREK1通道的興奮性卻沒有發(fā)生變化。提示我們TREK1可能不參與冷感受過程。Trek1－/－小鼠較野生型小鼠對機械刺激的敏感性亦增加。因此更容易引起觸刺激誘發(fā)疼痛。TREK1對疼痛感受器的機械感受性起調節(jié)作用，參與了外周炎癥反應的疼痛感受。炎癥介質通過作用于痛覺感受器和溫度感受器引起了慢性疼痛，炎癥介質所引起的痛覺感受器和溫度感受器超敏現(xiàn)象在Trek1－/－小鼠較野生型小鼠為低［16］。

3.3 TREK1和神經元保護 TREK1通道的開放介導了神經元的保護。Trek1－/－突變的小鼠更容易發(fā)生組織缺氧和癲癇，腦室內自身或靜脈給藥的亞麻酸鹽和溶血磷脂起到神經元保護的作用，紅藻氨酸鹽可誘發(fā)癲癇，這些作用在Trek1－/－突變的小鼠都是缺如的［15］。而正常機體內，當腦部缺氧時組織內花生四烯酸被釋放，pH下降，細胞膨脹這些病理改變均能促進TREK1的開放。緊接著突觸前和突出后的神經元超極化，保護神經元免受谷氨酸興奮的神經毒性作用。同樣的在利魯唑、N2O、氙發(fā)揮神經元保護作用時，TREK1亦是開放的［18］。

3.4 TREK1和抑郁障礙 （1)基因敲除研究:較之野生型小鼠，TREK1缺陷的小鼠對抑郁相關的癥狀耐受性更強。在強迫游泳實驗（Porsolt forced swim test，F(xiàn)ST)中TREK1缺陷的小鼠在感到絕望并放棄前游泳的時間明顯延長。該TREK1缺陷小鼠的行為與接受SSRI治療的野生型小鼠極其相似。該行為表現(xiàn)與5－HT神經遞質相關，敲除TREK1減少突觸間隙cAMP的含量使5－HT對突觸前膜神經元的負反饋被抑制，5－HT1A受體興奮性減低，突觸間隙的5－HT含量增加，最終對抑郁的發(fā)生具有抵抗作用。腦中5－HT敏感神經元的電生理學檢測表明，較之野生型，TREK1缺陷小鼠的神經元活化作用增強，若通過聯(lián)合用藥并阻止神經遞質合成、重吸收及再循環(huán)，使其耗竭則會逆轉TREK1缺陷小鼠的抑郁耐受表型。TREK1缺陷小鼠的行為表現(xiàn)所并非這類離子通道功能的普遍特點，缺乏TRAAK（TRAAK和TREK1均為在中縫背核表達的鉀離子通道)的小鼠模型并未顯現(xiàn)出抗抑郁表型，其5－HT傳遞正常并且仍然對抗抑郁藥物敏感。由于消除TREK1后誘導動物產生類似于抗抑郁藥治療后的表型，新型的TREK1阻滯劑可能具有抗抑郁效應［1］。

（2)全細胞膜片鉗記錄研究:氟西?。╢luoxetine)及其他SSRI類抗抑郁藥可部分抑制腦內TREK1，這些藥物的作用發(fā)揮一部分可能依賴于TREK1。1 Blackett Laboratory等通過全細胞膜片鉗記錄（whole－cell patch－clamp recording)的方法研究古菌素A 201細胞后，報道氟西汀及其代謝產物諾氟西汀抑制人的2P型鉀離子通道TREK1，氟西汀表現(xiàn)出對TREK1濃度依賴型的抑制作用，該抑制作用與電壓無關，半數抑制濃度為19μM，當氟西汀濃度為100μM抑制了84%的TREK1電流。諾氟西汀對TREK1的抑制力更強，半數抑制濃度為9μM抑制作用也不受電壓影響。TREK1的羧基端仍然是抑制作用的中樞，切除TREK1的羧基端則氟西汀不能發(fā)揮抑制作用。E 306在TREK1發(fā)揮胞內質子傳感器的作用，當谷氨酸（E)突變?yōu)楸彼幔ˋ)，則極大地降低了氟西汀對通道的抑制作用，100μM只能抑制40%的TREK1電流［2］。

（3)STARD研究:在 Roy H Perlis等人的STARD（Sequenced Treatment Alternatives to Relieve Depression)研究中發(fā)現(xiàn)TREK1的單核苷酸多態(tài)性與抗抑郁藥治療的積極反應相關（rs10494996 A等位基因 ，rs12136349 G等位基因，rs2841608 C等位基因，rs2841616 G 等 位 基 因)［3］;而 SLC18A2（VMAT2)、S100A10、HDAC5與抗抑郁治療的反應性無關。

（4)fMRI研究:目前已經證實TREK1敲除的小鼠模型顯現(xiàn)出抗抑郁表型，且TREK1的單核苷酸多態(tài)性與抗抑郁的反應相關，但是這些關聯(lián)的神經機制尚不清楚。TREK1在犒賞相關的基底節(jié)區(qū)表達，那么TREK1的遺傳多態(tài)性是否與抑郁障礙快感缺失的癥狀相關呢?Daniel G.Dillon等人讓已進行基因分型的31名被試在fMRI的過程中完成延遲滿足的任務。結果顯示既往認為與積極地抗抑郁反應相關的三個基因型（rs10494996 A，rs2841608 C，rs2841616 G)和強化基底節(jié)對獲益反應的興奮性相關，但是不影響對懲罰或者無獲益反饋的反應。TREK1的遺傳多態(tài)性不影響基底節(jié)區(qū)的體積，但是和被試自我報告快感缺失的測評有確切相關關系。TREK1基因保護性等位基因（protective alleles)的總數和對獲益反應較強的其它腦區(qū)（前扣帶皮質、眶額葉皮質、前額葉皮質兩側)相關。TREK1的遺傳多態(tài)性和大腦犒賞反應活動的個體差異相關。此外基底節(jié)區(qū)對犒賞的反應還與多巴胺轉運體［dopamine transporter（DAT1)］兒茶酚－O－甲基轉移酶（catechol－O－methyltransferase，COMT)功能基因的多態(tài)性相關聯(lián)［4］。

TREK1作為新的與抗抑郁藥相關的靶點，現(xiàn)在對其結構、功能、藥理學運用都有了初步的認識，而且TREK1在胃腸疾病、糖尿病等領域也發(fā)揮著作用。如何才能在加深對其了解的基礎之上研發(fā)出能有效治療抑郁障礙的新藥便成了新的課題。但要把TREK1拮抗劑一類的藥物運用到臨床治療抑郁障礙，我們還需關注它與經典及非經典抗精神病藥、鋰鹽等心境穩(wěn)定劑以及與其他抗抑郁抗焦慮藥的相互作用等。隨著對TREK1基因功能的進一步研究，能否也讓其加入到基因治療的行列中也是待解決的問題。

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