D-絲氨酸在抑郁癥中的作用研究進展

陳珍珍，王 偉，唐震宇

(南昌大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，南昌 330006)

抑郁癥是一種嚴重的慢性精神疾病，以顯著且持久的情感低落、睡眠或食欲紊亂、思維遲緩、注意力不集中、興趣喪失、言語動作減少以及負罪感或強烈的自殺欲望為典型癥狀。據(jù)估計，世界上有超過3億人患有抑郁癥，它被世界衛(wèi)生組織列為全球范圍內(nèi)患者致殘的主要原因，并且患有嚴重抑郁障礙的患者自殺的概率比正常人增加了30倍[1]。單胺缺乏被認為是抑郁癥的主要致病原因，目前的抗抑郁藥物主要是通過作用于血清素和去甲腎上腺素的途徑來調(diào)節(jié)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，但其抗抑郁的具體作用機制還不清楚。這類抗抑郁藥物對大多數(shù)抑郁癥患者的治療效果都不理想：患者在用藥1個月后才可能起效，耐受性差，癥狀緩解不全且易復發(fā)。因此急需研發(fā)見效更快、效果更好的抗抑郁藥物。近些年腦內(nèi)獎賞環(huán)路興奮性谷氨酸遞質(zhì)系統(tǒng)的病理生理學機制正成為抑郁癥研究的熱點，獎賞環(huán)路內(nèi)的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體參與了抑郁癥的發(fā)病機制，D-絲氨酸作為NMDA受體的內(nèi)源性協(xié)同激動劑在抑郁癥中的作用正在被研究，D-絲氨酸可能是一種治療抑郁癥的潛在重要藥物。本文對近年來D-絲氨酸與抑郁癥的研究進展進行綜述。

1 D-絲氨酸與NMDA受體的關(guān)系

NMDA受體的功能失調(diào)與一些神經(jīng)精神障礙有關(guān)[2]，現(xiàn)在有大量證據(jù)支持抑郁癥患者NMDA受體功能低下[3]。D-絲氨酸是NMDA受體的一種高效的協(xié)同激動劑，在NMDA受體介導的神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)傳遞、神經(jīng)毒性、細胞遷移、突觸可塑性及學習和記憶中起著重要的調(diào)節(jié)作用[4]，所以D-絲氨酸可能治療抑郁癥[5]。最近的研究[6]表明，NMDA受體甘氨酸位點在許多大腦區(qū)域(如海馬、丘腦、新皮質(zhì)、腦干和視網(wǎng)膜)很可能不是完全飽和的，因此，微調(diào)D-絲氨酸水平可以作為調(diào)節(jié)NMDA受體活性的途徑。D-絲氨酸存在于膠質(zhì)細胞(主要是星形膠質(zhì)細胞)和神經(jīng)元中，它既是一種膠質(zhì)遞質(zhì)[7]，也是一種神經(jīng)遞質(zhì)[8]。膠質(zhì)細胞是D-絲氨酸最主要的來源，這種細胞在腦富含NMDA受體的區(qū)域中包繞神經(jīng)末梢形成鞘。有研究[9]發(fā)現(xiàn)，應用膠質(zhì)細胞特異性抑制劑氟乙酸鈉(FAC)，可顯著損害海馬CA1區(qū)突觸可塑性長時程增強(LTP)，但是當給予外源性D-絲氨酸后明顯逆轉(zhuǎn)了這種損害。WOLOSKER等[8]提出星形膠質(zhì)細胞合成L-絲氨酸，L-絲氨酸再穿梭到神經(jīng)元轉(zhuǎn)化為D-絲氨酸。

NMDA受體是一類在大腦中廣泛表達的離子型谷氨酸受體，由2個甘氨酸結(jié)合的GluN1亞基和2個谷氨酸結(jié)合的GluN2亞基(GluN2A、GluN2B、GluN2C和GluN2D)組成，在成人大腦中，大多數(shù)NMDA受體是GluN1與GluN2A和(或)GluN2B的組合。NMDA受體的激活需要谷氨酸鹽/天冬氨酸鹽與NR2亞單位的結(jié)合，及NMDA受體的共激動劑甘氨酸/D-絲氨酸與NR1亞單位的結(jié)合。只有當NMDA受體上的谷氨酸結(jié)合位點和甘氨酸結(jié)合位點二者同時激活時,Ca2+通道才會開放，引起Ca2+內(nèi)流和突觸后膜去極化，從而參與調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中興奮性氨基酸信號的傳導。有研究[10]證明，通過增加或減少NMDA受體附近的D-絲氨酸濃度可調(diào)控谷氨酸能遞質(zhì)傳遞，進而影響抑郁癥狀。多年來，人們認為甘氨酸是NMDA受體的共激動劑，它作用于NMDA受體的位點被稱為“甘氨酸結(jié)合位點”。但是現(xiàn)在有相當多的證據(jù)[5]表明：與甘氨酸相比，D-絲氨酸與NMDA受體NR1亞基的結(jié)合更為緊密，因為它們的結(jié)合位點有3個附加的氫鍵，其結(jié)合效能是甘氨酸的3～4倍；并且與甘氨酸相比，D-絲氨酸與NMDA受體的分布區(qū)域更接近。在成人大腦中，NMDA受體含量特別高的區(qū)域(比如前腦區(qū)和海馬)，富含D-絲氨酸。然而其他大腦區(qū)域(如后腦區(qū)和腦干)，幾乎檢測不到D-絲氨酸。甘氨酸和D-絲氨酸作用于不同的NMDA受體群體：D-絲氨酸作用于突觸受體，甘氨酸作用于突觸外受體。突觸NMDA受體具有神經(jīng)保護作用，但是突觸外受體可能促進細胞死亡。

D-絲氨酸可以逆轉(zhuǎn)NMDA受體拮抗劑苯環(huán)利定(PCP)導致的不同發(fā)育階段的SD大鼠的空間和記憶缺陷。FUJITA等[11]報告說，嚙齒類動物產(chǎn)前接觸母體免疫缺陷，其海馬NMDA受體亞單位的表達減少，成年后出現(xiàn)認知障礙，通過口服D-絲氨酸可以改善認知障礙。據(jù)報道[12]，D-絲氨酸在嚙齒動物抑郁模型中具有抗抑郁樣作用。WEI等[13]研究了D-絲氨酸和氯胺酮對大鼠強迫游泳實驗的影響，提出D-絲氨酸產(chǎn)生抗抑郁癥作用的機制與氯胺酮相同。WANG等[14]發(fā)現(xiàn)，慢性社會挫敗應激(CSDS)小鼠通過表觀遺傳激活誘導D-絲氨酸轉(zhuǎn)運體的表達，從而降低海馬中D-絲氨酸的水平，導致小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為。

2 D-絲氨酸的合成和分解及其與抑郁癥的關(guān)系

D-絲氨酸由L-絲氨酸經(jīng)絲氨酸消旋酶(SR)催化生成，被D-絲氨酸氧化酶(DAAO)催化降解[15]。在大腦中，SR和D-絲氨酸的分布區(qū)域相同，主要分布在前腦區(qū)域。比如在皮層和海馬中，SR和D-絲氨酸的含量較高，而在小腦和腦干中，SR和D-絲氨酸的含量要低得多。一項對SR細胞型特異性敲除小鼠SR和D-絲氨酸水平進行比較的研究[16]發(fā)現(xiàn)，SR星形膠質(zhì)細胞特異性敲除小鼠的D-絲氨酸水平低于SR神經(jīng)元特異性敲除小鼠，說明星形膠質(zhì)細胞對SR的含量影響更大。SR以非共價的二聚體形式存在，對L-絲氨酸具有高度選擇性，在二價陽離子(如Mg2+、Ca2+)、ATP、代謝性mGluR2/3/5受體、AMPA受體和合適的pH值條件下，被5-磷酸吡哆醛(PLP)激活，將4分子的L-絲氨酸催化成為1分子D-絲氨酸和3分子的丙酮酸鹽[17]，這些調(diào)節(jié)SR活性的途徑可能是提高D-絲氨酸濃度的潛在靶點。AMPA誘導的突觸后膜去極化建立細胞內(nèi)鈣濃度梯度差，并通過可溶性Nethylmaleimide敏感因子附著蛋白受體(SNARE)激活SR。谷氨酸受體相互作用蛋白(GRIP)與mGluR2/3受體形成的復合物，可改變SR的構(gòu)象和功能，并能減少D-絲氨酸的產(chǎn)生。甘氨酸是主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，可抑制SR的生成，從而確保腦干和脊髓中維持微量的D-絲氨酸環(huán)境[18]，有助于防止突觸D-絲氨酸過量引起的NMDA受體過度激活和興奮性毒性[19]。

據(jù)報道[20]，蛋白激酶C(PKC)直接與PICK1相互作用，能夠磷酸化SR，導致體內(nèi)外D-絲氨酸水平相應降低。Colga 3(Colgin亞家族A的成員)可減少SR的泛素化，從而保護SR不被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解。嚙齒動物的臨床前研究[14]表明，通過降低絲氨酸消旋酶(SR)的活性來降低大腦中D-絲氨酸的水平，可以產(chǎn)生與抑郁癥臨床癥狀相似的癥狀。據(jù)報道[21]，SR基因敲除的小鼠表現(xiàn)出基礎(chǔ)NMDA受體活性降低，樹突和棘突密度降低，補充D-絲氨酸逆轉(zhuǎn)了活性相關(guān)細胞骨架蛋白(Arc)的表達，并逆轉(zhuǎn)了樹突和棘突密度的異常。MATVEEVA等[22]實驗證實，SR基因敲除小鼠表現(xiàn)出明顯的抑郁行為，SR激動劑可明顯改善小鼠的抑郁癥狀。

與SR和D-絲氨酸在腦內(nèi)的分布相反，DAAO在后腦區(qū)的小腦和腦干中含量最豐富，在前額葉皮質(zhì)、海馬和黑質(zhì)中的濃度要低得多。一氧化氮(NO)可抑制SR的活性并同時增強DAAO的活性，從而加快D-絲氨酸的代謝，提示NO加重抑郁癥的可能性。DAAO的抑制劑是苯甲酸鹽(benzoate)，其主要的存在形式是苯甲酸鈉(NaB)，它也是一種常用的食品防腐劑，其主要來源是腸道菌群，苯甲酸鹽與DAAO結(jié)合后使D-絲氨酸與DAAO的結(jié)合減少，減慢D-絲氨酸的分解速率，說明DAAO抑制劑苯甲酸鈉對抑郁癥患者有治療效果。據(jù)報道[14]，抑郁癥患者死后腦組織中DAAO活性較正常對照組增高。DAAO由基因G72[23]的蛋白產(chǎn)物調(diào)節(jié)，G72的變異與抑郁癥[24]有關(guān)。HASHIMOTO等[25]發(fā)現(xiàn)給予小鼠地佐西平(一種非競爭性NMDA受體拮抗劑)后會導致抑郁行為，當同時給予D-絲氨酸和DAAO抑制劑后可以明顯地改善這種抑郁行為。其他研究人員[26]也在臨床前研究中將DAAO抑制劑與D-絲氨酸聯(lián)合使用，結(jié)果表明DAAO抑制劑可通過減少D-絲氨酸的所需劑量而減輕其藥物副作用。

3 D-絲氨酸的攝取和釋放及其與抑郁癥的關(guān)系

攝取D-絲氨酸需要特殊的轉(zhuǎn)運體，神經(jīng)元的ASC-1轉(zhuǎn)運體和星形膠質(zhì)細胞的ASCT轉(zhuǎn)運體是對D-絲氨酸顯示高親和力的轉(zhuǎn)運蛋白[19]。ASC-1是一種Na+非依賴性的小分子中性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白，Na+依賴性轉(zhuǎn)運系統(tǒng)包括ASCT1與ASCT2。甘氨酸是ASC-1的競爭性抑制劑，通過與ASC-1結(jié)合，減少ASC-1對D-絲氨酸的攝取，從而促進D-絲氨酸的釋放[19]。ASCT轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的一個重要特點是雙向轉(zhuǎn)運，即該轉(zhuǎn)運系統(tǒng)除有攝取D-絲氨酸的功能外，還參與D-絲氨酸的釋放。體外實驗[14]表明，ASCT2過表達增加了D-絲氨酸在細胞培養(yǎng)基中的攝取，而ASCT2的下調(diào)降低了D-絲氨酸的攝取。體內(nèi)與體外實驗[27]都證明，ASCT2表達的上調(diào)是通過其啟動子區(qū)組蛋白高乙?；鶎е碌摹INGH等[28]研究了氯胺酮對ASCT2介導的D-絲氨酸轉(zhuǎn)運的影響，發(fā)現(xiàn)氯胺酮通過選擇性抑制ASCT2的表達從而減少D-絲氨酸的攝?。蛔髡哒J為這可能是氯胺酮治療抑郁癥的一個原因。LAKATOS等[29]研究證實，綠茶的主要成分L-茶氨酸(一種小的中性L-氨基酸，結(jié)構(gòu)與ASCT2底物L-谷氨酰胺相似)是ASCT2的競爭性抑制劑，可減少ASCT2對D-絲氨酸的攝取，從而改善抑郁癥。

D-絲氨酸通過囊泡分泌的方式釋放，星形膠質(zhì)細胞可像所有真核細胞一樣利用分泌型溶酶體轉(zhuǎn)運新的蛋白，稱為組成型胞吐。此外還有一種調(diào)節(jié)型胞吐：當細胞膜因去極化而引起胞內(nèi)Ca2+濃度升高時，分泌囊泡與質(zhì)膜融合釋放內(nèi)含的D-絲氨酸。無論是組成型分泌還是調(diào)節(jié)型分泌，均需要SNARE蛋白介導囊泡與質(zhì)膜的融合。由此可見調(diào)節(jié)SNARE蛋白可間接影響D-絲氨酸的濃度，從而改善抑郁癥。血液中的D-絲氨酸在腎小球中濾過后，部分在近端小管中重吸收，其余的從尿液中排出[30]。谷氨酰胺通過與D-絲氨酸競爭轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，抑制突觸小體對D-絲氨酸的攝取，從而增加細胞外D-絲氨酸的濃度，增強突觸NMDA受體的激活，進而改善抑郁癥[31]。組胺受體H1受體的激活可促進D-絲氨酸的釋放，從而增強NMDA受體介導的突觸可塑性，改善抑郁癥[32]。

4 D-絲氨酸治療抑郁癥的臨床研究

據(jù)報道[33]，抑郁癥患者腦脊液(CSF)和血液中D-絲氨酸水平降低。臨床試驗研究[34]表明，D-絲氨酸可改善抑郁情緒。一項對服用D-絲氨酸4周患者的臨床隨訪研究[35]報道，高劑量(60 mg·kg-1·d-1)的D-絲氨酸可以改善神經(jīng)認知功能，在這項研究中，他們對受試者進行了隨機、雙盲、對照臨床試驗，D-絲氨酸劑量為60 mg·kg-1·d-1，每日分2次服用，持續(xù)16周，結(jié)論是D-絲氨酸對治療抑郁癥狀有效。據(jù)報道[36]，每天服用高達4 g的D-絲氨酸沒有引起不良反應，服用D-絲氨酸30 mg·kg-1·d-1用于改善抑郁癥狀的療效尚存在爭議，但所有研究結(jié)果均顯示60 mg·kg-1·d-1或更高劑量的D-絲氨酸能顯著改善抑郁癥狀，原因可能是需要更高劑量的D-絲氨酸來充分激活NMDA受體，同時也要達到足夠的D-絲氨酸血清水平和腦內(nèi)濃度才能發(fā)揮治療效果。

有研究[37]證實，D-絲氨酸能夠改善抑郁癥狀。ISHIWATA等[38]報道重度抑郁癥患者腦脊液中D-絲氨酸水平與抑郁癥嚴重程度呈負相關(guān)；然而，HASHIMOTO等[39]發(fā)現(xiàn)重度抑郁癥患者血清中D-絲氨酸和L-絲氨酸水平均升高，患者抑郁嚴重程度的差異可能是造成這種矛盾現(xiàn)象的原因，重度抑郁癥患者的血清D-絲氨酸和L-絲氨酸水平升高，并且L-絲氨酸的水平更高。此外HASHIMOTO等[39]研究還提示重度抑郁癥患者體內(nèi)絲氨酸對應體的合成和分解代謝異常。

D-絲氨酸治療抑郁癥的問題之一是其會被DAAO快速代謝，降低其生物利用度并需要大劑量給藥，這可能導致周圍神經(jīng)病。此外還存在安全方面的擔憂，據(jù)報道[40]，高濃度的D-絲氨酸會引起與DAAO代謝相關(guān)的潛在腎毒性。但是，在臨床研究[41]中以最高120 mg·kg-1·d-1的劑量給予D-絲氨酸(持續(xù)4周)，未見明顯的副作用(包括腎毒性)，在這項研究中，一位接受120 mg·kg-1·d-1D-絲氨酸的患者在治療的最后1周確實顯示蛋白尿而無糖尿，肌酐無變化，但D-絲氨酸停藥后癥狀完全消失。同時有研究[42]使用D-絲氨酸60 mg·kg-1·d-1，持續(xù)16周，結(jié)果有2例患者因出現(xiàn)與治療相關(guān)的腎臟異常檢驗值而停藥，經(jīng)過治療后得到痊愈。目前尚不清楚D-絲氨酸在16周治療期后的長期副作用，應在這一方面進行深入研究，包括更長的服藥時間間隔，以確?；颊甙踩?/p>

現(xiàn)在已經(jīng)公認，靜脈注射NMDA受體拮抗劑氯胺酮可以迅速改善抑郁癥狀[43]。如上所述，NMDA受體激動劑D-絲氨酸也可產(chǎn)生抗抑郁作用。MALKESMAN等[44]指出，這兩種藥物可能激活共同的、匯聚的下游靶點BDNF/mTOR信號，產(chǎn)生對蛋白質(zhì)表達的類似作用，并在突觸可塑性方面產(chǎn)生類似的變化。據(jù)報道[45]，D-絲氨酸和氯胺酮之間存在某些相互作用：D-絲氨酸可能是氯胺酮抗抑郁反應的預測生物標志物，血漿D-絲氨酸水平低預示著氯胺酮對抑郁癥患者有療效。這種矛盾現(xiàn)象背后的潛在作用機制有待進一步深入研究。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，D-絲氨酸在抑郁癥中扮演著重要的角色。D-絲氨酸主要由絲氨酸消旋酶(SR)將L-絲氨酸直接催化而來，最終被D-絲氨基酸氧化酶(DAAO)降解，這些酶受各種因素的調(diào)節(jié)是相當復雜的。NMDA受體是介導抑郁易感性的關(guān)鍵因素，D-絲氨酸作為NMDA受體上甘氨酸位點的主要內(nèi)源性配體，對經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的傳統(tǒng)概念提出了新的補充。面對現(xiàn)存抑郁癥治療方法的一些不足，通過監(jiān)測、調(diào)控D-絲氨酸合成酶和降解酶的活性來調(diào)節(jié)D-絲氨酸的合成和降解，進而干預其相應的受體可能為抑郁癥的治療提供一個新的思路和治療靶點。從而縮短典型抗抑郁藥的起效時間，增加其治療有效率，提高患者生活質(zhì)量，降低抑郁癥自殺率及減輕社會的經(jīng)濟負擔。近年來對D-絲氨酸的研究盡管取得了很大進展，但其具體作用機制和臨床用法用量仍需進一步的探索與發(fā)現(xiàn)，仍有很多問題有待解決，具體相關(guān)驗證還需進一步深入研究。希望隨著研究的深入，在不久的將來能夠有D-絲氨酸類抗抑郁癥藥物的問世。