DRD1-DARPP-32-组蛋白H3通路介导氯胺酮诱导精神症状样行为的机制研究

《Cell Biology and Toxicology》：Repeated ketamine exposure induces psychotic-like behaviors in mice via DRD1-mediated phosphorylation of p-Thr34 DARPP-32 and p-Ser10 histone H3

本研究针对反复氯胺酮暴露诱发精神疾病的机制不明问题，通过细胞和小鼠模型系统探究了DRD1介导的p-Thr34 DARPP-32和p-Ser10组蛋白H3磷酸化在其中的关键作用。研究发现DRD1拮抗剂可缓解氯胺酮诱导的精神症状样行为和认知缺陷，而DRD1激动剂可部分模拟氯胺酮样症状。机制上，氯胺酮通过PKA促进p-Thr34 DARPP-32核聚集，抑制PP1活性进而诱导p-Ser10 H3磷酸化，导致转录异常和海马神经发生受损。该研究揭示了DRD1-DARPP-32-组蛋白H3通路作为氯胺酮诱导精神症状样行为的关键介质，为相关精神障碍的干预提供了新靶点。

　　

在当代精神医学和神经科学领域，氯胺酮作为一种重要的麻醉药物和潜在抗抑郁剂，其双重作用备受关注。然而，反复氯胺酮暴露可能诱发精神疾病样症状，包括认知缺陷、幻觉和动机缺乏等，严重制约其临床应用并引发公共卫生担忧。尽管既往研究多聚焦于NMDA受体功能障碍，但多巴胺系统尤其是DRD1在其中的作用机制仍不明确。

为阐明这一科学问题，中国医科大学法医学院姚俊团队在《Cell Biology and Toxicology》发表最新研究，通过整合行为学、分子生物学和多组学技术，系统揭示了DRD1-DARPP-32-组蛋白H3信号通路在氯胺酮诱导精神症状样行为中的核心作用。研究发现DRD1拮抗剂可显著缓解氯胺酮引起的行为异常和认知损伤，而DRD1激动剂则能部分模拟氯胺酮效应。在机制层面，氯胺酮通过激活PKA促进DARPP-32第34位苏氨酸磷酸化（p-Thr34 DARPP-32），并驱动其核转位；核内p-Thr34 DARPP-32通过抑制PP1活性，增强组蛋白H3第10位丝氨酸磷酸化（p-Ser10 H3），进而引起染色质重构和转录异常。此外，研究还发现氯胺酮可抑制海马齿状回神经发生，并增强神经元-星形胶质细胞相互作用。

关键技术方法包括：通过条件性基因敲除小鼠模型验证靶点特异性；采用Western blot和免疫荧光检测蛋白表达与定位；利用RNA-seq和ATAC-seq进行转录组和染色质可及性联合分析；通过单核RNA测序解析细胞类型特异性相互作用；运用免疫共沉淀-质谱联用技术筛选DARPP-32互作蛋白。

行为学验证DRD1的关键作用

通过旷场、巴恩斯迷宫、强迫游泳和莫里斯水迷宫等行为学测试，发现氯胺酮组小鼠表现出自主活动增加、空间记忆受损和动机下降等精神症状样行为。DRD1拮抗剂SCH23390可显著改善这些行为异常，而DRD1激动剂SKF38393能部分模拟氯胺酮效应，提示DRD1是氯胺酮行为效应的关键介质。

DRD1介导的分子通路激活

蛋白检测显示，氯胺酮显著上调海马和前额叶皮层中DRD1、PKA、PP2A和p-Thr34 DARPP-32表达。在DRD1条件性敲除（cKO）小鼠中，氯胺酮的上述效应被逆转，证实DRD1是氯胺酮激活PKA/PP2A/p-Thr34 DARPP-32通路的上游关键因子。

DARPP-32磷酸化调控机制

细胞实验发现，氯胺酮以浓度依赖性方式促进p-Thr34 DARPP-32核聚集。点突变实验证实，Thr34是促进p-Ser10 H3磷酸化的关键位点，而Thr75和Ser97起抑制作用。免疫共沉淀显示Ser97位点介导DARPP-32与PP1的结合，揭示磷酸化位点协同调控的新机制。

多组学揭示神经发生抑制

RNA-seq和ATAC-seq联合分析表明，氯胺酮通过影响染色质可及性，抑制与多巴胺能神经元分化和轴突导向相关的基因表达。免疫荧光证实氯胺酮降低海马齿状回新生未成熟神经元和神经干细胞比例，同时增加星形胶质细胞数量和神经元-星形胶质细胞相互作用。

该研究首次系统阐明DRD1-DARPP-32-组蛋白H3通路在氯胺酮诱导精神症状样行为中的核心作用，创新性地揭示DARPP-32不同磷酸化位点的功能差异及其核转位机制。发现不仅深化了对氯胺酮神经毒性机制的理解，也为相关精神疾病的干预提供了新靶点。研究提出的DRD1拮抗剂可能具有治疗潜力，但需进一步临床验证。此外，氯胺酮对神经发生和胶质细胞网络的调控作用，为理解精神疾病中神经可塑性异常提供了新视角。