度洛西汀对电压门控K+ 3.1（Kv3.1）通道的抑制作用及其潜在的电生理机制

《Toxicology and Applied Pharmacology》：Duloxetine-induced inhibition of voltage-gated K+ 3.1 (Kv3.1) channels and underlying electrophysiological mechanisms

神经递质调节剂多塞平通过抑制电压门控钾通道Kv3.1影响神经细胞电生理活动，其作用机制包括浓度依赖性电流抑制、加速失活及电压依赖性偏移，可能关联到多塞平相关神经精神副作用。

　　

Jin Ryeol An|Junsu Jeong|Hye Ryung Kim|Sooa Lee|Armin Sultana|Raju Das|Joohan Woo|Seong Woo Choi|Young Min Bae|Yeji Lim|Hongzoo Park|Mi Seon Seo|Won Sun Park

韩国庆州38066，东国大学医学院生理学系

摘要

度洛西汀是一种5-羟色胺-去甲肾上腺素再摄取抑制剂，广泛用于治疗重度抑郁症；然而，它也与严重的神经精神副作用有关，包括幻觉、意识混乱和自杀企图。尽管如此，这些不良反应的电生理机制仍不甚明了。在这项研究中，我们探讨了度洛西汀对中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中稳定表达的克隆大鼠电压门控K⁺（Kv3.1）通道亚单位的影响。度洛西汀以浓度依赖的方式抑制Kv3.1电流，半最大抑制浓度（IC₅₀）为2.04?±?0.27?μM（大约是峰值治疗血浆浓度0.4?μM的5倍），Hill系数为0.94?±?0.08。这种抑制作用伴随着电流失活的加速。度洛西汀的结合常数和解离常数分别为43.43?±?4.57?μM^?1·s^?1和122.12?±?68.2?s^?1。此外，度洛西汀使Kv3.1稳态失活的电压依赖性向更负的方向偏移，并在重复刺激（1和2?Hz）时导致使用依赖性抑制。度洛西汀还减缓了失活的恢复过程。对接分析预测，度洛西汀结合在Kv3.1通道的中央孔洞以及电压感应域和孔洞域之间的界面，支持了其抑制机制。进一步地，度洛西汀在SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞中也抑制了Kv3.1介导的电流。综合来看，我们的结果表明，度洛西汀以浓度依赖、时间依赖和使用（开放和失活状态）依赖的方式抑制CHO细胞中表达的Kv3.1通道，这与它的抗抑郁作用无关。

引言

度洛西汀于2004年获得美国食品药品监督管理局的批准，作为一种5-羟色胺-去甲肾上腺素再摄取抑制剂（SNRI），用于治疗重度抑郁症（De Berardis等人，2008年）。除了抗抑郁作用外，度洛西汀还广泛用于管理慢性神经病理性疼痛综合征，如糖尿病性周围神经病变和纤维肌痛（Müller等人，2008年；Russell等人，2008年）。这些镇痛作用归因于它调节疼痛通路中各种离子通道的能力。具体而言，度洛西汀抑制由电压门控Na⁺ 1.7（Nav1.7）和瞬时受体电位 canonical 5（TRPC5）通道介导的内向电流，以及由电压门控K⁺ 4.3（Kv4.3）通道介导的外向电流（Wang等人，2010年；Choi和Hahn，2012年；Zimova等人，2022年）。这些作用可能是其镇痛效果的基础。然而，度洛西汀也与心血管副作用有关，包括高血压和心动过速（Park等人，2020年）。值得注意的是，度洛西汀对Kv11.1（也称为human-ether-a-go-go相关基因；hERG）通道的抑制已被确定为其致心律失常作用的主要机制（Fischer等人，2013年）。尽管如此，它对其他Kv通道的广泛影响及其电生理机制仍不甚明了。Kv通道是神经元兴奋性和心脏功能的关键调节因子，因此研究度洛西汀与这些通道的相互作用对于全面了解其治疗作用和潜在风险至关重要。在这项研究中，我们探讨了度洛西汀对Kv3.1通道及其相关电生理机制的影响，以提供对其离子通道相互作用的新见解。

Shaw-型K⁺通道的Kv3亚家族包括四个成员，如Kv3.1、Kv3.2、Kv3.3和Kv3.4（Long等人，2005年）。其中，Kv3.1通道主要表达在富含小清蛋白的GABA能中间神经元中，在决定这些神经元的高频动作电位（AP）发放中起重要作用（Joho和Hurlock，2009年；Johnston等人，2010年）。因此，Kv3.1通道的功能和/或表达水平的变化会导致GABA能中间神经元中的γ振荡异常，这被认为可能是精神疾病（如精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症）症状的基础（Yanagi和Hashimoto，2024年）。事实上，非选择性Kv3.1通道阻滞剂，如四乙基铵或4-氨基吡啶，会延迟快速AP复极化，从而损害GABA能神经元的高频AP发放（Du等人，1996年；Martina等人，1998年）。此外，在一项精神分裂症患者的尸检研究中，Kv3.1通道的表达水平降低（Yanagi等人，2014年）。最近的一项研究表明，Kv3.1通道可能是改善精神分裂症中快速放电GABA能中间神经元活性的潜在药物靶点（Kaar等人，2024年）。考虑到度洛西汀和Kv通道的病理生理相关性，在将度洛西汀作为抗抑郁药物使用时，应研究其对Kv3.1通道的作用，以避免对神经精神系统的毒性影响。

本研究的目的是探讨度洛西汀对Kv3.1通道的抑制作用及其相关的生物物理机制。我们的结果显示，度洛西汀抑制了中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中表达的Kv3.1通道。这种抑制作用以浓度依赖、时间依赖和使用（开放和失活状态）依赖的方式发生，并使通道失活的电压依赖性向更负的方向偏移。综上所述，我们的发现表明，度洛西汀诱导的Kv3.1通道抑制可能是神经副作用潜在发展的原因。

部分摘要

度洛西汀于2004年获得美国食品药品监督管理局的批准，作为一种5-羟色胺-去甲肾上腺素再摄取抑制剂（SNRI），用于治疗重度抑郁症（De Berardis等人，2008年）。除了抗抑郁作用外，度洛西汀还广泛用于管理慢性神经病理性疼痛综合征，如糖尿病性周围神经病变和纤维肌痛（Müller等人，2008年；Russell等人，2008年）。这些镇痛作用归因于它调节疼痛通路中各种离子通道的能力。具体而言，度洛西汀抑制由电压门控Na⁺ 1.7（Nav1.7）和瞬时受体电位canonical 5（TRPC5）通道介导的内向电流，以及由电压门控K⁺ 4.3（Kv4.3）通道介导的外向电流（Wang等人，2010年；Choi和Hahn，2012年；Zimova等人，2022年）。这些作用可能是其镇痛效果的基础。然而，度洛西汀也与心血管副作用有关，包括高血压和心动过速（Park等人，2020年）。值得注意的是，度洛西汀对Kv11.1（也称为human-ether-a-go-go相关基因；hERG）通道的抑制已被确定为其致心律失常作用的主要机制（Fischer等人，2013年）。尽管如此，它对其他Kv通道的广泛影响及其电生理机制仍不甚明了。Kv通道是神经元兴奋性和心脏功能的关键调节因子，因此研究度洛西汀与这些通道的相互作用对于全面了解其治疗作用和潜在风险至关重要。在这项研究中，我们探讨了度洛西汀对Kv3.1通道及其相关电生理机制的影响，以提供对其离子通道相互作用的新见解。

Shaw-型K⁺通道的Kv3亚家族包括四个成员，如Kv3.1、Kv3.2、Kv3.3和Kv3.4（Long等人，2005年）。其中，Kv3.1通道主要表达在富含小清蛋白的GABA能中间神经元中，在决定这些神经元的高频动作电位（AP）发放中起重要作用（Joho和Hurlock，2009年；Johnston等人，2010年）。因此，Kv3.1通道的功能和/或表达水平的变化会导致GABA能中间神经元中的γ振荡异常，这被认为可能是精神疾病（如精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症）症状的基础（Yanagi和Hashimoto，2024年）。实际上，非选择性Kv3.1通道阻滞剂，如四乙基铵或4-氨基吡啶，会延迟快速AP复极化，从而损害GABA能神经元的高频AP发放（Du等人，1996年；Martina等人，1998年）。此外，在一项精神分裂症患者的尸检研究中，Kv3.1通道的表达水平降低（Yanagi等人，2014年）。最近的一项研究表明，Kv3.1通道可能是改善精神分裂症中快速放电GABA能中间神经元活性的潜在药物靶点（Kaar等人，2024年）。考虑到度洛西汀和Kv通道的病理生理相关性，在将度洛西汀作为抗抑郁药物使用时，应研究其对Kv3.1通道的作用，以避免对神经精神系统的毒性影响。

本研究的目的是探讨度洛西汀对Kv3.1通道的抑制作用及其相关的生物物理机制。我们的结果显示，度洛西汀抑制了中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中表达的Kv3.1通道。这种抑制作用以浓度依赖、时间依赖和使用（开放和失活状态）依赖的方式发生，并使通道失活的电压依赖性向更负的方向偏移。综上所述，我们的发现表明，度洛西汀诱导的Kv3.1通道抑制可能是神经副作用潜在发展的原因。

细胞培养

稳定的CHO细胞系（表达Kv3.1通道）由韩国全北国立大学研究生院的Bok Hee Choi教授提供（Swanson等人，1990年）。这些细胞在添加了10％胎牛血清（FBS；Gibco，伦敦，英国）、300?μg/ml G418（Sigma，圣路易斯，MO，美国）作为抗生素，以及次黄嘌呤（0.1?mM）和胸苷（0.01?mM）作为补充剂的Iscove改良Dulbecco培养基（Invitrogen Corp.，圣地亚哥，CA，美国）中培养。

度洛西汀对CHO细胞中Kv3.1通道的抑制

使用手动膜片钳技术的全细胞配置研究了度洛西汀对Kv3.1通道的抑制作用。图1A和图B显示了10?μM度洛西汀在?60至+50?mV范围内以10?mV步长进行阶跃去极化脉冲时对Kv3.1电流的抑制作用，保持电压为?70?mV。脉冲协议显示在每个面板的底部插图中。抑制作用立即开始并在1分钟内稳定。图1C和图D

讨论

在这里，我们研究了从大鼠神经元克隆并在CHO细胞中表达的SNRI度洛西汀对Kv3.1通道的影响。度洛西汀诱导的Kv3.1通道抑制作用以浓度依赖、时间依赖和使用（状态）依赖的方式发生，与其对5-羟色胺-去甲肾上腺素再摄取的抑制作用无关。此外，度洛西汀使失活曲线向左偏移，表明它可能稳定了Kv3.1通道的失活状态。

多项证据表明

作者贡献声明

Jin Ryeol An：撰写——原始草稿，数据管理，概念化。Junsu Jeong：撰写——原始草稿，软件，数据管理。Hye Ryung Kim：软件，正式分析。Sooa Lee：软件，数据管理，概念化。Armin Sultana：软件，方法学，数据管理。Raju Das：软件，数据管理。Joohan Woo：软件，数据管理。Seong Woo Choi：监督，方法学，研究。Young Min Bae：研究，正式分析。Yeji Lim：方法学，数据

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了韩国政府资助的国家研究基金会（NRF）（RS-2023-00239172）的资助。本研究还得到了教育部资助的国家研究基金会（NRF）基础科学研究计划的支持（RS-2024-00340319，RS-2023-00248185）。