氯胺酮通过协同抑制SERT和NMDAR激活VIP中间神经元实现快速抗抑郁作用

本研究针对传统抗抑郁药物起效慢、部分患者治疗抵抗的临床难题，揭示了氯胺酮快速抗抑郁的新机制。研究人员通过冷冻电镜、PET-CT成像和电生理技术，首次发现氯胺酮可直接结合5-羟色胺转运体(SERT)中央位点，与N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)抑制产生协同效应，特异性激活前额叶皮层血管活性肠肽(VIP)中间神经元。该发现为开发新型快速起效抗抑郁药物提供了重要靶点，相关成果发表于《National Science Review》。

　　

抑郁症是全球范围内致残率最高的精神疾病之一，传统抗抑郁药物如选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)通常需要数周才能起效，且对约30%的患者无效。而麻醉剂氯胺酮(ketamine)单次亚麻醉剂量给药即可在数小时内产生持续的抗抑郁效果，这一神奇特性引发了科学界的广泛关注。虽然以往研究认为NMDAR抑制是氯胺酮起效的关键，但令人困惑的是，其他NMDAR拮抗剂却无法复制氯胺酮的快速抗抑郁效果。这个未解之谜暗示着氯胺酮的作用机制可能还涉及其他重要通路。

为破解这一科学难题，由第四军医大学西京医院、上海科技大学和中国脑科学研究中心等单位组成的研究团队开展了一项跨学科研究。研究人员采用冷冻电镜技术首次解析了氯胺酮与人类5-羟色胺转运体(hSERT)的复合物结构，分辨率达到3.2 ?。结合正电子发射断层扫描(PET)和微透析技术，证实氯胺酮能直接抑制SERT功能，提高突触间隙5-羟色胺(5-HT)浓度。通过建立慢性束缚应激抑郁小鼠模型，研究团队发现联合使用SSRIs和NMDAR拮抗剂美金刚(memantine)可模拟氯胺酮的快速抗抑郁效应。电生理实验进一步揭示，氯胺酮通过协同抑制SERT和NMDAR，特异性激活前额叶皮层VIP中间神经元，而化学遗传学抑制或基因敲除这些神经元则会阻断氯胺酮的抗抑郁作用。

关键技术方法包括：冷冻电镜解析hSERT-ketamine复合物结构；PET-CT成像结合放射性配体4-¹⁸F-ADAM检测SERT活性；慢性束缚应激建立抑郁小鼠模型；病毒示踪技术绘制DRN 5-HT神经元到mPFC VIP神经元的投射；全细胞膜片钳记录神经元电活动；化学遗传学(AAV-DIO-hM4Di)和基因敲除(AAV-DIO-taCasp3-TEVp)技术调控VIP神经元活性。

研究结果部分：

"Ketamine elevates mPFC 5-HT levels by inhibiting SERT"：通过LC-MS/MS测定氯胺酮在脑内的药代动力学，结合微透析技术发现氯胺酮可使mPFC区5-HT水平迅速升高至基线180%。PET-CT显示氯胺酮显著降低4-¹⁸F-ADAM在mPFC的摄取，证实其对SERT的抑制作用。放射性配体结合实验测得氯胺酮对SERT的抑制常数(Ki)为2.45 μM。

"Cryo-EM structure of SERT-ketamine complex"：冷冻电镜结构显示氯胺酮结合于hSERT中央位点，其氯苯环和环己烷基团与Y95、Y176和F341等残基形成疏水相互作用，胺基则与D98形成极性作用。该结合模式与抗抑郁药帕罗西汀和兴奋剂甲基苯丙胺存在差异。

"Dual inhibition of SERT and NMDAR induces ketamine-like rapid antidepressant effects"：行为学实验表明，美金刚联合氟西汀或丙咪嗪可在1小时内改善抑郁小鼠的糖水偏好和悬尾不动时间，而单用SSRIs无此效果。类似地，mPFC局部注射NMDAR拮抗剂AP5联合全身给予氟西汀也产生快速抗抑郁作用。

"Ketamine elevation of 5-HT preferentially activates VIP neurons"：c-Fos染色和电生理记录显示，抗抑郁剂量氯胺酮特异性激活mPFC VIP神经元（激活率达38.8%），使其静息膜电位去极化，放电频率增加。而PV和SST中间神经元不受影响。5-HT合成抑制剂p-CPA可阻断这种激活。

"The synergistic effect of 5-HT and NMDAR inhibition activates VIP neurons"：单独升高5-HT或抑制NMDAR均不能激活VIP神经元，但两者联合处理可重现氯胺酮的激活效果。病毒示踪发现DRN 5-HT神经元直接投射至mPFC VIP神经元。

"5-HT signaling mediates the activation of VIP neurons by ketamine"：5-HT_3AR拮抗剂帕洛诺司琼或VIP神经元特异性敲低5-HT_3AR均可阻断氯胺酮的抗抑郁效应，表明5-HT_3AR是VIP神经元激活的关键介质。

"Activation of mPFC VIP neurons is necessary for rapid antidepressant effects"：化学遗传学抑制或基因敲除mPFC VIP神经元不仅本身诱发抑郁样行为，而且完全阻断氯胺酮及其联合用药的抗抑郁效果，证实VIP神经元是快速抗抑郁作用的必要神经底物。

研究结论与意义：

该研究首次阐明了氯胺酮快速抗抑郁的双重作用机制：通过同时抑制SERT和NMDAR，协同激活mPFC VIP神经元。这一发现解决了长期以来关于氯胺酮作用机制的争议，解释了为何单纯NMDAR拮抗剂缺乏抗抑郁活性。从转化医学角度看，研究提示联合使用现有SSRIs和NMDAR拮抗剂可能成为快速抗抑郁的新策略，为开发新一代抗抑郁药物提供了明确靶点。特别值得注意的是，VIP神经元作为"情感调节开关"的发现，为理解皮层微环路在情绪调控中的作用提供了新视角。这项发表于《National Science Review》的研究不仅具有重要理论价值，也为难治性抑郁症的治疗带来了新的希望。