王景霞 劉 妍 張建軍

細胞內(nèi)信號轉導與抑郁癥

王景霞 劉 妍 張建軍

抑郁癥是一個全球性的臨床和社會問題。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，到2020年抑郁癥將成為僅次于癌癥的第二大致殘原因［1］。目前，抗抑郁藥的作用機制尚不明確，其應用主要以單胺遞質(zhì)和受體假說為基礎，這種機制理論不能充分解釋抗抑郁藥的臨床效應滯后現(xiàn)象。因此，人們對抑郁癥發(fā)病機制的研究逐漸由第一信使發(fā)展到第二信使，在細胞內(nèi)信息傳遞過程中發(fā)揮重要作用的物質(zhì)成為研究的重點，提出了抗抑郁藥的信號轉導機制?？挂钟羲幨且訥蛋白［三磷酸鳥苷(GTP）結合蛋白］為分子基礎，神經(jīng)遞質(zhì)受體和G蛋白為作用環(huán)節(jié)，最終影響細胞內(nèi)的信號轉導并產(chǎn)生磷酸化作用增加、神經(jīng)營養(yǎng)因子增多、神經(jīng)發(fā)生增加等相關效應，從而發(fā)揮抗抑郁作用。

1 G蛋白與抑郁癥

G蛋白是在細胞內(nèi)信號傳導途徑中起著重要作用的GTP結合蛋白，刺激性G蛋白(Gs）和抑制性G蛋白(Gi）分別激活、抑制腺苷酸環(huán)化酶(AC），通過“受體-G蛋白-AC -環(huán)磷酸腺苷(cAMP）”途徑轉導信號，在cAMP系統(tǒng)中起作用；Gp、Go分別促進、抑制磷脂酰肌醇(PI）的水解，經(jīng)“受體-G蛋白-磷酸脂肪酶C(PLC）-蛋白激酶C(PKC）(或離子通道）”途徑轉導信號，在PI系統(tǒng)中發(fā)揮作用。細胞外的信號由此通過胞內(nèi)效應分子和酶級聯(lián)反應被放大。因此，G蛋白是胞外信號向胞內(nèi)傳遞的關鍵中介體。

研究表明G蛋白與抑郁癥的病因有密切關聯(lián)。Young等［2］比較了抑郁癥患者和對照組的腦組織，發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者大腦皮層前葉、顳葉和枕葉的Gαs蛋白水平增高，活性升高。Mitchell等［3］的臨床研究表明抑郁患者外周血細胞Gαs蛋白mRNA水平和功能都增加。Garcia-Sevilla等［4］在抑郁癥所導致的自殺死亡病人中發(fā)現(xiàn)前額葉Gi蛋白表達升高，并認為與α2受體的超敏有關。劉紀猛等［5］以慢性應激大鼠為抑郁模型探討中樞部分腦區(qū)Gαi蛋白的表達水平及其與部分抗抑郁劑作用機制的關系，發(fā)現(xiàn)抑郁模型大鼠前額皮質(zhì)、海馬CA3區(qū)的Gαi表達升高，恢復前額皮質(zhì)、海馬CA3區(qū)的Gαi的表達可能是抗抑郁劑的作用靶點之一。Mc Gowan等［6］的研究認為慢性碳酸鋰治療使大鼠海馬CA3區(qū)域的3種G蛋白(Gαi、Gαs、Gαo）的mRNA的水平升高，而在額葉皮質(zhì)區(qū)域不能引起這種變化，推測海馬CA3區(qū)可能與抑郁癥發(fā)病的關系更為密切，而Gαi升高可能是其生化基礎。

2 AC-cAMP-蛋白激酶A（PKA）-環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白（CREB）轉導通路與抑郁癥

cAMP通路系統(tǒng)在情緒調(diào)節(jié)中起重要作用，是研究最早、最為深入的抗抑郁藥信號轉導通路。此通路反應的大致過程為：AC活化→催化ATP生成cAMP→PKA激活→CREB磷酸化→調(diào)節(jié)基因轉錄→發(fā)揮生物學效應。AC是G蛋白偶聯(lián)信號轉導途徑中一個重要的酶，它能夠?qū)TP轉為第二信使cAMP，cAMP對細胞的調(diào)節(jié)作用是通過激活PKA來實現(xiàn)的。PKA是由兩個催化亞基C和兩個調(diào)節(jié)亞基R所構成的別構酶，每個調(diào)節(jié)亞基上有2個cAMP結合位點，催化亞基具有催化底物蛋白質(zhì)某些特定絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化的功能。PKA將許多蛋白磷酸化并調(diào)節(jié)其活性。這些蛋白包括離子通道、細胞骨架元件、轉錄因子和酶。其中一個磷酸化轉錄因子是CREB，它是胞內(nèi)與抑郁相關的幾個信號轉導通路中的一個交匯點，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起著關鍵作用，可促進神經(jīng)細胞的存活、再生、分化等等。有學者提出磷酸化的CREB(P-CREB）可能是抗抑郁治療顯效的生物學標記［7］。尸檢發(fā)現(xiàn)抑郁患者腦內(nèi)Gαs水平和受體后刺激性AC活性都增加［8］，說明AC活性可能是抑郁癥的標志之一。

受5-羥色胺(5-HT）和去甲腎上腺素(NE）調(diào)控的cAMP通路可介導抗抑郁藥的作用。洛利普蘭能激活AC-cAMPPKA通路，在大鼠和小鼠的多種行為檢測中表現(xiàn)出抗抑郁活性［9］。抗抑郁藥治療使受體后細胞中cAMP通路上調(diào)；長期使用抗抑郁藥后Gαs、AC增加［10］；抗抑郁藥物能激活cAMP依賴性PKA活性，增加海馬細胞內(nèi)CREB mRNA，CREB蛋白和CREB/CRE結合［11］。

cAMP是細胞內(nèi)最重要的第二信使之一。細胞內(nèi)cAMP濃度的改變可影響多種細胞內(nèi)信號轉導途徑，調(diào)節(jié)cAMP濃度的AC及cAMP對細胞調(diào)節(jié)的作用媒介PKA在此通路系統(tǒng)中也起著至關重要的作用。研究上述各環(huán)節(jié)在抑郁癥患者部分腦區(qū)的改變及對抗抑郁藥的敏感性將加深對抑郁癥發(fā)病機制的認識，加快抗抑郁劑的研發(fā)。

3 PKC與抑郁癥

PKC是PI信息系統(tǒng)的關鍵成分和主要調(diào)節(jié)酶，在細胞信息傳遞中發(fā)揮重要作用。PKC在腦內(nèi)含量較高，參與突觸前后神經(jīng)傳遞過程，調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、基因表達變化和神經(jīng)可塑性。動物實驗、臨床研究及藥理學研究表明PKC與抑郁癥的病因及抗抑郁劑的藥理學機理密切相關。當5-HT等膜受體分子啟動G蛋白后，激活PLC，使PI水解為三磷酸肌醇(IP3）和甘油二脂(DAG），DAG在鈣離子和磷脂酰絲氨酸的共同作用下，激活PKC。PKC的主要作用是使胞內(nèi)蛋白磷酸化從而啟動DNA的復制。PKC還可以反饋抑制磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸水解或刺激鈣離子信號通路的反應，并通過影響不同受體介導的信號通路來調(diào)節(jié)第二信使的作用。

Pandey等［12］發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者血小板細胞漿二丁酰佛波酯的結合增加，提示PKC的增加可能與抑郁癥的發(fā)病相關。Coull等［13］發(fā)現(xiàn)至少3個月未服抗抑郁劑的自殺抑郁者較正常對照組前額葉細胞漿的PKC含量增高，細胞膜和細胞漿總的PKC沒有變化，這可能與抑郁癥患者PKC從細胞膜到細胞漿的重新分布有關。Wang等［14］應用底物蛋白磷酸化法研究抑郁癥、躁狂癥患者血小板的PKC活性，發(fā)現(xiàn)在基礎狀態(tài)下，躁狂癥患者膜的PKC活性高于抑郁癥患者和對照組，作者認為急性躁狂時PKC介導的信號轉導增加，單相抑郁癥時PKC介導的信號轉導下降。

目前對PKC及PI信號系統(tǒng)與抑郁癥關系的報道較少，相關的研究結果也不一致，因此PKC在抑郁癥中的變化尚需進一步研究。

4 CREB及其下游靶標腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）

CREB是細胞核內(nèi)的一種轉錄因子，有α、β和γ 3種活性異構體。CREB的激活是通過其特殊的絲氨酸殘基的磷酸化而實現(xiàn)的，即CREB第133位的絲氨酸磷酸化后，它的轉錄活性被激活。CREB可被多種不同的信號轉導路徑激活，cAMP系統(tǒng)中的PKA就是將其磷酸化的一種途徑，除此之外還可被鈣離子依賴的蛋白激酶(CaMK）和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK）通路中的核糖體S6激酶磷酸化。這3種CREB的磷酸化方式是目前研究認為與抑郁癥和抗抑郁藥作用相關的3條通路，而CREB正是上述通路的交匯點。P-CREB可調(diào)節(jié)許多促進細胞生長、增殖、存活和神經(jīng)可塑性的基因表達，發(fā)揮重要作用。

Yamada等［15］測定抑郁癥患者死后眶額皮質(zhì)中PCREB免疫活性顯示其免疫反應性降低。Nibuya等［16］發(fā)現(xiàn)長期使用抗抑郁藥(包括選擇性NE和5-HT再攝取抑制劑）后，海馬區(qū)CREB的mRNA和蛋白表達升高。尸檢研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者大腦顳葉CREB表達下降，抗抑郁藥可以逆轉這一過程［17］。Koch等［18］測定抑郁患者在藥物治療或精神心理治療前及治療后1周的P-CREB，發(fā)現(xiàn)治療有效者的CREB磷酸化顯著增加，提出P-CREB可能是抗抑郁治療顯效的分子標志物。

以上研究提示CREB的表達和功能改變與抑郁癥的病理生理過程有關，增加CREB功能有抗抑郁作用。因此，研究抑郁癥與CREB調(diào)節(jié)的關系對闡明抑郁癥機制和研發(fā)抗抑郁新藥具有重要意義。

cAMP［19］、MAPK和CaMK形成了CREB的3個上游通路，3條通路最終都使CREB磷酸化，進而調(diào)節(jié)其下游通路的BDNF等基因表達，完成神經(jīng)元生化反應。BDNF是腦組織中含量最豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子，對神經(jīng)元有保護、促進存活及損傷后再生的作用，被認為是神經(jīng)修復中有著重要影響的細胞因子。體外試驗證實BDNF對正常皮質(zhì)神經(jīng)元有維持存活效應；對缺氧神經(jīng)元有確切保護作用［20］。Angelucci等［21］認為BDNF是參與神經(jīng)元生存的一個中介，也參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多巴胺能、5-HT能、膽堿能神經(jīng)元的可塑性，是神經(jīng)可塑性的分子標記物。

動物實驗證實外源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對5-HT類神經(jīng)元、多巴胺神經(jīng)元有促進和再生作用，BDNF本身在抑郁動物模型中有抗抑郁作用，能對抗應激誘發(fā)的神經(jīng)元損害，并可能影響海馬的神經(jīng)元再生［22］。低水平的BDNF可以通過影響5-HT的含量參與抑郁癥的形成，抑郁時BDNF的mRNA減少，海馬BDNF的表達減少，可能造成額前皮質(zhì)、海馬神經(jīng)細胞凋亡的增加，神經(jīng)可塑性的下降，繼而造成額前皮質(zhì)、海馬、紋狀體灰質(zhì)的減少等形態(tài)學的變化，而抗抑郁劑通過增加腦中BDNF的mRNA有效地逆轉了上述過程［23］。

BDNF主要通過MAPK信號通路及CaMK信號通路調(diào)節(jié)腦細胞的生長、分化、存活和抗凋亡作用。MAPK通路中的TrKB(一種神經(jīng)營養(yǎng)素受體）是BDNF的特異性受體，BDNF與TrKB受體結合后，隨之發(fā)生受體的二聚體化，從而導致TrKB受體內(nèi)在的酪氨酸激酶活性的激活。TrKB酪氨酸激活是BDNF信號傳導的關鍵第一步。通過TrkB受體，BDNF在功能阻斷的抗BDNF/TrkB抗體和BDNF剔除小鼠抑郁癥動物模型中能阻斷其活動，這直接證明了BDNF是抗抑郁劑作用的一個靶點［24］。

5 小結與展望

G蛋白作為第一信使和第二信使之間信息傳遞的媒介，成為受體后第一物質(zhì)，在抑郁癥發(fā)病和抗抑郁藥物治療中有重要作用。cAMP、MAPK、CaMK 3條通路對CREB的磷酸化乃至進一步對BDNF的調(diào)節(jié)是抑郁癥在分子生物學方面的研究焦點，在AC-cAMP-PKA-CREB、PLC-IP3-CaMKCREB和TrKB-MEK-RSK-CREB通路中各種蛋白和酶的濃度、調(diào)節(jié)功能、激活能力都影響著信息傳遞的順利與否，或多或少的影響著抑郁癥的發(fā)病，并在抗抑郁劑中發(fā)揮作用。CREB的下游靶標BDNF是神經(jīng)營養(yǎng)素家族中的重要成員之一，BDNF在抑郁癥的發(fā)病機制中起著重要作用。CREB和BDNF兩個重要分子可形成一個正反饋環(huán)，CREB不僅能激活BDNF的產(chǎn)生，BDNF也能誘導CREB磷酸化［25］。上述物質(zhì)和途徑是與抑郁癥關系緊密的細胞信號轉導機制。

抑郁癥的病理機制復雜，尚需進一步的研究。只有明確細胞作用靶點、分子應答、行為反應調(diào)節(jié)，再利用其神經(jīng)生物學特性，才能研發(fā)出起效快、安全機制強的抗抑郁新藥，為患者減輕病痛，給社會降低經(jīng)濟負擔。

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2010-03-29）

(本文編輯：武春艷）

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