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起效快和活性持续是氯胺酮作为抑郁症治疗药物最具有吸引力的两个特点。抑郁症患者单次静脉注射亚麻醉剂量的氯胺酮，最快1小时即可产生抗抑郁和抗自杀反应，且效果可持续数天。研究表明，氯胺酮的抗抑郁机制涉及快速阻断外侧缰核（LHb）中 NMDAR 依赖性爆发活动，解除下游多巴胺能和血清素能神经元的抑制从而快速改善情绪。与氯胺酮的快速作用相比，其持续抗抑郁作用的机制尚不清楚。氯胺酮的消除半衰期在人类中仅约为3小时，在小鼠中仅为13分钟，但其抗抑郁活性在人类中可以持续3-14天，在小鼠抑郁模型中至少可以持续24小时。氯胺酮的抗抑郁作用如何能够比其血浆消除更持久？以往关于这个问题的推测通常将其归因于氯胺酮的神经可塑性或其代谢物(2R,6R)-羟基去甲氯胺酮的作用，但仍缺乏一定的说服力。然而相比于这两种推测，一种更直接的机制——氯胺酮直接阻断NMDAR——目前还尚未被探索。针对这种直接阻断机制，目前需要解决的两个关键问题是：1. NMDAR的阻断作用在氯胺酮被代谢后是否持续存在；2. 如果是，那么NMDAR的持续阻断作用是如何实现的，且这种作用是否是介导氯胺酮持续抗抑郁作用的原因？
带着这两个关键问题，2023年10月18日，浙江大学胡海岚教授团队再次在Nature杂志上发表题为“Sustained antidepressant effect of ketamine through NMDAR trapping in the LHb”的文章揭示了氯胺酮持续抗抑郁的作用机制。
作者采用慢性束缚应激（CRS）小鼠模型来塑造抑郁样行为。14天的造模结束后腹腔注射单剂量的氯胺酮（10 mg/kg），并在注射后1 h，24 h，3 d和7 d液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS)测量氯胺酮的血浆和脑浓度以及小鼠的抑郁样行为表型，包括强迫游泳（FST）和糖水偏好（SPT）。结果显示，在1 h和24 h时，相比于对照组，氯胺酮组小鼠FST的不动时间减少，同时糖水偏好性增加。然而LC-MS/MS结果显示，在给药1 h时，氯胺酮在脑中的浓度就降低到0.23 μM，该浓度无法阻断NMAR。接下来作者在分子水平上探究氯胺酮的持续作用时间。腹腔注射氯胺酮1 h，24 h和3 d后，记录静息条件下CRS 小鼠LHb 脑切片中的自发神经元活动，LHb神经元本质上是活跃的，可以分为沉默型、强直型和爆发型。但与正常小鼠相比，CRS小鼠的爆发放电神经元比例更高，而注射氯胺酮1 h和24 h时，CRS小鼠LHb中爆发性放电神经元的比例显著减少。体内的单细胞记录结果也显示，氯胺酮对LHb中爆发性放电活动的抑制作用在注射后5 min就很显著，在5-10 min时达到最大，并持续长达24 h。以上体外和体内记录数据表明，在抑郁样小鼠中单次全身注射氯胺酮会在与其行为效应平行的时间过程中引起 LHb 爆发活性的持续抑制。
图1 单次注射氯胺酮可产生持续的抗抑郁作用并延长 LHb 爆发活性的抑制
为理解氯胺酮如何引起LHb爆发性放电活动的持续抑制，作者全细胞膜片钳测量单次腹腔注射氯胺酮阻断LHb中NMDAR电流的持续时间。根据时间特征分离AMPAR和NMDAR介导的兴奋性突触后电流（AMPAR-eEPSC 和 NMDAR-eEPSC），注射氯胺酮1 h后，LHb切片中NMDAR-eEPSC和AMPAR-eEPSC的比率显著下降。且与盐水组相比，氯胺酮组NMDAR-eEPSC在一系列刺激强度下表现出振幅大幅降低，AMPAR-eEPSC 振幅没有差异。此外，这些效应能够持续24 h，与氯胺酮行为影响的时间过程平行。
图2 CRS小鼠单次注射氯胺酮会导致LHb中NMDAR电流的长期抑制
接下来作者探究氯胺酮在脑内消除后继续阻断NMDAR的机制。作为“活动依赖的陷入式阻断剂”，氯胺酮与通道结合后，可以被捕获在通道孔中，只有当通道再次打开时才会释放，因此作者假设氯胺酮被NMDAR通道捕获而阻止被清除。快速释放电压依赖性捕获阻断剂的一种方法是通过激动剂结合再次打开 NMDAR 通道，并通过电压去极化加速其释放。本研究设计了一种“kick off”方案——突触前1 Hz电刺激（释放谷氨酸）与突触后电流注射（使神经元去极化）配对，在LHb脑片中氯胺酮（10 μM）洗脱10 min后，两次“kick off”在50 min内恢复NMDAR-eEPSC到基线水平。该体外实验表明，LHb 神经元中NMDAR具有通过神经活动启动氯胺酮的潜力。
图3 神经活动从NMDAR中释放氯胺酮
最后，作者继续探究是否可以利用这种原理与氯胺酮的药代动力学相结合来调节其抗抑郁效应的持续时间。根据动态平衡，氯胺酮的结合和解离将受到其环境浓度的强烈调节。当环境氯胺酮浓度低于解离常数（Kd）时，相互作用导致更多的解离。相反，当环境氯胺酮浓度高于 Kd 时，会导致更多的结合。这里作者采用光遗传的方法激活LHb神经元来诱导NMDAR的开放状态。在低环境氯胺酮浓度下（腹腔注射氯胺酮1 h时刺激LH-LHb通路，此时其环境浓度降至0.23 μM）诱导NMDAR 打开，氯胺酮从NMDAR上解离增加，结果显示注射氯胺酮（10 mg/kg）24 h时，激活组小鼠NMDAR-eEPSCs显著增加且FST不动时间不会减少，而未激活组小鼠NMDAR-eEPSCs仍被抑制并减少 FST 的不动性。那么反过来，如果氯胺酮能够阻断更多的LHb NMDAR，则可能增加其抗抑郁持续时间或在较低剂量下发挥较强的抗抑郁作用，这在临床上意义重大。随后作者在高环境氯胺酮浓度下（注射氯胺酮后立即刺激LH-LHb通路）诱导NMDAR 打开，氯胺酮与NMDAR结合增加，此时结果显示较低剂量的氯胺酮（5 mg/kg）在24 h后仍表现出受抑制的NMDAR反应和FST不动时间降低的效应。这些结果表明可以根据药代动力学通过调控NMDAR的开放状态来调节氯胺酮的抗抑郁持续时间。
图4 不同环境氯胺酮水平下 LHb 输入通路的激活可双向调节氯胺酮的持续抗抑郁作用
综上，这篇文章表明氯胺酮治疗的有效持续时间取决于局部神经活动的调节和干扰。在低环境氯胺酮水平下激活 LHb 会缩短其抗抑郁作用，而在高环境氯胺酮水平下激活 LHb 会延长这些作用。这些数据提出了两种有吸引力的、可临床测试的策略来延长氯胺酮的功效。一种是在抑郁发作期间使用氯胺酮，或者在氯胺酮给药期间通过适度的厌恶刺激激活LHb，以打开更多的LHb NMDAR以捕获更多的氯胺酮。另一种策略是尽量减少氯胺酮治疗后的负面情绪发作，以减缓氯胺酮的释放。总之，氯胺酮与 NMDAR 相互作用的生物物理特性调节氯胺酮作用持续时间的能力为氯胺酮的治疗用途开辟了新的机会。
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06624-1
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