腺苷信号驱动氯胺酮和电休克治疗的抗抑郁作用

Adenosine signalling drives antidepressant actions of ketamine and ECT

作者信息Chenyu Yue, Na Wang, Haojiang Zhai, Zhengwei Yuan, Yuting Cui, Jing Quan, Yu Zhou, Xiaofeng Fan, Hongshuang Wang, Zhaofa Wu, Huijie Mi, Wooping Ge, Yulong Li, Xiaohui Wang, Minmin Luo
PMID41193806
期刊Nature
发布时间2026-01
DOI10.1038/s41586-025-09755-9

实验完整度

高

研究包含基因敲除小鼠、药理学阻断、光纤记录、行为学、代谢流分析、电生理等多层次实验,并对机制进行了充分验证。

主要模型

慢性束缚应激(CRS)小鼠模型 脂多糖(LPS)诱导的抑郁小鼠模型 野生型C57BL/6J小鼠 Adora1−/−和Adora2a−/−小鼠

重点核对

氯胺酮剂量:10 mg/kg,腹腔注射 行为学测试时间:给药后1小时和24小时 腺苷受体拮抗剂PSB36(A1)和ZM241385(A2A)剂量:1 mg/kg,腹腔注射 CRS模型:每天束缚4-6小时,持续14天

摘要

氯胺酮和电休克疗法(ECT)在难治性抑郁症中实现快速缓解。然而,它们的作用机制——对这些机制的理解对于优化治疗精度至关重要——仍不清楚1–3。在这里,使用小鼠模型,我们确定腺苷信号是这些干预措施抗抑郁效果的核心通路。遗传编码的腺苷传感器实验和实时光学记录结果显示,这两种疗法在关键情绪调节区域(包括内侧前额叶皮层和海马)诱导强烈的腺苷激增。A1和A2A腺苷受体的遗传或药理学破坏消除了它们的治疗效果,这确立了腺苷信号在抗抑郁疗效中的关键作用。值得注意的是,内侧前额叶皮层中特异的腺苷信号驱动抗抑郁作用。氯胺酮通过调节细胞代谢来增加细胞内腺苷水平,而不引起神经元过度兴奋,从而增加腺苷。利用这一机制,我们开发了增强腺苷信号的氯胺酮衍生物,在治疗剂量下表现出改善的抗抑郁疗效和减少的副作用。此外,急性间歇性缺氧(一种涉及控制性降低氧水平的非药物干预)增加脑腺苷水平并产生抗抑郁效果,与氯胺酮和ECT的作用相似。我们的发现确定腺苷是快速起效抗抑郁药的关键介质,也是重度抑郁症中可扩展、非侵入性治疗的可操作靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
腺苷信号是否在氯胺酮和电休克疗法的快速抗抑郁作用中起核心作用,以及如何利用该机制开发更好的抗抑郁策略。
核心机制
氯胺酮和ECT在情绪调节脑区(如mPFC和海马)诱导腺苷激增,激活A1和A2A受体,进而介导抗抑郁作用;氯胺酮通过调节细胞代谢(降低ATP/ADP比值)促进细胞内腺苷经ENT1/2外排,而不引起神经元过度兴奋。
主要证据
遗传和药理学阻断A1/A2A受体消除抗抑郁效果;mPFC中腺苷信号足以产生抗抑郁作用;氯胺酮直接抑制线粒体TCA循环;衍生物DCK和2C-DCK增强腺苷信号并表现出更好的疗效。
研究意义
研究确立腺苷信号为快速起效抗抑郁药的关键介质,为开发更安全有效的抑郁症治疗提供新靶点,并支持急性间歇性缺氧作为非侵入性治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证氯胺酮诱导脑内腺苷激增

检测氯胺酮给药后mPFC、海马等脑区细胞外腺苷水平的变化。

使用遗传编码腺苷传感器GRABAdo1.0和光纤记录系统实时监测小鼠脑内腺苷水平,给予氯胺酮(10 mg/kg,腹腔注射)后记录信号变化。

2

验证腺苷信号在氯胺酮抗抑郁作用中的必要性

确定A1和A2A受体是否介导氯胺酮的抗抑郁效应。

使用Adora1−/−和Adora2a−/−小鼠进行行为学测试(FST、SPT),并给药氯胺酮后评估;另用A1拮抗剂PSB36和A2A拮抗剂ZM241385预处理WT小鼠,观察对氯胺酮抗抑郁作用的影响。

3

验证mPFC腺苷信号在抗抑郁作用中的充分性和必要性

检验mPFC区域腺苷信号是否足以产生抗抑郁效应,以及是否是全身氯胺酮作用的必需区域。

向mPFC局部注射腺苷;使用光遗传学激活星形胶质细胞产生局部腺苷释放;并利用CRISPR-Cas9技术在mPFC敲低A1和A2A受体,评估对氯胺酮抗抑郁作用的影响。

4

探究氯胺酮增加细胞外腺苷的机制

确定氯胺酮如何增加细胞外腺苷水平,是否涉及细胞外ATP水解、神经元兴奋性变化或细胞内代谢改变。

使用GRABATP1.0监测ATP/ADP变化;在CD73敲除小鼠中检测氯胺酮诱导的腺苷信号;用ENT1/2抑制剂Dipyridamole预处理;使用PercevalHR传感器监测细胞内ATP/ADP比值;进行线粒体代谢流分析。

5

筛选和评估氯胺酮衍生物的抗抑郁效果

发现增强腺苷信号的氯胺酮衍生物,并评估其抗抑郁疗效和副作用。

合成31种氯胺酮衍生物,通过光纤记录筛选其腺苷释放能力;对候选衍生物(DCK、2C-DCK)进行剂量反应、行为学测试(FST、SPT)和运动活动监测。

6

验证ECT和其他非药物干预的抗抑郁作用依赖腺苷信号

测试ECT和急性间歇性缺氧(aIH)是否通过腺苷信号产生抗抑郁效果。

对小鼠进行ECT,监测mPFC腺苷水平,并在WT和受体敲除小鼠中进行行为学测试;实施aIH方案,记录腺苷信号和行为学变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
GRABAdo1.0----
GRABATP1.0----
PercevalHR----
PSB36MCEHY-103175
ZM241385SelleckS8105
CHAMCEHY-18939
CGS21680盐酸盐MCEHY-13201A
腺苷MCEHY-B0228
噻氯匹定SelleckS0721
酮康唑SelleckS1353
利托那韦SelleckS1185
双嘧达莫SelleckS1895
脂多糖SigmaL3129
二磷酸腺苷MCEHY-W010918
小麦胚芽凝集素(Alexa Fluor 555)Thermo ScientificW32464
抗BDNF抗体Abcamab108319
抗CD73抗体Cell Signaling Technology13160
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗HSP90抗体Cell Signaling Technology4874
HRP标记的山羊抗兔IgGSigma-AldrichAP156P
YC-3双极可编程刺激器----
旷场实验装置Med Associates--
立体定位仪RWD--
微量注射泵(Nanoliter 2010)WPI--
Stellaris 8 Dive多光子显微镜Leica--
LSM 880倒置共聚焦显微镜Carl Zeiss--
Q Exactive Plus Orbitrap质谱仪Thermo Fisher Scientific--
XBridge BEH Amide色谱柱Waters--
SCIEX 7500三重四极杆质谱仪SCIEX--
冰冻切片机(Leica CM1950)Leica--
线粒体分离试剂盒EpiZymePC205

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系:C57BL/6J;Adora1−/−、Adora2a−/−、Nt5e−/−;年龄8-16周;性别;CRS诱导条件:每天束缚4-6小时,持续14天;LPS模型:0.83 mg/kg腹腔注射。
阅读提示:Methods:Mice;Methods:CRS assay;Methods:LPS-induced inflammatory depression model
药物处理
氯胺酮剂量:10 mg/kg i.p.;衍生物剂量:DCK和2C-DCK 2、5、10 mg/kg i.p.;拮抗剂剂量:PSB36 1 mg/kg i.p.;ZM241385 1 mg/kg i.p.;脑室内注射腺苷:1 µg/mouse;mPFC局部注射:0.1 µg/side;ENT1/2抑制剂Dipyridamole:1 µg i.c.v.;代谢酶抑制剂剂量:ketoconazole 50 mg/kg,ritonavir 50 mg/kg,ticlopidine 20 mg/kg。
阅读提示:Methods:Chemical reagents;Methods:Local drug infusion;Methods:Fibre photometry
行为学测试
FST参数:水温25±1°C,持续时间6分钟,记录最后4分钟;SPT:1%蔗糖溶液,测试时程2小时;测试时间点:给药后1小时和24小时;行为学分析需盲法。
阅读提示:Methods:FST assay;Methods:SPT assay;Methods:Behavioural assays
光纤记录
传感器病毒:AAV-hSyn-GRABAdo1.0等;立体定位坐标:mPFC(+1.78, ±0.88, -2.15)等;激光波长470 nm;荧光采集:525±19.5 nm;基线记录15-20分钟;数据分析参数:peak amplitude, time to peak, onset time, rise time, decay time。
阅读提示:Methods:Surgical procedures;Methods:Fibre photometry
体外实验
线粒体代谢分析:分离介质(EpiZyme PC205),13C3-丙酮酸盐浓度,孵育时间30分钟,LC-MS参数;电生理:切片厚度200 µm,记录液Mg2+-free,药物孵育时间16分钟。
阅读提示:Methods:Mitochondrial metabolic flux analysis;Methods:Ex vivo electrophysiology