重度抑郁症（MDD）是最常见的精神障碍之一。但目前可用的抗抑郁药物具有极大的副作用，如具有成瘾性，或可诱发精神分裂症。因此，开发没有这些缺点的速效抗抑郁药是一个重要的神经药理学目标。研究发现将5-羟色胺转运蛋白与一氧化氮合成酶分离，可特异性地降低中缝背核大脑区域的细胞间血清浓度。破坏这种相互作用增强了该区域的血清素能神经元的活性，并极大地促进了血清素向内侧前额叶皮层的释放，从而产生了快速生效的抗抑郁效果。一氧化氮合成酶-血清素转运体相互作用的小分子阻断剂在动物模型中具有快速发作的抗抑郁作用。
基于以上信息，南京医科大学周其冈教授、朱东亚教授和厉廷有教授联合设计了一种快速起效的抗抑郁药，它通过破坏中缝背核（DRN）中5-羟色胺转运体（SERT）和神经元一氧化氮合成酶（nNOS）之间的相互作用而发挥作用。慢性不可预测的轻度压力（CMS）选择性地增加了小鼠DRN中的SERT-nNOS复合物。在DRN中SERT-nNOS的相互作用的增强引起了类似抑郁症的表型。因此，破坏SERT-nNOS的相互作用，通过增强前脑回路中的5-羟色胺信号产生快速的抗抑郁效果。这种化合物或类似的试剂可以作为一种新的、快速作用的治疗MDD的方法。相关成果以“Design of fast-onset antidepressant by dissociating SERT from nNOS in the DRN”为题发表在最新一期Science上。
为了选择性地破坏DRN血清素能神经元中SERT-nNOS的相互作用，作者敲除了TPH2阳性神经元中的nNos（图1A）。在处理过的小鼠中，在DRN血清素能神经元中没有检测到nNOS（图1B），并且DRN中的nNOS量比nNosloxp/loxp小鼠低得多（图1C）。Tph2-CreER;nNosloxp/loxp小鼠的DRN细胞膜表面的SERT明显增加（图1C）并且显示出抗抑郁样行为，如尾悬试验（TST）和强迫游泳试验（FST）（图1D）。与野生型（WT）小鼠相比，nNosloxp/loxp小鼠没有观察到异常的表型。为了进一步研究SERT-nNOS耦合在DRN中的作用，作者筛选了以前在nNOS介导的蛋白质 - 蛋白质相互作用的基础上建立的化合物库。结果发现樱花系列的两种化合物显著增加了SERT-nNOS耦合，降低了细胞表面的SERT水平，从而作为SERT-nNOS相互作用的促进剂（图1E，F）。将樱花-6微量注射到DRN中会导致小鼠的抑郁行为（图1G）。通过分子对接和化学计算，推测樱花可以作为nNOS PDZ结构域和SERT之间的连接剂，以促进nNOS和SERT的结合（图1H和I）。
图 1.通过促进DRN中SERT-nNOS耦合水平诱导的抑郁样表型在DRN中将SERT与 nNOS 分离产生快速起效的抗抑郁作用基于文献中先前的结果和目前的数据，作者假设情绪压力可能通过促进SERT-nNOS的联合来减少SERT的细胞表面定位，从而促进DRN中5-HT1ARautos的激活并导致抑郁症。因此，将SERT与nNOS分离可能会扭转这一病理过程（图2A）。作者合成了一个名为TAT-SERT-15C的多肽，并将转染了编码SERT和nNOS的全长cDNA的293T细胞系与Tat-SERT-15C孵化，发现Tat-SERT-15C降低了SERT-nNOS复合，并使细胞表面的SERT增加。接下来，作者先将小鼠在CMS中暴露28天（28d-CMS），然后在第的29天将Tat-SERT-15C、氟西汀（一种经典的SERT抑制剂）或药物微注射到小鼠的DRN。作者测量了SERT的表达、SERT-nNOS复合和DRN中的5-HT1ARautos以及抑郁行为。CMS明显增加了细胞间5-HT浓度（图2B）和SERT-nNOS复合物，并降低了DRN中细胞表面的SERT水平（图2C）。Tat-SERT-15C逆转了CMS引起的变化（图2B和C）。然而，氟西汀放大了CMS诱导的DRN细胞间5-HT的升高（图2B）。结果显示Tat-SERT-15C急性地逆转了CMS引起的抑郁行为（图2D）。此外，作者通过先前植入的插管将8-OH-DPAT微注射到DRN，然后给小鼠腹腔注射Tat-SERT-15C。结果表明，8-OH-DPAT明显阻断了Tat-SERT-15C对抗抑郁样行为的诱导（图2E）。此外，用8-OH-DPAT激活DRN体细胞5-HT1ARautos或用Way-100635停用5-HT1ARautos足以诱发抑郁症样或抗抑郁症样效应（图2F和G）。这些数据共同表明，SERT-nNOS的相互作用通过DRN细胞中5-HT1ARautos调节抑郁症（图2A）。
图 2.在 DRN 中将 SERT 与 nNOS 分离可逆转 CMS 诱发的抑郁行为激活5-羟色胺能回路对于DRN中SERT-nNOS的作用至关重要DRN血清素能神经元的活性是由细胞间5-HT来调节的。因此，作者研究了Tat-SERT-15C的快速抗抑郁作用是否是由于DRN血清素能神经元的活性的增强所引起的（图3A）。为了测试这一点，作者在AAV感染后28天对DRN神经元进行光遗传刺激并记录神经放电（图3，B和C）。在体内电生理学记录前2小时给予Tat-SERT-15C（图3B）。与载体相比，Tat-SERT-15C明显增加了5-羟色胺能神经元的神经放电速率（图3C）。为了确定血清素能神经元的神经放电增强是否是Tat-SERT-15C对行为是否是必须大的，作者在激动剂的存在下，沉默了表达SERT的DRN神经元（图3D）。AAV感染四周后，作者向这些小鼠注射了Tat-SERT-15C或含有或不含有CNO的载体。结果显示没有CNO的Tat-SERT-15C处理的小鼠表现出明显的抗抑郁样行为，而Tat-SERT-15C加CNO处理的小鼠没有。末端5-羟色胺释放到mPFC和vHPC是由DRN中5-羟色胺能神经元的放电活性严格控制的，而放电活性是由DRN中5-HT1ARautos负向调节的。因此，作者假设CMS诱导的DRN细胞中5-HT的增加（图2B）可能削弱5-羟色胺能神经元的活性，导致进入mPFC和vHPC的5-HT释放减少。如果是这样的话，那么分离SERT-nNOS可能会逆转CMS引起的变化（图3A）。因此，作者在向DRN微注射Tat-SERT-15C和氟西汀。24小时后，测量了DRN、mPFC和vHPC中5-HT的浓度。结果显示，在DRN中微注射Tat-SERT-15C可在治疗2小时后逆转CMS引起的mPFC和vHPC细胞间5-HT的减少（图3F）。
图 3.电路机制介导通过解离SERT-nNOS产生的抗抑郁作用通过将SERT与nNOS分离来设计的小分子快发性抗抑郁药为了找到选择性地将SERT与nNOS解离的小分子，作者分析了SERT的C尾与DRN中nNOS的PDZ结合的化学机制，并在此基础上设计了一个共同的化学结构（图4A）。定量的结构-活性关系表明，Ac-Ala-Val-OH的化学结构对阻断SERT-nNOS至关重要。酯上的大基团造成的空间位阻可能不利于结合到nNOS PDZ结构域，Ala的手性不影响结合活性（图4，B和C）。在这些化合物中，ZZL-7具有有利的结构特征。ZZL-7的Ala的乙酰化氨基与nNOS的Phe24形成一个氢键；ZZL-7的Val的羰基与nNOS的Arg79的胍基形成两个氢键。乙酰的甲基与nNOS的Phe24的苯环之间存在疏水作用（图4A-C，）。用nNOS转染的培养的293T细胞和用ZZL-7转染的SERT细胞孵育2小时显着降低了SERT-nNOS复合物水平（图4D）。SERT-Cre小鼠的体内电生理学显示，ZZL-7在治疗2小时后引起血清素能神经元的放电频率明显增加（图4E）。在WT小鼠中，ZZL-7在系统给药2小时后减少了不动时间，表明有快速的抗抑郁剂样作用。ZZL-7的治疗使WT小鼠的SERT-nNOS复合物水平明显下降，DRN中的细胞表面SERT水平增加。ZZL-7的胃内给药在治疗2小时后产生抗抑郁样行为的剂量依赖性（图4F）。为了研究ZZL-7是否能在抑郁症小鼠中引起快速发作的抗抑郁作用，作者对有28d-CMS经验的小鼠静脉注射ZZL-7。正如预期的那样，ZZL-7逆转了CMS诱导的DRN中SERT-nNOS复合物的增加（图4G），并在治疗2小时后逆转了CMS诱导的抑郁症行为（图4H）。这种快速发作的抗抑郁作用至少持续了24小时。小结：尽管已经报道了大量的蛋白-蛋白相互作用抑制剂，但促进蛋白-蛋白相互作用的化合物却很罕见。作者发现，樱花系列能促进SERT-nNOS的结合并由此推断，樱花系列可能作为nNOS PDZ结构域和SERT的连接物，从而促进SERT-nNOS的相互作用。解离SERT-nNOS可以迅速逆转CMS引起的小鼠抑郁行为，为开发治疗情绪障碍的药物开辟了一条新途径。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3566
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！