细胞内信号转导与抑郁症

王景霞 刘 妍 张建军

细胞内信号转导与抑郁症

王景霞 刘 妍 张建军

抑郁症是一个全球性的临床和社会问题。据世界卫生组织统计，到2020年抑郁症将成为仅次于癌症的第二大致残原因［1］。目前，抗抑郁药的作用机制尚不明确，其应用主要以单胺递质和受体假说为基础，这种机制理论不能充分解释抗抑郁药的临床效应滞后现象。因此，人们对抑郁症发病机制的研究逐渐由第一信使发展到第二信使，在细胞内信息传递过程中发挥重要作用的物质成为研究的重点，提出了抗抑郁药的信号转导机制。抗抑郁药是以G蛋白［三磷酸鸟苷(GTP）结合蛋白］为分子基础，神经递质受体和G蛋白为作用环节，最终影响细胞内的信号转导并产生磷酸化作用增加、神经营养因子增多、神经发生增加等相关效应，从而发挥抗抑郁作用。

1 G蛋白与抑郁症

G蛋白是在细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白，刺激性G蛋白(Gs）和抑制性G蛋白(Gi）分别激活、抑制腺苷酸环化酶(AC），通过“受体-G蛋白-AC -环磷酸腺苷(cAMP）”途径转导信号，在cAMP系统中起作用；Gp、Go分别促进、抑制磷脂酰肌醇(PI）的水解，经“受体-G蛋白-磷酸脂肪酶C(PLC）-蛋白激酶C(PKC）(或离子通道）”途径转导信号，在PI系统中发挥作用。细胞外的信号由此通过胞内效应分子和酶级联反应被放大。因此，G蛋白是胞外信号向胞内传递的关键中介体。

研究表明G蛋白与抑郁症的病因有密切关联。Young等［2］比较了抑郁症患者和对照组的脑组织，发现抑郁症患者大脑皮层前叶、颞叶和枕叶的Gαs蛋白水平增高，活性升高。Mitchell等［3］的临床研究表明抑郁患者外周血细胞Gαs蛋白mRNA水平和功能都增加。Garcia-Sevilla等［4］在抑郁症所导致的自杀死亡病人中发现前额叶Gi蛋白表达升高，并认为与α2受体的超敏有关。刘纪猛等［5］以慢性应激大鼠为抑郁模型探讨中枢部分脑区Gαi蛋白的表达水平及其与部分抗抑郁剂作用机制的关系，发现抑郁模型大鼠前额皮质、海马CA3区的Gαi表达升高，恢复前额皮质、海马CA3区的Gαi的表达可能是抗抑郁剂的作用靶点之一。Mc Gowan等［6］的研究认为慢性碳酸锂治疗使大鼠海马CA3区域的3种G蛋白(Gαi、Gαs、Gαo）的mRNA的水平升高，而在额叶皮质区域不能引起这种变化，推测海马CA3区可能与抑郁症发病的关系更为密切，而Gαi升高可能是其生化基础。

2 AC-cAMP-蛋白激酶A（PKA）-环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）转导通路与抑郁症

cAMP通路系统在情绪调节中起重要作用，是研究最早、最为深入的抗抑郁药信号转导通路。此通路反应的大致过程为：AC活化→催化ATP生成cAMP→PKA激活→CREB磷酸化→调节基因转录→发挥生物学效应。AC是G蛋白偶联信号转导途径中一个重要的酶，它能够将ATP转为第二信使cAMP，cAMP对细胞的调节作用是通过激活PKA来实现的。PKA是由两个催化亚基C和两个调节亚基R所构成的别构酶，每个调节亚基上有2个cAMP结合位点，催化亚基具有催化底物蛋白质某些特定丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化的功能。PKA将许多蛋白磷酸化并调节其活性。这些蛋白包括离子通道、细胞骨架元件、转录因子和酶。其中一个磷酸化转录因子是CREB，它是胞内与抑郁相关的几个信号转导通路中的一个交汇点，在中枢神经系统中起着关键作用，可促进神经细胞的存活、再生、分化等等。有学者提出磷酸化的CREB(P-CREB）可能是抗抑郁治疗显效的生物学标记［7］。尸检发现抑郁患者脑内Gαs水平和受体后刺激性AC活性都增加［8］，说明AC活性可能是抑郁症的标志之一。

受5-羟色胺(5-HT）和去甲肾上腺素(NE）调控的cAMP通路可介导抗抑郁药的作用。洛利普兰能激活AC-cAMPPKA通路，在大鼠和小鼠的多种行为检测中表现出抗抑郁活性［9］。抗抑郁药治疗使受体后细胞中cAMP通路上调；长期使用抗抑郁药后Gαs、AC增加［10］；抗抑郁药物能激活cAMP依赖性PKA活性，增加海马细胞内CREB mRNA，CREB蛋白和CREB/CRE结合［11］。

cAMP是细胞内最重要的第二信使之一。细胞内cAMP浓度的改变可影响多种细胞内信号转导途径，调节cAMP浓度的AC及cAMP对细胞调节的作用媒介PKA在此通路系统中也起着至关重要的作用。研究上述各环节在抑郁症患者部分脑区的改变及对抗抑郁药的敏感性将加深对抑郁症发病机制的认识，加快抗抑郁剂的研发。

3 PKC与抑郁症

PKC是PI信息系统的关键成分和主要调节酶，在细胞信息传递中发挥重要作用。PKC在脑内含量较高，参与突触前后神经传递过程，调节神经兴奋性、神经递质释放、基因表达变化和神经可塑性。动物实验、临床研究及药理学研究表明PKC与抑郁症的病因及抗抑郁剂的药理学机理密切相关。当5-HT等膜受体分子启动G蛋白后，激活PLC，使PI水解为三磷酸肌醇(IP3）和甘油二脂(DAG），DAG在钙离子和磷脂酰丝氨酸的共同作用下，激活PKC。PKC的主要作用是使胞内蛋白磷酸化从而启动DNA的复制。PKC还可以反馈抑制磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸水解或刺激钙离子信号通路的反应，并通过影响不同受体介导的信号通路来调节第二信使的作用。

Pandey等［12］发现抑郁症患者血小板细胞浆二丁酰佛波酯的结合增加，提示PKC的增加可能与抑郁症的发病相关。Coull等［13］发现至少3个月未服抗抑郁剂的自杀抑郁者较正常对照组前额叶细胞浆的PKC含量增高，细胞膜和细胞浆总的PKC没有变化，这可能与抑郁症患者PKC从细胞膜到细胞浆的重新分布有关。Wang等［14］应用底物蛋白磷酸化法研究抑郁症、躁狂症患者血小板的PKC活性，发现在基础状态下，躁狂症患者膜的PKC活性高于抑郁症患者和对照组，作者认为急性躁狂时PKC介导的信号转导增加，单相抑郁症时PKC介导的信号转导下降。

目前对PKC及PI信号系统与抑郁症关系的报道较少，相关的研究结果也不一致，因此PKC在抑郁症中的变化尚需进一步研究。

4 CREB及其下游靶标脑源性神经营养因子（BDNF）

CREB是细胞核内的一种转录因子，有α、β和γ 3种活性异构体。CREB的激活是通过其特殊的丝氨酸残基的磷酸化而实现的，即CREB第133位的丝氨酸磷酸化后，它的转录活性被激活。CREB可被多种不同的信号转导路径激活，cAMP系统中的PKA就是将其磷酸化的一种途径，除此之外还可被钙离子依赖的蛋白激酶(CaMK）和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK）通路中的核糖体S6激酶磷酸化。这3种CREB的磷酸化方式是目前研究认为与抑郁症和抗抑郁药作用相关的3条通路，而CREB正是上述通路的交汇点。P-CREB可调节许多促进细胞生长、增殖、存活和神经可塑性的基因表达，发挥重要作用。

Yamada等［15］测定抑郁症患者死后眶额皮质中PCREB免疫活性显示其免疫反应性降低。Nibuya等［16］发现长期使用抗抑郁药(包括选择性NE和5-HT再摄取抑制剂）后，海马区CREB的mRNA和蛋白表达升高。尸检研究发现，抑郁症患者大脑颞叶CREB表达下降，抗抑郁药可以逆转这一过程［17］。Koch等［18］测定抑郁患者在药物治疗或精神心理治疗前及治疗后1周的P-CREB，发现治疗有效者的CREB磷酸化显著增加，提出P-CREB可能是抗抑郁治疗显效的分子标志物。

以上研究提示CREB的表达和功能改变与抑郁症的病理生理过程有关，增加CREB功能有抗抑郁作用。因此，研究抑郁症与CREB调节的关系对阐明抑郁症机制和研发抗抑郁新药具有重要意义。

cAMP［19］、MAPK和CaMK形成了CREB的3个上游通路，3条通路最终都使CREB磷酸化，进而调节其下游通路的BDNF等基因表达，完成神经元生化反应。BDNF是脑组织中含量最丰富的神经营养因子，对神经元有保护、促进存活及损伤后再生的作用，被认为是神经修复中有着重要影响的细胞因子。体外试验证实BDNF对正常皮质神经元有维持存活效应；对缺氧神经元有确切保护作用［20］。Angelucci等［21］认为BDNF是参与神经元生存的一个中介，也参与中枢神经系统中多巴胺能、5-HT能、胆碱能神经元的可塑性，是神经可塑性的分子标记物。

动物实验证实外源性神经营养因子对5-HT类神经元、多巴胺神经元有促进和再生作用，BDNF本身在抑郁动物模型中有抗抑郁作用，能对抗应激诱发的神经元损害，并可能影响海马的神经元再生［22］。低水平的BDNF可以通过影响5-HT的含量参与抑郁症的形成，抑郁时BDNF的mRNA减少，海马BDNF的表达减少，可能造成额前皮质、海马神经细胞凋亡的增加，神经可塑性的下降，继而造成额前皮质、海马、纹状体灰质的减少等形态学的变化，而抗抑郁剂通过增加脑中BDNF的mRNA有效地逆转了上述过程［23］。

BDNF主要通过MAPK信号通路及CaMK信号通路调节脑细胞的生长、分化、存活和抗凋亡作用。MAPK通路中的TrKB(一种神经营养素受体）是BDNF的特异性受体，BDNF与TrKB受体结合后，随之发生受体的二聚体化，从而导致TrKB受体内在的酪氨酸激酶活性的激活。TrKB酪氨酸激活是BDNF信号传导的关键第一步。通过TrkB受体，BDNF在功能阻断的抗BDNF/TrkB抗体和BDNF剔除小鼠抑郁症动物模型中能阻断其活动，这直接证明了BDNF是抗抑郁剂作用的一个靶点［24］。

5 小结与展望

G蛋白作为第一信使和第二信使之间信息传递的媒介，成为受体后第一物质，在抑郁症发病和抗抑郁药物治疗中有重要作用。cAMP、MAPK、CaMK 3条通路对CREB的磷酸化乃至进一步对BDNF的调节是抑郁症在分子生物学方面的研究焦点，在AC-cAMP-PKA-CREB、PLC-IP3-CaMKCREB和TrKB-MEK-RSK-CREB通路中各种蛋白和酶的浓度、调节功能、激活能力都影响着信息传递的顺利与否，或多或少的影响着抑郁症的发病，并在抗抑郁剂中发挥作用。CREB的下游靶标BDNF是神经营养素家族中的重要成员之一，BDNF在抑郁症的发病机制中起着重要作用。CREB和BDNF两个重要分子可形成一个正反馈环，CREB不仅能激活BDNF的产生，BDNF也能诱导CREB磷酸化［25］。上述物质和途径是与抑郁症关系紧密的细胞信号转导机制。

抑郁症的病理机制复杂，尚需进一步的研究。只有明确细胞作用靶点、分子应答、行为反应调节，再利用其神经生物学特性，才能研发出起效快、安全机制强的抗抑郁新药，为患者减轻病痛，给社会降低经济负担。

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2010-03-29）

(本文编辑：武春艳）

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