TREK1及其与抑郁障碍相关的研究进展

胡 静，程宇琪，朱祖欣，许秀峰

昆明医学院第一附属医院精神科（云南昆明 650032）

抑郁障碍（major depressive disorder，MDD)，是以心境低落、对活动失去兴趣或愉快感为主要表现的心境障碍，临床上较常见。人群中几乎1/5者在其一生中经历过MDD。从患者的个人生活和社会经济负担来看，MDD已成为一个公共卫生问题，据世界卫生组织统计，到2020年MDD将成为全球第二大疾病负担。目前对MDD病因不清，其遗传度为37%，其发生还受心理、社会、文化等多因素的共同作用。目前药物是治疗MDD最有效方法之一，抗抑郁药主要作用于5－HT和NE等神经递质，然而这些药物发挥作用的机制仍然不是很清楚，加之临床治疗中药物敏感性差、不良反应明显等使很多患者长期饱受折磨。进一步研究MDD的病因学机制，寻找抗抑郁药治疗新靶点已成为倍受关注的焦点，TREK1正是近年发现的与MDD相关的新靶点。本文从TREK1的结构、分布、影响因素、功能特性及其与疾病的关系出发，对相关基因敲除的动物模型、STARD（Sequenced Treatment Alternatives to Relieve Depression)研究、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging fMRI)等研究进展进行综述。

有研究证实，氟西汀（fluoxetine)及其它SSRI可部分抑制脑内TREK1浓度［1］;TREK1基因敲除的小鼠能够增强5－HT的效能而抵抗抑郁的发生，并且能够降低应激状态下糖皮质激素水平［2］;TREK1基因的单核苷酸多态性与抗抑郁药治疗的反应相关［3］;TREK1的基因型与犒赏相关脑活动的个体差异性关联［4］。同时人们也日益关注到TREK1在神经保护等方面的作用，这为研发新的对MDD有效抗抑郁药物带来了希望。

1 TREK1的结构、分布

TREK1属于神经元活动背景双孔钾通道，通道主要由4个shaker糖蛋白（4个亚单位)构成，相互间具有高度同源性。不同的生物，sbaker亚单位蛋白可以是shab、shaw或shal亚单位蛋白，通道亚单位四者只居其一，不能相互结合。每个亚单位蛋白迂回跨越细胞膜6次，形成6个跨膜段，分别命名为S1～S6区。此系离子通道发挥功能的区段之一，每个通道拥有4个重复的成分，通道每个亚单位含有2个功能区（poredomains)，因此TREK1属双P区型钾通道家族。4个重复成分的功能区连接沟通，成为离子通路的干道，此结构称为“H5”区或通路区 。在S4区的氨基酸残基带正电荷，对膜电位变化敏感，当膜去极化时，带电荷的氨基酸发生电荷移动，分子重新排列，引起结构改变，传递到功能区引起离子通道的开放;当其自行移动时，则产生微弱的门控电流，为静息的、外向整流的电压和时间依赖型钾通道，作为机械门控性（mechano－gated)K通道，其细胞膜在机械力作用下，容积大小发生改变，以此调控通道活性［5］。TREK1广泛存在于大脑的神经元，特别是尾状核和壳核内GABA丰富的中间神经元;在前额叶、海马、下丘脑［6］亦有表达;在中缝核5－HT神经元和背根神经节的感觉神经元中也有发现［7］。TREK1在神经元的突触前膜和后膜均有表达，调节神经元突触前膜TREK1通道的开放能影响神经递质的释放。实验动物研究发现当有害刺激出现时，突触前易化，引起感觉神经元和运动神经元之间神经递质释放。目前认为TREK1与神经元相关疾病的关系主要集中在TREK1对突触前膜神经递质的调控。最近发现TREK1在外周的肠系膜动脉、皮肤毛细血管的内皮细胞存在，参与内皮依赖的血管扩张发挥重要作用［8］。在小鼠牙髓神经元（14%)发现TREK1，可以作为治疗牙髓过敏的新靶点［9］，在人类的子宫肌层细胞它和TASK1一起被定位于细胞内和质膜［10］。

2 TREK1兴奋性的调节

2.1 物理刺激 TREK1通道与静息电位有关，并参与调节神经元的整体兴奋性。它能被诸如机械刺激、细胞内酸中毒、升高的体温等物理刺激作用而影响其生物活性。全细胞膜片钳记录研究显示:膜牵拉导致TREK1通道可逆性的开放，该机械刺激直接引起的通道开放，不依赖于细胞内的Ca2+和ATP水平。研究中负压刺激产生的兴奋性明显高于正压所引起的兴奋，提示特异性的细胞膨胀变形能优先打开通道。从全面细胞的水平来看，当细胞外液的渗透压升高时，TREK1的离子流明显减弱，细胞体积的改变通过影响膜的紧张度使通道开放。机械刺激通过脂质双分子层传递，肌动蛋白的细胞骨架使冲动在传递过程中被削减。［11］TREK1和肌动蛋白的细胞骨架之间相互作用并最终影响了神经元的放电和突触的发生。TREK1在100 ms的膜牵拉过程中表现出明显的失活状态，且不受细胞骨架和膜片切除等影响，该失活状态为通道的四种循环状态之一，是其固有的。TREK1的羧基端为通道的中枢，缺失将导致通道逐渐失活［11］。

细胞内的pH亦改变电压与通道激活之间的关系，当pH降低时钾通道甚至可能在正常电压下打开，而细胞酸中毒时TREK1活性被抑制而失活［12］。此外持续的体温上升刺激TREK1产生可逆性的兴奋而使通道开放，其可耐受的最高体温为32～37℃，体温每升高1℃则电流幅度值增加0.9倍。TREK1热兴奋的前提是细胞的完整性，膜被破坏则TREK1对热刺激失去反应［13］。

2.2 化学刺激 除了被物理刺激所兴奋外，TREK1亦能被诸如细胞内的脂质等化学刺激所激活。物理刺激和化学刺激共同作用调节TREK1的兴奋性活动。在磷脂类中磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷酯酰丝氨酸均能使TREK1产生兴奋，甘油二酯作用刚好相反作为负调控因子存在;多不饱和脂肪酸，例如花生四烯酸能可逆性的引起通道开放;溶血磷脂酰胆碱刺激TREK1产生开放，和花生四烯酸一样都与羰基链端的作用相关。

2.3 膜受体和第二信使 Gs、Gq偶联的膜受体，Gs偶联的5－HT4受体，神经递质5－HT作用导致TREK1的兴奋性下调，AKAP150的参与使G蛋白藕联受体对TREK1的抑制作用。加强这一作用机理可能是由于AKAP150增加了TREK1与PKA的结合［14］。谷氨酸的代谢型受体mGluR1和mGluR1激活Gq蛋白偶联的受体也可抑制TREK1的兴奋性;磷脂酶C的水解产物PtdIns（4，5)P2使其去极化而兴奋性减低;PKC兴奋AKAP150的结合部位ser333和ser300进而激活Gq蛋白偶联受体最终抑制通道的活动［15］。与上述作用相反，NO激活蛋白激酶G调节ser351的磷酸化提高TREK1的电流，TREK1在外周的肠系膜动脉、皮肤毛细血管参与内皮依赖的血管扩张发挥的作用机理就可能是影响了NO 的产生［12］。

3 TREK1的药理学作用

TREK1具有重要的药理学作用，与P1型钾离子通道所不同，它不被四乙铵、4－氨基吡啶等拮抗剂抑制;但它能被其它药物抑制，如氟西汀。为了能在体外研究TREK1的药理学作用，TREK1基因敲除小鼠起到了极其重要的作用。Trek1－/－突变小鼠的出现改变了人们对TREK1功能的认识，提出了很多新的观点。临床常用的挥发性全麻药，如氯仿、异氟醚、乙醚、氟烷、N2O、环丙烷作用于该通道，发挥较强的镇痛作用。此外它还参与人类的犒赏活动，在神经保护、疼痛感觉、抑郁障碍等神经元相关的活动中发挥了重要作用，最近TREK1介导了多不饱和脂肪酸制剂发挥血管扩张剂的作用［13］。

3.1 TREK1和麻醉 部分麻醉药通过打开TREK1通道，导致神经元超极化。Trek1－/－突变的小鼠对氯仿、氟烷、七氟醚、地氟醚的兴奋性明显减低，在Trek1－/－突变的小鼠，氟烷达到全麻时的浓度却较野生型小鼠没有差别，这可能是由于挥发性全麻药的细胞分子机制仍有包括GABA受体在内的其它靶点［15］。全细胞和单通道的膜片钳研究同时发现单一TREK1的羧基端（CTDs)能够介导利多卡因的部分抑制作用，但完全的抑制作用必须依靠CTDs与利多卡因结合后的相互作用［16］。最近运用全细胞膜片钳研究发现单一的（h)TREK1的CTDs能够介导利多卡因的部分抑制作用，但完全的抑制作用必须依靠CTDs与利多卡因结合后的相互作用［17］。

3.2 TREK1和疼痛感觉 TREK1通道受到包括加压和加热在内的疼痛刺激而开放，Trek1－/－小鼠较野生型小鼠对疼痛刺激更为敏感，其DRG神经元在30℃～45℃范围内对热刺激的敏感性增加，但是当给予冷刺激时TREK1通道的兴奋性却没有发生变化。提示我们TREK1可能不参与冷感受过程。Trek1－/－小鼠较野生型小鼠对机械刺激的敏感性亦增加。因此更容易引起触刺激诱发疼痛。TREK1对疼痛感受器的机械感受性起调节作用，参与了外周炎症反应的疼痛感受。炎症介质通过作用于痛觉感受器和温度感受器引起了慢性疼痛，炎症介质所引起的痛觉感受器和温度感受器超敏现象在Trek1－/－小鼠较野生型小鼠为低［16］。

3.3 TREK1和神经元保护 TREK1通道的开放介导了神经元的保护。Trek1－/－突变的小鼠更容易发生组织缺氧和癫痫，脑室内自身或静脉给药的亚麻酸盐和溶血磷脂起到神经元保护的作用，红藻氨酸盐可诱发癫痫，这些作用在Trek1－/－突变的小鼠都是缺如的［15］。而正常机体内，当脑部缺氧时组织内花生四烯酸被释放，pH下降，细胞膨胀这些病理改变均能促进TREK1的开放。紧接着突触前和突出后的神经元超极化，保护神经元免受谷氨酸兴奋的神经毒性作用。同样的在利鲁唑、N2O、氙发挥神经元保护作用时，TREK1亦是开放的［18］。

3.4 TREK1和抑郁障碍 （1)基因敲除研究:较之野生型小鼠，TREK1缺陷的小鼠对抑郁相关的症状耐受性更强。在强迫游泳实验（Porsolt forced swim test，FST)中TREK1缺陷的小鼠在感到绝望并放弃前游泳的时间明显延长。该TREK1缺陷小鼠的行为与接受SSRI治疗的野生型小鼠极其相似。该行为表现与5－HT神经递质相关，敲除TREK1减少突触间隙cAMP的含量使5－HT对突触前膜神经元的负反馈被抑制，5－HT1A受体兴奋性减低，突触间隙的5－HT含量增加，最终对抑郁的发生具有抵抗作用。脑中5－HT敏感神经元的电生理学检测表明，较之野生型，TREK1缺陷小鼠的神经元活化作用增强，若通过联合用药并阻止神经递质合成、重吸收及再循环，使其耗竭则会逆转TREK1缺陷小鼠的抑郁耐受表型。TREK1缺陷小鼠的行为表现所并非这类离子通道功能的普遍特点，缺乏TRAAK（TRAAK和TREK1均为在中缝背核表达的钾离子通道)的小鼠模型并未显现出抗抑郁表型，其5－HT传递正常并且仍然对抗抑郁药物敏感。由于消除TREK1后诱导动物产生类似于抗抑郁药治疗后的表型，新型的TREK1阻滞剂可能具有抗抑郁效应［1］。

（2)全细胞膜片钳记录研究:氟西汀（fluoxetine)及其他SSRI类抗抑郁药可部分抑制脑内TREK1，这些药物的作用发挥一部分可能依赖于TREK1。1 Blackett Laboratory等通过全细胞膜片钳记录（whole－cell patch－clamp recording)的方法研究古菌素A 201细胞后，报道氟西汀及其代谢产物诺氟西汀抑制人的2P型钾离子通道TREK1，氟西汀表现出对TREK1浓度依赖型的抑制作用，该抑制作用与电压无关，半数抑制浓度为19μM，当氟西汀浓度为100μM抑制了84%的TREK1电流。诺氟西汀对TREK1的抑制力更强，半数抑制浓度为9μM抑制作用也不受电压影响。TREK1的羧基端仍然是抑制作用的中枢，切除TREK1的羧基端则氟西汀不能发挥抑制作用。E 306在TREK1发挥胞内质子传感器的作用，当谷氨酸（E)突变为丙氨酸（A)，则极大地降低了氟西汀对通道的抑制作用，100μM只能抑制40%的TREK1电流［2］。

（3)STARD研究:在 Roy H Perlis等人的STARD（Sequenced Treatment Alternatives to Relieve Depression)研究中发现TREK1的单核苷酸多态性与抗抑郁药治疗的积极反应相关（rs10494996 A等位基因 ，rs12136349 G等位基因，rs2841608 C等位基因，rs2841616 G 等 位 基 因)［3］;而 SLC18A2（VMAT2)、S100A10、HDAC5与抗抑郁治疗的反应性无关。

（4)fMRI研究:目前已经证实TREK1敲除的小鼠模型显现出抗抑郁表型，且TREK1的单核苷酸多态性与抗抑郁的反应相关，但是这些关联的神经机制尚不清楚。TREK1在犒赏相关的基底节区表达，那么TREK1的遗传多态性是否与抑郁障碍快感缺失的症状相关呢?Daniel G.Dillon等人让已进行基因分型的31名被试在fMRI的过程中完成延迟满足的任务。结果显示既往认为与积极地抗抑郁反应相关的三个基因型（rs10494996 A，rs2841608 C，rs2841616 G)和强化基底节对获益反应的兴奋性相关，但是不影响对惩罚或者无获益反馈的反应。TREK1的遗传多态性不影响基底节区的体积，但是和被试自我报告快感缺失的测评有确切相关关系。TREK1基因保护性等位基因（protective alleles)的总数和对获益反应较强的其它脑区（前扣带皮质、眶额叶皮质、前额叶皮质两侧)相关。TREK1的遗传多态性和大脑犒赏反应活动的个体差异相关。此外基底节区对犒赏的反应还与多巴胺转运体［dopamine transporter（DAT1)］儿茶酚－O－甲基转移酶（catechol－O－methyltransferase，COMT)功能基因的多态性相关联［4］。

TREK1作为新的与抗抑郁药相关的靶点，现在对其结构、功能、药理学运用都有了初步的认识，而且TREK1在胃肠疾病、糖尿病等领域也发挥着作用。如何才能在加深对其了解的基础之上研发出能有效治疗抑郁障碍的新药便成了新的课题。但要把TREK1拮抗剂一类的药物运用到临床治疗抑郁障碍，我们还需关注它与经典及非经典抗精神病药、锂盐等心境稳定剂以及与其他抗抑郁抗焦虑药的相互作用等。随着对TREK1基因功能的进一步研究，能否也让其加入到基因治疗的行列中也是待解决的问题。

［1］Louise E，Justin R，Kishani M，et al.Inhibition of the human two－pore domain potassium channel TREK－1 by fluoxetine and its metabolite norfluoxetine［J］.Briti J of Pharmacology，2005，144:821－829.

［2］Catherine H，Guillaume L.Deletion of the background potassium channel TREK－1 results［M］.Nature Neuroscience published online 13 August，2006，doi:10.1038/nn1749.

［3］Roy H P，Priya M，Jesen F，et al.Pharmacogenetic Analysis of Genes Implicated in Rodent Models of Antidepressant Response:Association of TREK1 and Treatment Resistance in the STARD Study［J］.Neuropsychopharmacology，2008，33:2810－2819.

［4］Daniel G，Ryan B.Variation in TREK1 Gene Linked to Depression－Resistant Phenotype is Associated with Potentiated Neural Responses to Rewards in Humans［J］.Human Brain Mapping，2010，31:210－221

［5］Ruppersberg JP.1ntrercelluler regulation of inward rectifier K+currents［J］.Pflugers Arch，2000，441:1－11.

［6］Alice G，Magalie P.Glucose Inhibition Persistsin Hypothalamic Neurons Lacking Tandem－Pore K_Channels［J］.Neuroscience，2009，29（8):2528－2533.

［7］Tina D，Andreas S.TRESK two－pore－domain K+channels constitute a significant component of background potassium currents in murine dorsal root ganglion neurons［J］.J Physiol，585.3（2007):867－879.

［8］Dirk H，Richard W.Physiology and Pathophysiology of Potassium Channels in Gastrointestinal Epithelia［J］.Physiol Rev，2008（88):1119－1182.

［9］Hermanstyne1 T O，Markowitz K.Mechanotransducers in Rat Pulpal Afferents［J］.J Dent Res，2008，87（9):834－838.

［10］Xilian B，George J.Expression of TASK and TREK，two－ pore domain K+channels，in human myometrium［J］.The Journal of the Society for Reproduction and Fertility，2005，129:525－530.

［11］Lauritzen l.Cross－talk between the mechanogated K2P channel TREK－1 and the actin cytoskeleton［J］.EMBO Rep，2005（6):642－648.

［12］Honoré，E，Maingret F，Lazdunski，Patel A J，et al.An intracellular proton sensor commands lipid－and mechano－gating of the K+channel TREK－1［J］.EMBO J K 2002，21:2968－2976.

［13］Kang D，Choe C，Kim D，et al.Thermosensitivity of the two－pore domain K+channels TREK－2 and TRAAK［J］.in J Physiol，2005，564:103－116.

［14］Guillaume S，Susanne Th.AKAP150，a switch to convert mechano－，pH－ and arachidonic acid－sensitive TREK Kt channels into open leak channels in The EMBO Journal，2006，25:5864－5872.

［15］Heurteaux C.TREK－1，a K+channel involved in neuroprotection and general anesthesia［J］.EMBO J，2004，23:2684－2695.

［16］Alloui A.TREK－1，a K+channel involved in polymodal pain perception［J］.EMBO J，2006，25:2368－2376.

［17］Nayak，K.Harinath S.Inhibition of human two－pore domain K+channel TREK1 by local anesthetic lidocaine:negative cooperativity and half－of－sites saturation kinetics［J］.Mol Pharmacol，2009，76（4):903－917.

［18］Franks N P，Honoré E.The TREK K2P channels and their role in general anaesthesia and neuroprotection［J］.Trends Pharmacol Sci，2004，25:601－608.