艾司西酞普兰的神经保护作用

2020-12-20敦昌平综述王文婷审校

河北医科大学学报 2020年3期

张君，敦昌平(综述)，王文婷，顾平，4*(审校)

(1.河北医科大学第一医院细胞治疗实验室，河北石家庄 050031；2.河北省唐山市人民医院神经内一科，河北唐山 063000；3.河北医科大学第一医院神经内二科，河北石家庄 050031；4.河北医科大学第一医院脑老化与认知神经科学实验室，河北石家庄 050031)

艾司西酞普兰(escitalopram，ESC)是西酞普兰的对映异构体。在临床上，ESC多用于治疗广泛性焦虑、惊恐障碍及抑郁症患者，是临床药物中选择性最强的新型5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitors，SSRIs)类抗抑郁剂。与其他SSRIs不同的是，它除了选择性地与突触前膜5-HT转运体结合位点结合外，还去除了外消旋西酞普兰结构中包含的西酞普兰右旋异构体对其左旋对映异构体与突触前膜变构位点的干扰，同时又增加了5-HT的释放，从而发挥抗抑郁焦虑的效果[1]；其优点为起效快，不良反应小，药物相互作用少，并获得美国食品和药物管理局批准成为临床治疗焦虑障碍、抑郁症的一线用药[2]。有研究发现，ESC在治疗抑郁症方面起效时间较快的原因之一可能是对海马区神经再生的影响。海马是学习记忆、信息处理和情绪调控的关键脑区，已有研究发现，无论是对于人类还是啮齿类动物，抑郁症和慢性应激均可引起神经发生的降低，主要表现为海马等部位萎缩、神经元数量减少，并伴有神经发生、树突和突触重塑以及胶质细胞的改变等[3]。ESC具有改善抑郁大鼠的抑郁行为和减少海马细胞凋亡的功能。最近研究发现，ESC在许多方面对神经发生起作用，如神经可塑性、神经再生、神经递质、激素等，从而产生脑保护作用。现就ESC的神经保护效应综述如下。

1 对脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)的影响

研究发现ESC可通过影响营养因子起到神经保护作用，最常作用于BDNF[4]。BDNF在中枢神经系统中表达丰富，分布较广，在上丘、大脑皮层和海马CA1～CA4 区高表达。BDNF是中枢神经系统中最常见的生长因子，也是最具代表性的神经营养因子，具有促进神经生长活性的生物学功能，并且也是神经系统发育及神经系统受损最关键的信号分子之一。BDNF的表达对中枢神经系统及神经可塑性起着至关重要的作用，如轴突生长、突触可塑性和神经元修复等方面，其水平受应激影响。研究表明，急性或慢性应激不仅可以抑制小鼠海马BDNF mRNA及蛋白质的表达，长时程的应激还会导致脑结构神经元细胞的凋亡，尤其是海马神经元细胞[5]。BDNF含量的增减可反映神经损伤的程度，其表达水平降低可能是抑郁症的基本病理变化之一，涉及抑郁症的神经保护治疗机制。在抑郁症患者中发现海马BDNF mRNA 表达减少、细胞萎缩。在神经元细胞损伤后，ESC能明显促进BDNF的分泌，促进中枢神经系统发育中的神经元分化、成熟，加速成熟神经元树突的生长和轴突分支的形成，促进受损神经元的修复。

研究表明，ESC不仅改善焦虑或抑郁大鼠的快感缺乏及焦虑抑郁样行为，而且抑制其海马BDNF表达的下调[6]。在经过ESC治疗后，慢性焦虑应激大鼠的大脑皮质和海马区BDNF表达水平上调；焦虑模型小鼠的焦虑样行为显著下降，前额叶海马和皮质的BDNF蛋白水平显著增高。在乳鼠时被母爱剥夺，将大大增加成年大鼠的应激敏感性及快感缺失的发生率。连续给予母爱剥夺和慢性不可预知温和刺激的大鼠模型ESC 21 d，剂量为15 mg·kg-1·d-1，其焦虑样行为显著减弱且海马BNDF表达水平显著增高。Jiang等[7]发现，BNDF溶解途径可能与抑郁症发病机制、抗抑郁治疗机制相关。此外，血清中的BDNF也参与了抑郁症的发生[8]。研究发现，抑郁症患者血清BDNF的含量显著降低，然而经ESC治疗有效的患者血清BDNF水平回升，但是症状未得到缓解的患者未发现BDNF水平的改变[7]。在女性和老年患者的对照试验中，经ESC治疗后血清BDNF含量基本恢复正常，表明女性和老年患者抑郁症状的改善与BDNF的含量密切相关。在随机对照试验中发现，无论抑郁症患者的年龄或性别如何，经ESC治疗后有效的患者血清BDNF均有所提高，故血清BDNF水平可作为检测抗抑郁疗效的生物标志物之一。此外，在抗抑郁治疗中，BDNF mRNA水平的变化与血清BDNF的增加平行，与症状改善相关。Furuse等[9]研究表明，抑郁症患者不仅血清BDNF降低，而且白细胞BDNF mRNA水平也显著减少，当应用ESC治疗后能显著提高白细胞BDNF mRNA水平，回升血清BDNF含量。在对早期生活逆境诱导的难治性抑郁症治疗研究中，研究者对有或没有产前酒精暴露的青春期大鼠给予皮质酮，随后给予ESC治疗，结果显示ESC逆转了大鼠抑郁症样行为，并伴随血清和伏隔核中BDNF表达水平的降低。这些结果提示ESC在难治性抑郁症中的治疗潜力。

ESC还对BDNF mRNA及相关途径蛋白的mRNA水平有影响。ESC能够直接促进BDNF mRNA的水平恢复，同时增加环磷酸腺苷反应元件结合蛋白、细胞再生素、特异性酪氨酸激酶受体B mRNA的含量，间接提高BDNF的水平。应用10 mg·kg-1·d-1ESC治疗焦虑抑郁模型小鼠，连续注射4 d，能够使小鼠皮质中特异性酪氨酸激酶受体B mRNA水平增加；相同剂量的ESC治疗焦虑抑郁SD大鼠7 d后，其前额叶皮质BDNF mRNA及细胞再生素 mRNA含量增高。将大鼠出生后与母鼠分离21 d，并在其成年后进行ESC治疗，结果发现，母婴分离诱导的BDNF外显子Ⅰ启动子的表观遗传变化在成年期间可通过ESC治疗得以阻止[10]。Seo等[11]报道，ESC慢性给药可显著降低母婴分离型大鼠海马中与BDNF外显子Ⅳ启动子结合的MeCP2。表明ESC可通过外遗传调节BDNF表达水平，预防母婴分离型大鼠的行为异常。

ESC可以多种方式调节BDNF的表达水平，发挥神经保护的作用。

2 神经细胞再生与保护

5-HT被发现可以与不同的神经递质相互作用，与学习、记忆和情感等功能相关，5-HT神经传递功能障碍是抑郁症的常见症状之一[12]。研究表明，中缝背核5-HT能神经元投射到前额叶皮质形成抑郁症病理生理学的重要神经回路，SSRIs对缺血缺氧或氧化应激诱导的脑损伤有保护作用，SSRIs类药物可选择性增强中枢神经系统中突触的5-HT水平，促进海马神经发生[13-14]。SSRIs类药物调节5-HT有多种途径：增加丝氨酸羟化酶的表达水平，调控突触内5-HT的电生理刺激，抑制5-HT转运蛋白，调节5-HT限速合成酶，突触前5-HT的脱敏，激活负反馈回路的5-HT1A自身受体[15]。5-HT1A是启动5-HT诱导海马神经发生的主要受体，ESC作为SSRIs类药物，通过上调突触内5-HT和5-HT1A的表达促进大脑功能的恢复。由此提示，ESC可促进对内源性抑郁症对海马突触前和突触后可塑性的破坏性效应的修复。

ESC能够增强中枢神经系统5-HT能神经的作用并抑制5-HT的再摄取，5-HT能促进神经元的再生，当5-HT合成受抑制或5-HT能神经元选择性受损时，可引起齿状回及脑室下区神经元增殖活性下降。研究表明，ESC可通过相关的神经信号通路促进突触蛋白的产生以及神经元分支的再生与恢复，从而促进神经元增殖，发挥神经保护作用[16]。ESC对前额叶皮层下结构的兴奋性突触传递和信息整合具有重要作用，并能增强对伏隔核神经元的驱动作用[17]。已证实，哺乳动物的海马齿状回尚有一群神经前体细胞具有增殖、分化和再生的功能，且可与新细胞形成突触连接，这有助于增强认知功能，但在生理情况下这些前体细胞的再生能力一般较低。研究表明，ESC可促进海马神经元的恢复和再生，将5 mg·kg-1·d-1或10 mg·kg-1·d-1ESC应用于慢性刺激焦虑小鼠模型，持续给药4周，在症状缓解的模型鼠海马腹侧和背侧颗粒细胞层均观察到了细胞增殖的现象。给予抑郁大鼠模型0.35 g·kg-1·d-1或0.57 g·kg-1·d-1的ESC治疗14 d后，发现新生海马细胞数量显著增加，并促进背侧海马齿状回新生细胞的产生，推测ESC可能与5-HT以及BDNF的调节有关。

应用ESC治疗母爱剥夺模型的SD大鼠后发现，此治疗方法提高了促进树突生长的蛋白——二氢嘧啶酶相关蛋白2的含量。进行体外培养的研究表明，ESC能缓解由B27导致的海马神经元树突再生能力下降，其可能是通过PKA/PI3K/CaMKⅡ等信号通路发挥作用。还有研究显示，ESC在海马调节编码神经肽Y(neuropeptide Y,NPY)和(或)NPY-Y1受体的mRNAs，触发海马细胞增殖，调节海马细胞的可塑性，最终起到抗抑郁作用。应用ESC干预Aβ诱导的阿尔茨海默细胞模型发现，神经元分支数目和长度显著增加，细胞活力提高，表明ESC不但可促进神经细胞数量的增加和树突的生长，还有利于神经突触的恢复。在Aβ诱导的细胞实验中，经ESC预处理后突触小泡蛋白和突触结合蛋白的含量均增加，并降低糖皮质激素导致的细胞内突触蛋白聚集[18]。用10 mg·kg-1·d-1的 ESC治疗慢性焦虑大鼠4周后，发现其扣带回、海马CA1区、CA2区、CA3区及前边缘皮层的突触后密度蛋白93、突触后密度蛋白95、突触素1和突触小泡蛋白均增加；在海马CA1区、CA2区、CA3区、前边缘皮层、杏仁核及扣带回观察到突触活跃区域长度增加、突触间隙减小和突触形成减少[19]。

研究显示，ESC对脑缺血神经元也具有保护作用[20-21]，其作用机制可能有以下3个方面：①ESC通过减少氧化应激缓解缺血神经元的进一步损伤；②ESC促进血管内皮细胞生长因子的释放，触发脑缺血部位血管再生；③ESC抑制K+通道的开放和星形胶质细胞增殖。

3 对神经递质及糖皮质激素的影响

在焦虑抑郁啮齿动物模型中会出现前额叶皮质、海马及下丘脑等部位神经递质减少，给予ESC治疗后，大多数模型的脑内神经递质恢复至正常水平[22]。盐酸氯米帕明预处理新生大鼠后，其海马等多个脑区的去甲肾上腺素、5-HT、多巴胺(dopamine, DA)分泌均减少，应用ESC治疗后可恢复前额叶皮质、海马、纹状体、下丘脑和脑干中的5-HT和去甲肾上腺素水平，以及海马、纹状体中的DA水平，海马和前额胆碱酯酶的活性也在一定程度上恢复。ESC可有效增加大鼠额叶皮质5-HT的释放，但不能增加DA的释放[23]。另有研究表明，血管性痴呆大鼠在手术后7～21 d，海马与皮质分泌5-HT、DA和去甲肾上腺素水平下降；但在ESC治疗组，海马与皮质5-HT和DA水平升高[16]。以上均显示ESC可能通过上调大脑皮层和海马区的单胺类神经递质改善学习或记忆功能。

甲基苯丙胺致敏雄性SD大鼠构建成应激易损性行为模型，给予ESC治疗后，显示杏仁核DA释放减少，表明ESC通过稳定多巴胺能神经元通路调节杏仁核的情绪加工功能[24]。研究发现，在5 mg·kg-1·d-1ESC治疗抑郁大鼠14 d后，中缝背核和前额叶皮质的5-HT分泌显著上调，5-HT能神经元活性增强，脱敏的5-HT能神经元敏感性恢复。ESC能改善complexin基因敲小鼠的突触活动并提高complexin含量，恢复促进突触及Ca2+相关神经递质释放的能力。

在抑郁症中，下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴的高活性已被广泛关注[25]。皮质醇是体循环的主要糖皮质激素，也是HPA轴的终点。已有研究证明，ESC通过调控抑郁症患者皮质醇的分泌使HPA轴反应正常化。Ronaldson等[26]发现，服用ESC的女性患者皮质类固醇受体敏感性增加，皮质醇斜率变陡，服用6 d ESC后的健康女性清醒时的皮质醇水平增加，皮质醇斜率变陡。慢性焦虑型和母爱剥夺型大鼠的皮质醇水平显著增加，给予15 mg·kg-1·d-1ESC治疗后，大鼠的皮质醇水平显著降低，焦虑行为显著缓解；对于焦虑模型大鼠，给予5 mg·kg-1·d-1ESC治疗也会显著降低其皮质醇水平。此外，ESC对海马促肾上腺皮质激素释放因子以及下丘脑和海马糖皮质激素受体转录物均具有显著影响，并抑制中央杏仁核促肾上腺皮质激素释放因子的过表达，表明ESC对HPA轴有调节作用。还有研究发现，早期生活压力通过调控糖皮质激素启动子17的表观遗传变化对成年啮齿动物的糖皮质激素表达和行为产生持续的影响。暴露于慢性抑制或母婴分离应激下时，大鼠糖皮质mRNA和外显子I7的表达水平显著降低，若2种应激源叠加可增强以上mRNA的表达降低，应用ESC治疗后将改善上述变化，表明ESC可通过参与糖皮质激素启动子17的表达调节糖皮质激素的水平[27]。

4 对神经可塑性的调节

神经可塑性包括突触发生及其功能变化，是人脑的重要特征之一，从而使人在不断变化的环境中作出适应性反应。在大鼠动物模型的研究中，发现慢性不可预测的轻度应激(chronic unpredicted mild stress，CUMS)或反复抑制均可诱导大鼠海马神经元结构重塑、长时程增强效应缺陷和长时程抑郁易化。基于这些发现，研究者提出了“突触发生假说”，认为抑郁症患者情绪及情绪回路中可能存在不稳定的突触连接缺失。Ⅰ型突触是最常见的突触亚型，主要位于动物中枢神经系统的树突棘和树突轴上。发育良好的突触后密度蛋白介导神经元通讯，这与突触的功能和可塑性有关；此外，突触的形态可塑性伴随突触相关蛋白的表达变化，这些变化与突触后密度的厚度和信号传递的有效性有着明显的相关性。 Li等[19]研究发现，CUMS大鼠脑区发生突触重构，导致内侧前额皮质、海马亚区以及基底外侧杏仁核的突触间隙宽度、活动区长度、突触后密度厚度和(或)突触弯曲发生改变，并伴随突触相关蛋白——突触前和突触后蛋白表达的变化；采用电子显微镜和Western blot分析，定量检测ESC给药后CUMS大鼠相关神经回路中灰质Ⅰ型突触超微结构的变化及突触相关蛋白的表达，结果显示ESC通过部分改善或逆转神经回路的突触可塑性，重塑的突触超微结构对CUMS大鼠起抗抑郁作用。

microRNAs (miRNAs)是重要的非编码小RNA，在基因表达的转录后调控中发挥重要作用。在中枢神经系统中约有50%的miRNAs表达，它们的假定靶基因参与基本神经过程的调节。有趣的是，突触活动调节神经元miRNAs的产生及其作用，此过程与神经回路的适应性过程相互联系，且一旦被干扰将出现脑部功能紊乱。在严重抑郁症患者的脑内脑脊液、血液、外周血细胞及血清中均检测到特异性miRNAs表达的改变。研究表明，ESC能够诱导神经细胞miRNAs及其基因调控[28]。let-7f属于let-7 miRNAs的进化保守家族，在人脑中高度表达，并可能强烈影响神经基因的表达。ESC给药48 h、72 h后，能够诱导let-7f的表达水平增强，似乎能够恢复let-7f的生理水平；let-7f可能是ESC调节神经发生和神经可塑性过程的介质。在转录组分析研究中，ESC给药72 h后，还发现了BCOR、CCND1和ATR 蛋白质编码基因的下调，它们是let-7f靶点，并在神经可塑性和保护大脑免受氧化应激中发挥关键作用，表明ESC可通过调节特异性miRNAs对基因表达的下游产生效应。