γ-氨基丁酸A型受体变构调节剂研究进展

王 娜，刘俊宏，俞 纲，苏瑞斌

（军事科学院军事医学研究院毒物药物研究所，抗毒药物与毒理学国家重点实验室，神经精神药理学北京市重点实验室，北京 100850）

γ-氨基丁酸A型受体（gamma-aminobutyric acid type A receptor，GABAAR）是一类具有5次跨膜结构的配体门控离子通道蛋白，属于半胱氨酸环家族［1］。该受体不仅存在活性位点，也存在大量变构调节位点。其中，变构调节剂作用于GABAAR可引起受体构象改变，促进氯离子内流，从而发挥中枢抑制性效应［2］。与作用于活性位点的配体相比，变构调节剂可特异性调控受体活性。近年来，随着对GABAAR的深入了解，人们研发出越来越多的高选择性变构调节剂。本文综述GABAAR变构调节剂的最新研究进展，并对其作用特点和应用前景进行概述。

1 γ-氨基丁酸A型受体的结构和功能

GABAAR主要位于突触内和突触外，是一类由α，β和γ等19种亚基组成的异源五聚体，每个亚基的N端和C端朝向膜外，不同亚基组成的受体结合位点不同［3］，因而具有不同药理特性（如亲和力、传导性等）。药物通过作用于GABAAR调控GABA介导突触后膜超极化，在调节大脑记忆、意识及睡眠中具有重要意义。

1.1 突触内GABAAR

突触内GABAAR的数量、分布和动力学性质的改变是调节突触传递强度和神经环路信息处理的关键机制［4］，主要介导经典的相位性抑制效应，GABA从抑制性神经元释放到突触间隙中，引起突触间隙内GABA浓度的短暂升高并激活突触后GABAAR，受体暂时打开以增加突触后膜对氯离子的通透性。突触内受体对GABA的亲和力较低，这意味着尽管突触间隙GABA浓度很高（1～10 mmol·L-1），GABA分子在短时间内占据受体［5］，之后受体对GABA迅速脱敏失活，从而产生经典的抑制性突触后电流（inhibitory postsynaptic current，IPSC），鉴于突触内GABAAR的上述特性，相位性抑制引发的电流具有开放时程短的显著特点。

1.2 突触外GABAAR

突触外GABAAR以一种在时间和空间上更分散的方式被激活，GABA激活突触外GABAAR产生不依赖GABA存在的紧张性抑制效应［5-8］。与突触内受体相比，突触外GABAAR对GABA亲和力高，对纳摩尔水平GABA敏感，且脱敏速度较慢［9］。紧张性抑制可以持续激活突触外GABAAR，因此不同于突触内GABAAR介导的相位性抑制效应，紧张性抑制诱发的电流时程较长。同时，由于亚基组成不同，突触外受体表现出不同的生物物理特性，如通道开放时长等，缺乏γ亚基的突触外受体大部分对苯二氮（benzodiazepine，BZD）类药物不敏感，由δ亚基组成的δ-GABAR位于突触外。

突触外GABAAR被认为是麻醉药、促睡眠药物、神经类固醇和酒精等的重要靶点［6，10-11］。它们对于神经甾体的敏感性可能解释了它们在中枢神经系统疾病、卵巢周期和妊娠相关情绪障碍中的重要作用。其中靶向突触外GABAAR治疗多种神经精神类疾病受到广泛关注［7］。

2 GABAAR变构调节剂

变构调节剂分为正向变构调节剂（positive allo⁃steric modulator，PAM）和负向变构调节剂（nega⁃tive allosteric modulator，NAM）两大类［3，12］，可引起受体构象变化，调控受体对GABA的亲和力。PAM可增强GABA激活受体后所引起的生物学效应［13］，而NAM则与之相反。由于针对NAM的研究较少，本文重点关注PAM的研究进展。PAM作用于受体后引起的构象改变具有极其重要的生理作用，是抗焦虑、改善失眠和麻醉药物等的作用靶点［14］。

2.1 突触内GABAAR变构调节剂及其应用

2.1.1 BZD类药物

以GABAAR为靶标的PAM主要为经典的BZD类镇静药物［15-16］。目前已有近50种BZD类药物进入临床，如氟硝西泮（flunitrazepam）和咪达唑仑（midazolam，MDZ）等［17-18］。BZD作用于α和γ亚基组成的口袋，通过与突触内GABAAR α1/2/3/5+/γ2-界面上的高亲和力位点结合［19］，从而增强GABA介导的突触后膜超极化，产生抗焦虑和镇静作用［12，20-22］；选择性作用于由α1βγ亚基组成的GABAAR的药物表现出镇静和抗惊厥的特性，但长期使用可能产生耐药性、成瘾性、依赖性和停药反应等不良效应。目前临床上对BZD类镇静催眠药物的使用已加以限制。

BZD位点特异性拮抗剂氟马西尼（flumazenil，FLU）与其他咪唑并苯二氮类药物一样，也是α4β3γ2R 和α6β3γ2R 的PAM，这些药物分别结合在GABAAR的不同位点，通过变构调节受体增强与受体亲和力［23］。经典理论认为，位于GABAAR上α+/β-界面处的药物结合位点与α+/γ2-界面上的BZD类结合位点同源，因此发挥的药理作用也受到α亚基的强烈影响，与该结合位点相互作用的药物不能直接激活GABAAR，只能通过变构调节GABAAR发挥作用［24］。

多项证据表明，部分BZD类药物以FLU非敏感方式调节某些GABAAR，可能是通过作用于经典结合位点以外的第二跨膜结合位点［22，40］。本实验室前期在斑马鱼上研究发现，高剂量（30 mg· L−1）DZP引起的镇静效应不能被FLU拮抗，但可被荷包牡丹碱消除；氯硝西泮（clonazepam，CLO）也表现出类似的药理特性［20］，初步表明，GABAAR中存在对FLU不敏感的结合位点，提示第二跨膜位点的存在。随后，本实验室［41］在HEK293细胞上运用全细胞膜片钳电生理技术验证了FLU非敏感的高剂量BZD结合位点的存在，并发现非经典BZD效应取决于某些特定受体亚型和BZD结构。

2.1.2 巴比妥类药物

巴比妥类药物并不影响GABA的释放、代谢或重摄入，且与α亚基上的特定位点结合形成复合物并使其构象发生改变，从而影响复合物中GABA配体门控氯离子通道的传导，延长其开放时间，产生持续的中枢抑制作用［25］。巴比妥类药物具有成瘾性、耐药性、停药反应以及严重的呼吸抑制等不良反应，且致死剂量和治疗有效剂量过于相近，安全治疗范围很小，剂量稍大即可导致患者昏迷甚至死亡。除短效的司可巴比妥外，临床上现在较少使用该类药物。

2.1.3 抗癫痫药物

新型抗癫痫药物苯甲酸酯（cenobamate）是作用于GABAAR的高亲和力PAM，可变构调节由不同α亚基组成的GABAAR，用于治疗局灶性（部分发作）癫痫发作［26］。在海马CA1神经元中，氟马西尼未能拮抗苯甲酸酯增强的抑制性和相位性电流。苯甲酸酯作用于非经典BZD结合位点，可有效增强海马神经元内的紧张性电流，这可能是其稳定癫痫患者海马神经回路的分子机制。此外，苯甲酸酯有作为中枢神经系统创伤后神经保护剂的潜力，通过非BZD结合位点发挥作用，可能会减少BZD导致的耐受现象，因此苯甲酸酯的安全性和耐受性较好［27］；但临床研究结果表明，苯甲酸酯仍有多种不良反应，如嗜睡、头晕、头痛、复视和眼球震颤等中枢不良反应，少数出现嗜酸性粒细胞增多和全身药疹等症状［28-29］。

2.1.4 神经活性类固醇类药物

神经活性类固醇类药物是作用于GABAAR的广谱PAM，大量研究证实其具有特殊类固醇类化合物结合位点，且通过与α1亚基多个位点结合，促进GABA门控氯离子通道开放，某些天然存在的孕烷类固醇可特异性增强GABAAR以非基因组（直接）方式发挥作用，如镇静、麻醉、抗癫痫、抗焦虑和抗抑郁（包括产后抑郁）等［30］。神经活性类固醇中的麻醉性类固醇包括天然或合成的含有5α或5β位A环的化合物，3α位羟基和C17或C20位电负性原子的类固醇是GABAAR的PAM。研究表明，孕烷醇酮（5β-pregnan-3α-ol-20-one，3α5βP）可变构增强GABA对GABAAR的激活。神经类固醇与依托咪酯联用可显著降低麻醉所需剂量，可能具有减少不良反应的作用［31］。

Zuranolone（SAGE-217）是一种作用于GABAAR的新型神经活性类固醇PAM［32］。体外结果表明，SAGE-217可增强不同亚基组成的9种人类重组受体（包括突触内、外构型的代表性受体）的内向电流。在α1β2γ2R中，该药与地西泮（diazepam，DZP）可协同增强GABA诱发的电流。研究认为，神经活性类固醇PAM具有治疗情绪障碍潜能［33］。目前，该药已进入多个Ⅱ期临床研究，用于治疗重度抑郁、产后抑郁和双相抑郁等［32，34］。最新研究结果表明，与接受安慰剂的健康成年人相比，单用该药的健康成年人失眠表现得到了明显改善［35］。

2.1.5 全身麻醉药物

丙泊酚（propofol）和依托咪酯（etomidate）都能通过GABAAR的变构调节位点增强GABA诱发电流并发挥相应的药理效应。丙泊酚是一种短效静脉麻醉药，在各类手术中应用广泛，具有副作用少、起效迅速、苏醒快等优势，可直接激活GABAAR，α，β和γ亚基都对其敏感［36］。依托咪酯主要用于全身麻醉诱导，可激活GABAAR中的β2和β3亚基，而对β1和α亚基的亲和力较低，但依托咪酯对含γ亚基的受体亲和力较强［37］。由于依托咪酯对肾上腺皮质功能具有一定抑制作用，可引起恶心呕吐和肌颤等不良反应，在使用时可考虑与BZD和肌松药联用，以减轻其不良反应［38］。有研究报道，GABAAR的PAM（4-丁氧基-2-〔4-（2-氰基苯甲酰基）-1-哌嗪基〕嘧啶盐酸盐，E-6375）是一种新型静脉全身麻醉剂，对小鼠麻醉效力较强，与丙泊酚或依托咪酯相当［39］。

2.1.6 其他

瑞替加滨类似物（2-氨基-4-〔（2，4，6-三甲基苄基氨基）-苯基〕-氨基甲酸乙酯，AA29504）是GABAAR的PAM［42］。计算机分析结果表明，AA29504通过作用于GABAAR跨膜β+/α-界面中的变构位点发挥作用，该位点也是其他PAM〔如依托咪酯和2-苯基-（对甲苯基）-喹唑林-4（3H）-酮（2-phenyl-3-（p-tolyl）quinazolin-4（3H）-one，PPTQ〕［43］的作用靶点。然而，与以往靶向该位点的配体表现出亚型选择性不同，AA29504并未表现出明显的β亚基选择性。小鼠实验表明，AA29504具有潜在的抗焦虑作用［44］。

CGS 9895不仅是作用于BZD结合位点的GABAAR拮抗剂，同时也是α1+/β3-界面的低效PAM。和其他吡唑并喹啉酮类化合物一样，CGS 9895作用在α1+/β3-界面的低亲和力结合位点，而非高亲和力BZD结合位点［21］，此类药物不仅具有BZD药物具有的治疗睡眠障碍作用，还具有比BZD类药物更广泛的作用，并可能成为临床治疗癫痫的重要药物。脊髓GABAAR在疼痛发生过程中发挥了关键作用［45］，含α2或α3亚基的GABAAR在疼痛的调控中具有重要作用，作用于该受体的PAM可能具有镇痛潜力。有研究报道，KRM-Ⅱ-81，一种新的选择性α2或α3亚基GABAAR的PAM，可减轻急慢性疼痛模型动物的疼痛行为［46］。此外，在啮齿动物癫痫和创伤性脑损伤模型中具有治疗创伤后癫痫的作用［47］。

6-甲基黄酮在GABAAR上产生的效应并不能被氟马西尼拮抗，表明它并非作用于高亲和力BZD结合位点。6-甲基黄酮可能结合到GABAAR的多个位点，可改善卒中后神经损伤，具有神经保护作用［23］。

2.2 突触外GABAAR的PAM及其应用

2.2.1 喹唑啉酮类化合物

突触外GABAAR具有独特的药理、生物物理和电生理特性［48］，是重要的药物作用靶标。通过对PAM甲喹酮（methaqualone，MTQ）进行结构修饰，研发出一种新的高效PAM—PPTQ，PPTQ是α1β2γ2R和α4β2δR的激动剂和PAM，在微摩尔浓度水平表现出内在活性，并在低至纳摩尔浓度下增强GABA诱发的信号传导。PPTQ作用在跨膜位点β+/α-界面，同麻醉剂依托咪酯作用位点相同或重叠，而不作用于GABAAR的其他3个跨膜界面。此外，PPTQ位点可与神经类固醇和巴比妥类药物靶向的GABAAR结合位点相似，但与α1β2γ2中的高亲和力BZD位点不同。这表明，对经典BZD的作用模式进行分析可得到具有不同功能特征且副作用少的PAM［49］。

2.2.2 DS2及其同源物

DS2是δ-GABAAR功能选择性PAM，可延长抑制性突触后电流的持续时间，而对快速相位性抑制无影响［50］。DS2可通过调节外周免疫细胞，为辅助治疗炎症反应提供保护作用，进而促进机体功能恢复，主要用于改善卒中恢复和降低炎症反应。对于DS2改善卒中恢复和调节炎症反应的研究指出，需要进一步开发亚型选择性化合物，以便更好地了解中枢和外周GABAAR信号通路的变化［51］。有研究合成了一系列具有更好效能且对δ-GABAAR选择性更高的DS2同源化合物，通过构效关系研究，辅导设计合成效能和选择性更高的化合物，成为研究该特定受体的重要工具［52］。

2.2.3 其他

突触外α4β3δR介导的强直性抑制在促进中枢敏化和病理性疼痛的发展过程中发挥了重要作用。2-261是一种β2/3亚基偏好的非甾体小分子PAM，2-261及其类似物在BZD不敏感的α4β3δR上发挥较强的正性调节作用，减轻由于局部GABA能减弱导致的慢性疼痛状态的维持，并缓解焦虑样行为。因此，2-261可通过选择性调节含有β2/3亚基的突触外GABAAR发挥缓解疼痛的作用［18］。

作用于突触外GABAAR的PAM 3α-孕烷醇酮能选择性增强成年小鼠小脑和海马齿状回颗粒细胞介导的紧张性电流，从而发挥抗焦虑作用［53］。有研究利用实验为导向的虚拟筛选技术筛出了2种化合物，其并不作用于经典BZD结合位点，而是通过跨膜结构域正性变构调控突触内外GABAAR，发挥镇静麻醉作用［3］。

3 展望

GABAAR是中枢神经系统多种疾病的重要治疗靶标，针对GABAAR进行的配体研发大部分集中于作用于该受体的激动剂或拮抗剂，而激动剂诱导产生的受体失敏等生理学过程也导致此类药物易出现药效短、耐受性差等问题。作用于GABAAR的PAM在药物成瘾、慢性疼痛、焦虑、癫痫和失眠等疾病的治疗中同样表现出巨大的潜力，同激动剂相比具有更好的受体选择性，通过对药物结构进行特定修饰，还可使药物有效通过血脑屏障。目前，越来越多选择性作用于GABAAR特定亚基的PAM被研发出来［21，32，54-55］，如选择性作用于 β2/3亚基的抗焦虑化合物2-261，临床苯二氮样副作用较轻［56］。

今后，有效减少GABAAR靶向药物的不良反应（如宿醉后遗效应、成瘾、耐受和依赖等）将是研发工作的重点和难点。通过选择作用于不同亚型受体的化合物可降低躯体依赖等不良反应，不同亚型的PAM可降低受体的完全激动作用所引起的反跳现象，今后镇静催眠药物的开发将向选择性修饰PAM的药物方向发展，力求功能性调节睡眠而不影响其他机体状态。关注镇静催眠药物作用于GABAAR的锚定蛋白（如Shisa7等）也对于理解药物和受体结合后动力学性质的改变具有重要意义［4，57］。