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隨著生活節(jié)奏變快，現(xiàn)代人面臨的壓力與日俱增。與此同時，抑郁癥也成為困擾現(xiàn)代人的一類精神疾病。

抑郁癥的反復(fù)發(fā)作史是自殺的一大誘因，但是傳統(tǒng)治療抑郁癥的藥物，例如選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑SSRIs等，卻有著治愈率低、復(fù)發(fā)率高、副作用大等缺點(diǎn)。因此開發(fā)高效、毒副作用小的抗抑郁藥刻不容緩。

5-HT_2AR是5-羥色胺受體的一員，它與5-HT_2BR，5-HT_2CR共同構(gòu)成了5-HT2受體的一個次家族。5-HT_2AR是潛在的治療抑郁癥等精神類疾病的靶點(diǎn)，不過目前大部分5-HT_2AR的激動劑如LSD、裸蓋菇素（迷幻蘑菇）、二甲基色胺（DMT）等都有致幻風(fēng)險。因此，開發(fā)安全低毒副作用的5-HT_2AR激動劑是研發(fā)治療抑郁癥的一個重要方向。

虛擬分子庫在藥物開發(fā)早期、篩選配體具有重要作用。研究人員可以跳過繁瑣的合成步驟，就能通過虛擬分子庫中數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)多樣的分子，篩選出合適的激動劑或者抑制劑。

近日，杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的William C. Wetsel團(tuán)隊(duì)、加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的John J. Irwin和Brian K. Shoichet團(tuán)隊(duì)、北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的Bryan L. Roth團(tuán)隊(duì)、斯坦福大學(xué)的Georgios Skiniotis團(tuán)隊(duì)以及耶魯大學(xué)的Jonathan A. Ellman團(tuán)隊(duì)合作，在《自然》期刊上發(fā)表了有關(guān)抗抑郁藥的重要研究成果。

他們將目光聚焦于四氫吡啶（THP）骨架，構(gòu)建了含有7500萬含有該骨架分子的虛擬化合物庫，并從中篩選出了2個特異性靶向5-HT_2AR的部分激動劑[1]。

值得注意的是，這兩個化合物均沒有已知5-HT_2AR激動劑的致幻性，并且在小鼠模型上，它們能以1/40的劑量達(dá)到目前已上市抑郁癥藥物的效果。

論文首頁截圖

為了構(gòu)建含有THP分子骨架的虛擬分子庫，研究人員將已合成的THP衍生物和與其適配的功能基團(tuán)導(dǎo)入虛擬分子庫生成系統(tǒng)，通過添加諸如手性、物理性質(zhì)等限制條件，生成一個具有7500萬個衍生物的虛擬分子庫。

接下來研究人員通過分子對接實(shí)驗(yàn)，希望可以篩選出5-HT_2AR的配體。由于缺乏5-HT_2AR的晶體結(jié)構(gòu)，他們以5-HT_2BR-LSD的晶體結(jié)構(gòu)為模板，構(gòu)建了1000個同源模型。

通過評估這些模型對已知5-HT_2AR配體的富集能力，以及是否可以和LSD在關(guān)鍵位點(diǎn)產(chǎn)生相互作用，就可以篩選出最合適的5-HT_2AR的晶體模型。研究人員使用該模型，在分子對接實(shí)驗(yàn)中，從7500萬個分子中篩選出若干了先導(dǎo)化合物。

分子對接實(shí)驗(yàn)示意圖

緊接著，研究人員通過化學(xué)合成獲取了其中17個結(jié)構(gòu)，在配體結(jié)合試驗(yàn)中，篩選出4個能夠與5-HT_2AR，5-HT_2BR和5-HT_2CR結(jié)合且產(chǎn)生抑制或者激動效果的分子。并且對接試驗(yàn)顯示，這些新配體能與受體在保守位點(diǎn)形成相互作用。

合成的17個候選分子以及四個配體

研究人員在此基礎(chǔ)上對先導(dǎo)化合物就行了一系列的衍生化，并進(jìn)行了構(gòu)效關(guān)系的分析。由此篩選出兩個5-HT_2AR的部分激動劑，(R)-69和(R)-70，它們對5-HT_2AR的EC₅₀分別為41nM和110nM。

值得一提的是，這兩個分子對5-HT_2BR的EC₅₀分別是5-HT_2AR的4.6倍和6.4倍，對5-HT_2CR的EC₅₀分別是5-HT_2AR的29倍和51倍，對其他45個相關(guān)蛋白也未表現(xiàn)出結(jié)合，因此可以避免脫靶效應(yīng)。

在之后的β-抑制蛋白募集實(shí)驗(yàn)中，(R)-69和(R)-70均未表現(xiàn)出激動作用。由此，研究人員得出結(jié)論，與LSD等已知5-HT_2AR激動劑脫靶效應(yīng)高，更偏好激活下游β-抑制蛋白通路不同，(R)-69和(R)-70是針對5-HT_2AR的特異性部分激動劑，而且偏好激活下游G蛋白通路。

(R)-69和(R)-70的結(jié)構(gòu)

接下來，研究人員使用冷凍電鏡確定了5-HT_2AR-(R)-69的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)(R)-69與5-HT_2AR在Asp155形成關(guān)鍵鹽橋，Phe340與(R)-69氮雜吲哚形成了堆積作用。此外，還有Val156、Val235、Trp336、Phe339等和(R)-69形成疏水作用。

5-HT_2AR-(R)-69的結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行了一系列的體外測試之后，研究人員開始在小鼠模型上探索(R)-69和(R)-70治療抑郁類精神疾病的可能性。在藥代動力學(xué)測試中，(R)-69和(R)-70均能透過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

接著研究人員對(R)-69和(R)-70進(jìn)行了致幻性測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1-3mg/kg的劑量下，(R)-69和(R)-70只會導(dǎo)致非常輕微的頭部抽搐反應(yīng)（HTRs，是小鼠在攝取5-HT_2AR激動劑如LSD之后產(chǎn)生幻覺的指標(biāo)），并且還能抑制由LSD導(dǎo)致的HRTs。除此之外，這兩個分子還能抑制LSD引起的超運(yùn)動狀態(tài)。

以上實(shí)驗(yàn)表明(R)-69和(R)-70在使用劑量下不具有致幻性。

給藥30分鐘之后的頭部抽搐反應(yīng)

接下來，研究人員使用先天習(xí)得性無助小鼠模型VMAT2-HET測試了(R)-69和(R)-70抗抑郁效果。

他們使用已上市的抗抑郁藥丙米嗪、氟西汀、瑞波西汀和安非他酮作為陽性對照。在給藥30分鐘后，1mg/kg的(R)-69或0.5-1mg/kg的(R)-70均能逆轉(zhuǎn)VMAT2-HET小鼠精神運(yùn)動遲緩和甜味偏好變低等類抑郁行為，讓模式小鼠的這些指標(biāo)恢復(fù)至野生型小鼠的水平，達(dá)到了與氟西汀相同的效果，而且效果可以持續(xù)24小時。

隨后，研究人員在后天習(xí)得性無助小鼠模型上測試了(R)-70的抗抑郁效果。

他們使用電擊足部休克（FS）使正常小鼠發(fā)展出類抑郁癥狀，然后測試了(R)-70的效果。結(jié)果證明1mg/kg的(R)-70能在給藥之后立刻（第0天）提高FS小鼠對甜味的偏好，逆轉(zhuǎn)抑郁癥狀，且效果持續(xù)到第3天，而氯胺酮直到給藥后的第一天才有顯著效果。

在這個實(shí)驗(yàn)中，研究人員還對小鼠進(jìn)行了懸尾試驗(yàn)。(R)-70也展現(xiàn)出比裸蓋菇素和氯胺酮更好的抗抑郁效果，在第0天(R)-70就顯著減少FS小鼠抑郁不動的時間，并且持續(xù)至第14天。而裸蓋菇素和氯胺酮分別是在第1天和第4天才開始發(fā)揮作用的，并且持續(xù)時間短于(R)-70。

此外，在抗焦慮測試中，(R)-70能增加FS小鼠在開臂區(qū)域停留的時間，證明它也具有抗焦慮效果。

FS小鼠的糖水偏好實(shí)驗(yàn)（上）和懸尾試驗(yàn)（下）

總的來說，在這個研究中，研究人員使用超大虛擬分子庫與分子對接試驗(yàn)篩選出5-HT_2AR的配體，并且在此基礎(chǔ)上對先導(dǎo)化合物進(jìn)行了一系列的結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化，得到了特異性良好的靶向5-HT_2AR的部分激動劑。

這兩個化合物在小鼠身上具有長效的抗抑郁、抗焦慮的效果，并且致幻風(fēng)險很低，是非常有潛力的治療抑郁癥等精神類疾病的候選分子。更重要的是，這個研究為之后配體篩選、新藥研發(fā)等提供了新思路和平臺。

需要指出的是，盡管在本篇文章中，篩選出的兩個化合物在小鼠模型中均展現(xiàn)出良好的且持久的抗抑郁效果，但其對于已經(jīng)產(chǎn)生抗藥性的抑郁癥患者、嚴(yán)重焦慮患者、以及其他精神類病的治療效果，還需要更多的實(shí)驗(yàn)和探索。

參考文獻(xiàn)

【1】Kaplan AL, Confair DN, Kim K, et al. Bespoke library docking for 5-HT_2A receptor agonists with antidepressant activity. Nature. 2022;10.1038/s41586-022-05258-z.

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