γ-氨基丁酸A型受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑研究進(jìn)展

王 娜，劉俊宏，俞 綱，蘇瑞斌

（軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院毒物藥物研究所，抗毒藥物與毒理學(xué)國家重點實驗室，神經(jīng)精神藥理學(xué)北京市重點實驗室，北京 100850）

γ-氨基丁酸A型受體（gamma-aminobutyric acid type A receptor，GABAAR）是一類具有5次跨膜結(jié)構(gòu)的配體門控離子通道蛋白，屬于半胱氨酸環(huán)家族［1］。該受體不僅存在活性位點，也存在大量變構(gòu)調(diào)節(jié)位點。其中，變構(gòu)調(diào)節(jié)劑作用于GABAAR可引起受體構(gòu)象改變，促進(jìn)氯離子內(nèi)流，從而發(fā)揮中樞抑制性效應(yīng)［2］。與作用于活性位點的配體相比，變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可特異性調(diào)控受體活性。近年來，隨著對GABAAR的深入了解，人們研發(fā)出越來越多的高選擇性變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。本文綜述GABAAR變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的最新研究進(jìn)展，并對其作用特點和應(yīng)用前景進(jìn)行概述。

1 γ-氨基丁酸A型受體的結(jié)構(gòu)和功能

GABAAR主要位于突觸內(nèi)和突觸外，是一類由α，β和γ等19種亞基組成的異源五聚體，每個亞基的N端和C端朝向膜外，不同亞基組成的受體結(jié)合位點不同［3］，因而具有不同藥理特性（如親和力、傳導(dǎo)性等）。藥物通過作用于GABAAR調(diào)控GABA介導(dǎo)突觸后膜超極化，在調(diào)節(jié)大腦記憶、意識及睡眠中具有重要意義。

1.1 突觸內(nèi)GABAAR

突觸內(nèi)GABAAR的數(shù)量、分布和動力學(xué)性質(zhì)的改變是調(diào)節(jié)突觸傳遞強度和神經(jīng)環(huán)路信息處理的關(guān)鍵機制［4］，主要介導(dǎo)經(jīng)典的相位性抑制效應(yīng)，GABA從抑制性神經(jīng)元釋放到突觸間隙中，引起突觸間隙內(nèi)GABA濃度的短暫升高并激活突觸后GABAAR，受體暫時打開以增加突觸后膜對氯離子的通透性。突觸內(nèi)受體對GABA的親和力較低，這意味著盡管突觸間隙GABA濃度很高（1～10 mmol·L-1），GABA分子在短時間內(nèi)占據(jù)受體［5］，之后受體對GABA迅速脫敏失活，從而產(chǎn)生經(jīng)典的抑制性突觸后電流（inhibitory postsynaptic current，IPSC），鑒于突觸內(nèi)GABAAR的上述特性，相位性抑制引發(fā)的電流具有開放時程短的顯著特點。

1.2 突觸外GABAAR

突觸外GABAAR以一種在時間和空間上更分散的方式被激活，GABA激活突觸外GABAAR產(chǎn)生不依賴GABA存在的緊張性抑制效應(yīng)［5-8］。與突觸內(nèi)受體相比，突觸外GABAAR對GABA親和力高，對納摩爾水平GABA敏感，且脫敏速度較慢［9］。緊張性抑制可以持續(xù)激活突觸外GABAAR，因此不同于突觸內(nèi)GABAAR介導(dǎo)的相位性抑制效應(yīng)，緊張性抑制誘發(fā)的電流時程較長。同時，由于亞基組成不同，突觸外受體表現(xiàn)出不同的生物物理特性，如通道開放時長等，缺乏γ亞基的突觸外受體大部分對苯二氮（benzodiazepine，BZD）類藥物不敏感，由δ亞基組成的δ-GABAR位于突觸外。

突觸外GABAAR被認(rèn)為是麻醉藥、促睡眠藥物、神經(jīng)類固醇和酒精等的重要靶點［6，10-11］。它們對于神經(jīng)甾體的敏感性可能解釋了它們在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、卵巢周期和妊娠相關(guān)情緒障礙中的重要作用。其中靶向突觸外GABAAR治療多種神經(jīng)精神類疾病受到廣泛關(guān)注［7］。

2 GABAAR變構(gòu)調(diào)節(jié)劑

變構(gòu)調(diào)節(jié)劑分為正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（positive allo?steric modulator，PAM）和負(fù)向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（nega?tive allosteric modulator，NAM）兩大類［3，12］，可引起受體構(gòu)象變化，調(diào)控受體對GABA的親和力。PAM可增強GABA激活受體后所引起的生物學(xué)效應(yīng)［13］，而NAM則與之相反。由于針對NAM的研究較少，本文重點關(guān)注PAM的研究進(jìn)展。PAM作用于受體后引起的構(gòu)象改變具有極其重要的生理作用，是抗焦慮、改善失眠和麻醉藥物等的作用靶點［14］。

2.1 突觸內(nèi)GABAAR變構(gòu)調(diào)節(jié)劑及其應(yīng)用

2.1.1 BZD類藥物

以GABAAR為靶標(biāo)的PAM主要為經(jīng)典的BZD類鎮(zhèn)靜藥物［15-16］。目前已有近50種BZD類藥物進(jìn)入臨床，如氟硝西泮（flunitrazepam）和咪達(dá)唑侖（midazolam，MDZ）等［17-18］。BZD作用于α和γ亞基組成的口袋，通過與突觸內(nèi)GABAAR α1/2/3/5+/γ2-界面上的高親和力位點結(jié)合［19］，從而增強GABA介導(dǎo)的突觸后膜超極化，產(chǎn)生抗焦慮和鎮(zhèn)靜作用［12，20-22］；選擇性作用于由α1βγ亞基組成的GABAAR的藥物表現(xiàn)出鎮(zhèn)靜和抗驚厥的特性，但長期使用可能產(chǎn)生耐藥性、成癮性、依賴性和停藥反應(yīng)等不良效應(yīng)。目前臨床上對BZD類鎮(zhèn)靜催眠藥物的使用已加以限制。

BZD位點特異性拮抗劑氟馬西尼（flumazenil，F(xiàn)LU）與其他咪唑并苯二氮類藥物一樣，也是α4β3γ2R 和α6β3γ2R 的PAM，這些藥物分別結(jié)合在GABAAR的不同位點，通過變構(gòu)調(diào)節(jié)受體增強與受體親和力［23］。經(jīng)典理論認(rèn)為，位于GABAAR上α+/β-界面處的藥物結(jié)合位點與α+/γ2-界面上的BZD類結(jié)合位點同源，因此發(fā)揮的藥理作用也受到α亞基的強烈影響，與該結(jié)合位點相互作用的藥物不能直接激活GABAAR，只能通過變構(gòu)調(diào)節(jié)GABAAR發(fā)揮作用［24］。

多項證據(jù)表明，部分BZD類藥物以FLU非敏感方式調(diào)節(jié)某些GABAAR，可能是通過作用于經(jīng)典結(jié)合位點以外的第二跨膜結(jié)合位點［22，40］。本實驗室前期在斑馬魚上研究發(fā)現(xiàn)，高劑量（30 mg· L?1）DZP引起的鎮(zhèn)靜效應(yīng)不能被FLU拮抗，但可被荷包牡丹堿消除；氯硝西泮（clonazepam，CLO）也表現(xiàn)出類似的藥理特性［20］，初步表明，GABAAR中存在對FLU不敏感的結(jié)合位點，提示第二跨膜位點的存在。隨后，本實驗室［41］在HEK293細(xì)胞上運用全細(xì)胞膜片鉗電生理技術(shù)驗證了FLU非敏感的高劑量BZD結(jié)合位點的存在，并發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典BZD效應(yīng)取決于某些特定受體亞型和BZD結(jié)構(gòu)。

2.1.2 巴比妥類藥物

巴比妥類藥物并不影響GABA的釋放、代謝或重攝入，且與α亞基上的特定位點結(jié)合形成復(fù)合物并使其構(gòu)象發(fā)生改變，從而影響復(fù)合物中GABA配體門控氯離子通道的傳導(dǎo)，延長其開放時間，產(chǎn)生持續(xù)的中樞抑制作用［25］。巴比妥類藥物具有成癮性、耐藥性、停藥反應(yīng)以及嚴(yán)重的呼吸抑制等不良反應(yīng)，且致死劑量和治療有效劑量過于相近，安全治療范圍很小，劑量稍大即可導(dǎo)致患者昏迷甚至死亡。除短效的司可巴比妥外，臨床上現(xiàn)在較少使用該類藥物。

2.1.3 抗癲癇藥物

新型抗癲癇藥物苯甲酸酯（cenobamate）是作用于GABAAR的高親和力PAM，可變構(gòu)調(diào)節(jié)由不同α亞基組成的GABAAR，用于治療局灶性（部分發(fā)作）癲癇發(fā)作［26］。在海馬CA1神經(jīng)元中，氟馬西尼未能拮抗苯甲酸酯增強的抑制性和相位性電流。苯甲酸酯作用于非經(jīng)典BZD結(jié)合位點，可有效增強海馬神經(jīng)元內(nèi)的緊張性電流，這可能是其穩(wěn)定癲癇患者海馬神經(jīng)回路的分子機制。此外，苯甲酸酯有作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷后神經(jīng)保護(hù)劑的潛力，通過非BZD結(jié)合位點發(fā)揮作用，可能會減少BZD導(dǎo)致的耐受現(xiàn)象，因此苯甲酸酯的安全性和耐受性較好［27］；但臨床研究結(jié)果表明，苯甲酸酯仍有多種不良反應(yīng)，如嗜睡、頭暈、頭痛、復(fù)視和眼球震顫等中樞不良反應(yīng)，少數(shù)出現(xiàn)嗜酸性粒細(xì)胞增多和全身藥疹等癥狀［28-29］。

2.1.4 神經(jīng)活性類固醇類藥物

神經(jīng)活性類固醇類藥物是作用于GABAAR的廣譜PAM，大量研究證實其具有特殊類固醇類化合物結(jié)合位點，且通過與α1亞基多個位點結(jié)合，促進(jìn)GABA門控氯離子通道開放，某些天然存在的孕烷類固醇可特異性增強GABAAR以非基因組（直接）方式發(fā)揮作用，如鎮(zhèn)靜、麻醉、抗癲癇、抗焦慮和抗抑郁（包括產(chǎn)后抑郁）等［30］。神經(jīng)活性類固醇中的麻醉性類固醇包括天然或合成的含有5α或5β位A環(huán)的化合物，3α位羥基和C17或C20位電負(fù)性原子的類固醇是GABAAR的PAM。研究表明，孕烷醇酮（5β-pregnan-3α-ol-20-one，3α5βP）可變構(gòu)增強GABA對GABAAR的激活。神經(jīng)類固醇與依托咪酯聯(lián)用可顯著降低麻醉所需劑量，可能具有減少不良反應(yīng)的作用［31］。

Zuranolone（SAGE-217）是一種作用于GABAAR的新型神經(jīng)活性類固醇PAM［32］。體外結(jié)果表明，SAGE-217可增強不同亞基組成的9種人類重組受體（包括突觸內(nèi)、外構(gòu)型的代表性受體）的內(nèi)向電流。在α1β2γ2R中，該藥與地西泮（diazepam，DZP）可協(xié)同增強GABA誘發(fā)的電流。研究認(rèn)為，神經(jīng)活性類固醇PAM具有治療情緒障礙潛能［33］。目前，該藥已進(jìn)入多個Ⅱ期臨床研究，用于治療重度抑郁、產(chǎn)后抑郁和雙相抑郁等［32，34］。最新研究結(jié)果表明，與接受安慰劑的健康成年人相比，單用該藥的健康成年人失眠表現(xiàn)得到了明顯改善［35］。

2.1.5 全身麻醉藥物

丙泊酚（propofol）和依托咪酯（etomidate）都能通過GABAAR的變構(gòu)調(diào)節(jié)位點增強GABA誘發(fā)電流并發(fā)揮相應(yīng)的藥理效應(yīng)。丙泊酚是一種短效靜脈麻醉藥，在各類手術(shù)中應(yīng)用廣泛，具有副作用少、起效迅速、蘇醒快等優(yōu)勢，可直接激活GABAAR，α，β和γ亞基都對其敏感［36］。依托咪酯主要用于全身麻醉誘導(dǎo)，可激活GABAAR中的β2和β3亞基，而對β1和α亞基的親和力較低，但依托咪酯對含γ亞基的受體親和力較強［37］。由于依托咪酯對腎上腺皮質(zhì)功能具有一定抑制作用，可引起惡心嘔吐和肌顫等不良反應(yīng)，在使用時可考慮與BZD和肌松藥聯(lián)用，以減輕其不良反應(yīng)［38］。有研究報道，GABAAR的PAM（4-丁氧基-2-〔4-（2-氰基苯甲酰基）-1-哌嗪基〕嘧啶鹽酸鹽，E-6375）是一種新型靜脈全身麻醉劑，對小鼠麻醉效力較強，與丙泊酚或依托咪酯相當(dāng)［39］。

2.1.6 其他

瑞替加濱類似物（2-氨基-4-〔（2，4，6-三甲基芐基氨基）-苯基〕-氨基甲酸乙酯，AA29504）是GABAAR的PAM［42］。計算機分析結(jié)果表明，AA29504通過作用于GABAAR跨膜β+/α-界面中的變構(gòu)位點發(fā)揮作用，該位點也是其他PAM〔如依托咪酯和2-苯基-（對甲苯基）-喹唑林-4（3H）-酮（2-phenyl-3-（p-tolyl）quinazolin-4（3H）-one，PPTQ〕［43］的作用靶點。然而，與以往靶向該位點的配體表現(xiàn)出亞型選擇性不同，AA29504并未表現(xiàn)出明顯的β亞基選擇性。小鼠實驗表明，AA29504具有潛在的抗焦慮作用［44］。

CGS 9895不僅是作用于BZD結(jié)合位點的GABAAR拮抗劑，同時也是α1+/β3-界面的低效PAM。和其他吡唑并喹啉酮類化合物一樣，CGS 9895作用在α1+/β3-界面的低親和力結(jié)合位點，而非高親和力BZD結(jié)合位點［21］，此類藥物不僅具有BZD藥物具有的治療睡眠障礙作用，還具有比BZD類藥物更廣泛的作用，并可能成為臨床治療癲癇的重要藥物。脊髓GABAAR在疼痛發(fā)生過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用［45］，含α2或α3亞基的GABAAR在疼痛的調(diào)控中具有重要作用，作用于該受體的PAM可能具有鎮(zhèn)痛潛力。有研究報道，KRM-Ⅱ-81，一種新的選擇性α2或α3亞基GABAAR的PAM，可減輕急慢性疼痛模型動物的疼痛行為［46］。此外，在嚙齒動物癲癇和創(chuàng)傷性腦損傷模型中具有治療創(chuàng)傷后癲癇的作用［47］。

6-甲基黃酮在GABAAR上產(chǎn)生的效應(yīng)并不能被氟馬西尼拮抗，表明它并非作用于高親和力BZD結(jié)合位點。6-甲基黃酮可能結(jié)合到GABAAR的多個位點，可改善卒中后神經(jīng)損傷，具有神經(jīng)保護(hù)作用［23］。

2.2 突觸外GABAAR的PAM及其應(yīng)用

2.2.1 喹唑啉酮類化合物

突觸外GABAAR具有獨特的藥理、生物物理和電生理特性［48］，是重要的藥物作用靶標(biāo)。通過對PAM甲喹酮（methaqualone，MTQ）進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，研發(fā)出一種新的高效PAM—PPTQ，PPTQ是α1β2γ2R和α4β2δR的激動劑和PAM，在微摩爾濃度水平表現(xiàn)出內(nèi)在活性，并在低至納摩爾濃度下增強GABA誘發(fā)的信號傳導(dǎo)。PPTQ作用在跨膜位點β+/α-界面，同麻醉劑依托咪酯作用位點相同或重疊，而不作用于GABAAR的其他3個跨膜界面。此外，PPTQ位點可與神經(jīng)類固醇和巴比妥類藥物靶向的GABAAR結(jié)合位點相似，但與α1β2γ2中的高親和力BZD位點不同。這表明，對經(jīng)典BZD的作用模式進(jìn)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功能選擇性PAM，可延長抑制性突觸后電流的持續(xù)時間，而對快速相位性抑制無影響［50］。DS2可通過調(diào)節(jié)外周免疫細(xì)胞，為輔助治療炎癥反應(yīng)提供保護(hù)作用，進(jìn)而促進(jìn)機體功能恢復(fù)，主要用于改善卒中恢復(fù)和降低炎癥反應(yīng)。對于DS2改善卒中恢復(fù)和調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的研究指出，需要進(jìn)一步開發(fā)亞型選擇性化合物，以便更好地了解中樞和外周GABAAR信號通路的變化［51］。有研究合成了一系列具有更好效能且對δ-GABAAR選擇性更高的DS2同源化合物，通過構(gòu)效關(guān)系研究，輔導(dǎo)設(shè)計合成效能和選擇性更高的化合物，成為研究該特定受體的重要工具［52］。

2.2.3 其他

突觸外α4β3δR介導(dǎo)的強直性抑制在促進(jìn)中樞敏化和病理性疼痛的發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。2-261是一種β2/3亞基偏好的非甾體小分子PAM，2-261及其類似物在BZD不敏感的α4β3δR上發(fā)揮較強的正性調(diào)節(jié)作用，減輕由于局部GABA能減弱導(dǎo)致的慢性疼痛狀態(tài)的維持，并緩解焦慮樣行為。因此，2-261可通過選擇性調(diào)節(jié)含有β2/3亞基的突觸外GABAAR發(fā)揮緩解疼痛的作用［18］。

作用于突觸外GABAAR的PAM 3α-孕烷醇酮能選擇性增強成年小鼠小腦和海馬齒狀回顆粒細(xì)胞介導(dǎo)的緊張性電流，從而發(fā)揮抗焦慮作用［53］。有研究利用實驗為導(dǎo)向的虛擬篩選技術(shù)篩出了2種化合物，其并不作用于經(jīng)典BZD結(jié)合位點，而是通過跨膜結(jié)構(gòu)域正性變構(gòu)調(diào)控突觸內(nèi)外GABAAR，發(fā)揮鎮(zhèn)靜麻醉作用［3］。

3 展望

GABAAR是中樞神經(jīng)系統(tǒng)多種疾病的重要治療靶標(biāo)，針對GABAAR進(jìn)行的配體研發(fā)大部分集中于作用于該受體的激動劑或拮抗劑，而激動劑誘導(dǎo)產(chǎn)生的受體失敏等生理學(xué)過程也導(dǎo)致此類藥物易出現(xiàn)藥效短、耐受性差等問題。作用于GABAAR的PAM在藥物成癮、慢性疼痛、焦慮、癲癇和失眠等疾病的治療中同樣表現(xiàn)出巨大的潛力，同激動劑相比具有更好的受體選擇性，通過對藥物結(jié)構(gòu)進(jìn)行特定修飾，還可使藥物有效通過血腦屏障。目前，越來越多選擇性作用于GABAAR特定亞基的PAM被研發(fā)出來［21，32，54-55］，如選擇性作用于 β2/3亞基的抗焦慮化合物2-261，臨床苯二氮樣副作用較輕［56］。

今后，有效減少GABAAR靶向藥物的不良反應(yīng)（如宿醉后遺效應(yīng)、成癮、耐受和依賴等）將是研發(fā)工作的重點和難點。通過選擇作用于不同亞型受體的化合物可降低軀體依賴等不良反應(yīng)，不同亞型的PAM可降低受體的完全激動作用所引起的反跳現(xiàn)象，今后鎮(zhèn)靜催眠藥物的開發(fā)將向選擇性修飾PAM的藥物方向發(fā)展，力求功能性調(diào)節(jié)睡眠而不影響其他機體狀態(tài)。關(guān)注鎮(zhèn)靜催眠藥物作用于GABAAR的錨定蛋白（如Shisa7等）也對于理解藥物和受體結(jié)合后動力學(xué)性質(zhì)的改變具有重要意義［4，57］。