《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Novel drug candidate binds to delta subunit containing GABA
A receptors and improves spatial memory
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本研究針對阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病中興奮/抑制失衡的網(wǎng)絡功能障礙問題，探討了羥基喹啉衍生物Q134R對GABAA受體的調控作用。研究人員通過放射性配體結合實驗、腦片膜片鉗記錄及Y迷宮行為學測試，發(fā)現(xiàn)Q134R特異性結合含δ亞基的GABAA受體，增強皮層神經(jīng)膠質細胞和海馬齒狀回顆粒細胞的張力抑制電流，并依賴δ亞基改善東莨菪堿誘導的空間記憶損傷。該研究揭示了Q134R調控記憶過程的新機制，為神經(jīng)保護藥物研發(fā)提供了新靶點。
大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的正常運行依賴于興奮和抑制之間的精細平衡。當這種平衡被打破，就可能引發(fā)一系列問題，例如在阿爾茨海默�。ˋlzheimer’s disease, AD）的早期，大腦特定區(qū)域會出現(xiàn)神經(jīng)元過度活躍的現(xiàn)象，這被認為是導致認知功能下降的關鍵因素之一。因此，尋找能夠調節(jié)這種興奮/抑制平衡的藥物，是神經(jīng)科學和藥物研發(fā)領域的一個重要方向。其中，γ-氨基丁酸A型受體（Gamma-aminobutyric acid type A receptors, GABAARs）是大腦中最重要的抑制性受體之一，它們像門控的氯離子通道，當被激活時，能讓氯離子流入神經(jīng)元，從而抑制其活動。
在眾多GABAA受體亞型中，含有δ（delta）亞基的GABAA受體尤其引人關注。它們通常位于神經(jīng)元的突觸外區(qū)域，對低濃度的GABA具有高親和力，能夠產生持續(xù)、低水平的“張力抑制”（tonic inhibition），這與快速、瞬時的“相位抑制”（phasic inhibition）相輔相成，共同維持著神經(jīng)網(wǎng)絡的穩(wěn)定。研究表明，δ亞基含有的GABAA受體對神經(jīng)甾體和某些麻醉劑敏感，其功能異常與情緒障礙、癲癇以及認知功能障礙密切相關。因此，靶向這類受體的藥物可能為調節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡、改善認知提供新的策略。
在此背景下，一項由Orsolya Huzián、Lajos István Nagy、Gábor Molnár等研究人員完成，并發(fā)表在《Biomedicine 》上的研究，深入探究了一種名為Q134R的新型羥基喹啉（8-hydroxyquinoline）衍生物的作用機制。Q134R此前已被證明具有細胞保護和神經(jīng)保護作用，并能改善AD模型小鼠的記憶表現(xiàn)，但其具體作用靶點尚未完全明確。本研究旨在揭示Q134R是否通過影響GABA能系統(tǒng)，特別是含δ亞基的GABAA受體，來發(fā)揮其神經(jīng)保護和認知增強作用。
為了回答上述科學問題，研究人員綜合運用了多種關鍵技術方法。研究首先通過放射性配體結合實驗（radioligand binding assays）篩選Q134R對多種GABA受體結合位點的親和力。核心功能研究則在急性小鼠腦切片上進行，利用全細胞膜片鉗技術（whole-cell patch-clamp recordings）記錄特定類型神經(jīng)元（包括大腦皮層神經(jīng)膠質細胞和海馬齒狀回顆粒細胞）的電生理活動，觀察Q134R對細胞張力電流的影響。為了確認靶點特異性，研究使用了δ亞基基因敲除（δ-GABAAR-/-, dKO）小鼠及其野生型同窩小鼠作為實驗對象。最后，通過Y迷宮自發(fā)交替任務（Y-maze spontaneous alternation task）行為學測試，在東莨菪堿（scopolamine）誘導的記憶障礙模型中，評估了Q134R對空間記憶功能的影響。所有動物實驗均遵循相關倫理指南。
3.1. Q134R抑制了GABAACl-通道拮抗劑TBPS的結合，但對GABAB受體功能無影響
研究人員通過放射性配體結合實驗發(fā)現(xiàn)，Q134R能濃度依賴性地抑制拮抗劑[3?S]TBPS與GABAA受體的結合，其半數(shù)抑制濃度（IC50）為2.46 μM，平衡解離常數(shù)（Ki）為2.0 μM，而其對映體Q134S則無此作用。這表明Q134R可能作用于GABAA受體的苦味毒（picrotoxin）結合位點或其調控的構象狀態(tài)。在功能性GABAB受體實驗中，兩種對映體均未顯示活性。這一結果將研究焦點引向了GABAA受體。
3.2. Q134R對皮層神經(jīng)膠質細胞和其他中間神經(jīng)元中GABAA受體激活的影響
接下來，研究者在已知表達富含δ亞基的突觸外GABAA受體的皮層神經(jīng)膠質細胞（neurogliaform cells, NGFCs）上進行了電生理記錄。結果顯示，應用100 nM的Q134R能顯著增加NGFCs的張力抑制電流（表現(xiàn)為保持電流的負向偏移），而對自發(fā)性抑制性突觸后電流（sIPSCs）的動力學參數(shù)（如振幅、頻率、上升和衰減時間）沒有影響。這種效應可被GABAA受體拮抗劑加巴噴�。╣abazine, SR95531）所阻斷。重要的是，在δ亞基敲除（dKO）小鼠的NGFCs上，Q134R未能誘導出同樣的電流變化，證明其作用依賴于δ亞基的存在。
3.3. Q134R對齒狀回顆粒細胞中GABA受體激活的影響
海馬齒狀回的顆粒細胞也大量表達含δ亞基的GABAA受體，并在空間記憶中起關鍵作用。研究者在這些細胞上重復了電生理實驗，發(fā)現(xiàn)100 nM Q134R同樣能顯著增強其張力抑制電流，且不改變sIPSCs的特性。與在NGFCs中的發(fā)現(xiàn)一致，此效應在dKO小鼠的顆粒細胞中也完全消失，進一步證實了Q134R的作用對δ亞基的專一依賴性。
3.4. Q134R改善野生型小鼠中東莨菪堿誘導的記憶障礙，但對δ-GABAAR-/-小鼠無效
最后，研究通過行為學實驗驗證了上述分子和細胞層面發(fā)現(xiàn)的生理意義。在東莨菪堿誘導的記憶障礙模型中，連續(xù)5天口服給予4 mg/kg的Q134R，能夠顯著改善野生型小鼠在Y迷宮中的自發(fā)交替表現(xiàn)（反映空間工作記憶），而其無效對映體Q134S則無此作用。值得注意的是，dKO小鼠本身的基礎交替率就低于野生型小鼠，且東莨菪堿處理未能使其記憶進一步惡化。更重要的是，Q134R處理無法改善dKO小鼠的記憶表現(xiàn)。這表明Q134R對記憶的改善作用完全依賴于其激活δ含有的GABAA受體的能力。
研究的討論部分對上述發(fā)現(xiàn)進行了深入歸納和闡釋。本研究首次揭示Q134R是一種新型的、具有亞基選擇性的GABAA受體調節(jié)劑。其核心機制在于特異性增強由含δ亞基的GABAA受體所介導的張力抑制。這種作用在表達該受體亞型的特定神經(jīng)元群體（如皮層NGFCs和海馬齒狀回顆粒細胞）中尤為明顯。
這項研究的意義重大。首先，它闡明了Q134R此前被觀察到的神經(jīng)保護和認知增強作用的一個全新機制，將其作用靶點明確指向了δ含有的GABAA受體。其次，Q134R本身可作為一個有價值的工具化合物（tool compound），用于進一步探索δ-GABAAR介導的張力抑制在生理和病理條件下的功能。更重要的是，該研究為治療早期神經(jīng)退行性疾病，特別是那些伴有網(wǎng)絡興奮/抑制失衡和過度活躍的病癥，提供了新的思路和潛在的藥物靶點。研究者提出假設，通過適度增強關鍵腦區(qū)（如海馬和皮層）的張力抑制，可能有助于穩(wěn)定神經(jīng)網(wǎng)絡，抵抗病理性的過度興奮，從而保護易損的神經(jīng)元（如NGFCs），并最終改善認知功能。當然，本研究也存在一些局限性，例如實驗主要在年輕健康小鼠中進行，未來需要在成年、老年動物以及更成熟的神經(jīng)退行性疾病模型中進行驗證。此外，Q134R對神經(jīng)網(wǎng)絡振蕩和整體腦功能的影響，以及其是否還調節(jié)其他介導張力抑制的GABAA受體亞型，也有待進一步探索。
總而言之，這項由Orsolya Huzián、Lajos István Nagy、Gábor Molnár等研究人員完成的工作，不僅揭示了一種有前景的候選藥物的新作用機制，也深化了我們對通過調節(jié)抑制性神經(jīng)傳遞來治療認知障礙的理解，為未來針對阿爾茨海默病等復雜腦疾病的藥物研發(fā)開辟了新的方向。
