SERT x VMAT2

5-羟色胺转运蛋白（SERT）可以将突触的5-羟色胺“搬走”，因此是常见的抗抑郁药物靶点。 5-羟色胺转运蛋白（SERT）可以将突触的5-羟色胺“搬走”，因此是常见的抗抑郁药物靶点。 转运蛋白转运物质是一个“吞吐”的过程，通过蛋白构象交替地向外开放和向内开放完成。研究显示，转运蛋白的转运机制分为三个阶段：向外开放、向外闭合和向内开放，目前的抗抑郁药物靶向的都是SERT向外开放状态，但有一个例外，伊博格碱，这是一种从非洲中部地区的植物中提取的生物碱，靶向向内开放状态，有不同寻常的抗抑郁和物质戒断作用。 不过，伊博格碱并不专一地靶向SERT，而且具有严重的心脏毒性，这限制了它的临床转化。在一次休假中，一直在研究SERT的来自耶鲁大学的Gary Rudnick向加州大学旧金山分校的Brian Shoichet介绍了SERT和伊博格碱，这让原本研究大脑受体对接以帮助开发抑郁症和疼痛药物的Shoichet非常感兴趣，他希望能够让伊博格碱更好地靶向SERT，以开发新药。 2018年，Shoichet团队接手了这个项目。近期，他们的最新研究成果发表在了《细胞》杂志上，通过多个研究团队的合作，他们发现了两个类似伊博格碱但靶向性更专一的新分子，在小鼠中比氟西汀的抗抑郁效力强约200倍，还能够有效抑制阿片类药物成瘾戒断症状。 得益于冷冻电镜对SERT-伊博格碱复合物在向内开放状态下的构象测定研究成果，研究团队可以基于此寻找构象选择性抑制剂。 这是Shoichet团队首次对转运蛋白进行对接试验，他们使用的超大型虚拟文库包含超过2亿个分子，第一轮对接试验将这个数字减少到49个，其中36个可以被合成，这些分子在拓扑结构上彼此不同，也与已知的SERT抑制剂不同，并且优先靶向SERT向内开放状态。 Rudnick团队协助他们对这些分子进行了逐一检测，发现有13个可以抑制SERT，他们挑选了其中活性最强的5个分子，希望能够进行优化，目标是提高分子的亲和力。 研究团队使用Smallworld和Arthor搜索引擎，在超过200亿按需定制的类似物分子中进行筛选，并且测试了特定模型中的相互作用，最终，5个分子中，2313号分子的两个类似物8090和8219脱颖而出，2313对SERT的抑制常数（Ki，抑制剂对靶点的抑制强度，值越小抑制能力越强）为0.92μM，8090和8219的Ki则下降到14nM和3nM。 2313（E）、8090（F）和8219（G）的结构差异 在同事，冷冻电镜专家Aashish Manglik的帮助下，他们发现，8090在原子水平上与SERT结合的形式与分子筛选阶段计算机模拟的很相似，当然，也和伊博格碱抑制SERT的形式相似，但是不同于伊博格碱的长效致幻，8090强效且具有选择性，对其他上百种受体和转运蛋白没有额外影响。 Shoichet把这两个分子分别交给了自己的同事Allan Basbaum和杜克大学医学中心的William Wetsel进行动物实验，以验证它们对成瘾、抑郁和焦虑的治疗效果。 研究人员使用了两种小鼠模型，一种是VMAT2杂合子小鼠，一种是习得性无助（LH）小鼠（让小鼠在实验箱中遭受不可避免和不可预测的电击，模拟环境应激）。 在VMAT2杂合子小鼠中，与空白对照相比，20mg/kg氟西汀、30mg/kg伊博格碱、1或2mg/kg 8090，以及0.1或0.5mg/kg 8219注射后，小鼠悬尾实验中抑郁样反应（静止不动，放弃自救）均显著减少，0.5mg/kg 8219比同样剂量的8090有效性更高，而且0.1mg/kg 8219大致与20mg/kg氟西汀等效，也就是说，氟西汀与8219的效力相差约200倍。 空白对照和不同剂量治疗药物治疗后，小鼠悬尾实验中的静止时间 LH小鼠治疗效果的评估更加复杂一些，除了悬尾实验，还有蔗糖偏好（抑郁会导致小鼠对蔗糖偏好减弱）、电击逃脱（抑郁会使逃脱失败率和逃脱时间增加），以及焦虑和工作记忆的变化情况。 总的来看，LH小鼠经过8090和8219治疗后，悬尾实验中抑郁样反应减少，对足部电击更敏感，逃脱表现更好，逃脱延迟减少，在0迷宫实验中，治疗后的LH小鼠进入开放区域更迅速，探索欲更旺盛，验证工作记忆的8臂迷宫实验中，治疗后的LH小鼠工作记忆错误频率更低（重复进入同一臂/总入臂次数），这些都表明了8090和8219的有效性。 唯一一个结果不太一致的是蔗糖偏好实验，8090治疗的LH小鼠对蔗糖的偏好得到恢复，但8219却没有，而且这和总糖水摄入量无关，各组间的摄入量是相似的。 不但如此，8219还表现出了减少阿片类药物戒断症状的潜力，研究人员对比了8219和常用的阿片类药物成瘾戒断药物帕罗西汀的效力，在吗啡成瘾的小鼠中，使用纳洛酮催促戒断，帕罗西汀抑制了小鼠催促戒断带来的跳跃和竖尾行为，而8219不仅抑制了跳跃，还抑制了前爪摇晃和全身颤抖。 因此，研究人员认为，8219在缓解阿片类药物戒断症状方面与帕罗西汀同样，甚至更优秀。 对于8090和8219表现出的强大的抗抑郁作用和药物成瘾戒断症状的抑制作用，研究团队认为它们未来或许可以在这两个领域中为患者带来更好的治疗效果，研究人员目前已经将两个分子的结构提供给了制药公司Sigma Aldrich，希望能够得到进一步的测试，同时，继续寻找新的，更加精准靶向的分子。