2020年6月2日，廣州醫科大學附屬腦科醫院範妮教授課題組在神經精神疾病領域頂級期刊《Molecular Psychiatry》（2019年IF:12.384），發表了題為“Chronic administration of ketamine induces cognitive deterioration by restraining synaptic signaling”的研究論文，闡明瞭慢性氯胺酮給藥引起認知損害的可能機制，並提供潛在的干預靶點。
研究方法該研究中，範妮教授團隊運用分子生物學、膜片鉗電生理記錄、雙光子顯微鏡成像，動物行為學等方法，發現慢性氯胺酮透過CaMKIIβ-ERK1/2-CREB/NF-κB訊號通路引起的穀氨酸能系統功能減退可能是慢性氯胺酮所致認知功能損害的潛在機制。本研究提出CaMKIIβ為減輕氯胺酮認知損害的可能作用靶點，為擴充套件氯胺酮抗抑鬱治療的臨床應用並避免慢性氯胺酮所致的認知損害提供了可能的新策略。
首先，作者分析慢性氯胺酮引起小鼠海馬區域穀氨酸受體表達改變。Western Blotting實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥1天、3天、5天、10天后，小鼠海馬區域穀氨酸亞單位表達水平無變化（Figure1A, 1B）；慢性氯胺（30mg/kg）給藥28天后，小鼠海馬區域GluA1、GluA2、GluN2A、GluN2B亞單位表達水平呈劑量依賴的顯著降低（Figure1B,1C），此外，在停藥後的第28天，這些亞單位表達水平的降低仍持續存在（Figure1D）。進一步分析發現慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，小鼠海馬區域總蛋白、膜蛋白、細胞內蛋白中的GluA1、GluA2、GluN2A、GluN2B亞單位表達及其磷酸化水平下降（Figure1E, 1F, 1G）。並且這些亞單位的mRNA水平也顯著下降（Figure1H）；
Figure1.慢性氯胺酮引起小鼠海馬區域穀氨酸受體亞單位呈劑量和時間依賴的持續降低表達
接下來作者分析慢性氯胺酮是否引起小鼠海馬區域突觸/突觸外穀氨酸受體、樹突棘密度和突觸結構蛋白表達的改變。免疫熒光組織實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，海馬CA1區GluA1、GluA2、GluN2A、GluN2B亞單位在突觸位點和突觸外位點的表達水平下降（Figure2A, 2B）；慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天的EGFP轉基因小鼠海馬CA1區蘑菇狀和瘦長型的樹突棘密度降低，總的樹突棘密度也降低（Figure2D）。Western Blotting實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，海馬區域突觸結構蛋白Syn和PSD-95表達水平下降（Figure2E）。此外，在停藥後的第28天， Syn和PSD-95表達水平的降低仍持續存在（Figure2F）。
Figure2. 慢性氯胺酮引起海馬區域突觸/突觸外穀氨酸受體、樹突棘密度和突觸蛋白表達降低
隨後，作者分析了慢性氯胺酮引起穀氨酸受體、樹突棘密度和突觸蛋白改變的可能訊號通路，Western Blotting實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，小鼠海馬區域CaMKIIβ、ERK1/2、CREB、NF-κB的表達及其磷酸化水平降低（Figure3A），表明這些訊號分子可能與慢性氯胺酮引起的穀氨酸受體亞單位表達水平下降有關。進一步分析過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天引起的GluA1、GluA2、GluN2A、GluN2B表達的降低和樹突棘密度的降低（Figure3B, 3C）。這些結果進一步表明CaMKIIβ對穀氨酸受體表達和樹突棘密度具有重要的作用。
Figure3.過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮引起的穀氨酸受體表達和樹突棘密度降低
接下來，作者分析了慢性氯胺酮是否引起小鼠海馬CA1區域突觸可塑性和突觸基本傳遞的改變。電生理實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，小鼠海馬CA1區的LTP(long-term potentiation, 長時程增強)降低；過表達CaMKIIβ可逆轉LTP損害（Figure4A）。此外，在停藥後的第28天，慢性氯胺酮引起的LTP損害仍持續存在（Figure4B）。進一步分析發現，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，小鼠海馬CA1區的基本突觸傳遞功能、突觸前膜釋放功能、和突觸後膜的功能、NMDAR受體功能均降低，過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮引起的這些基礎突觸傳遞損害(Figure4C、4D、4E、4F）。
Figure4. 過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮引起的LTP損害和基礎突觸傳遞損害
最後，作者分析了慢性氯胺酮是否引起小鼠認知功能改變。水迷宮實驗結果表明，慢性氯胺酮（30mg/kg）給藥28天后，小鼠到達目標平臺的潛伏期顯著增加，小鼠穿越目標平臺的次數顯著降低，過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮引起的這些變化（Figure5B,5C）。這些結果表明慢性氯胺酮引起小鼠學習和記憶損害，過表達CaMKIIβ可逆轉這種損害。
Figure5. 過表達CaMKIIβ可逆轉慢性氯胺酮引起的學習和記憶損害
總 結1. 慢性氯胺酮給藥28天后，小鼠海馬區域GluA1、GluA2、GluN2A和GluN2B表達下降，樹突棘密度降低，突觸結構蛋白Syn和PSD-95表達降低，海馬CA1區的LTP和突觸傳遞受損，小鼠學習記憶能力下降。CaMKIIβ-ERK1/2-CREB/NF-κB訊號通路參與了慢性氯胺酮引起的這些損害。
2. CaMKIIβ的上調可以逆轉氯胺酮引起的GluA1、GluA2、GluN2A和GluN2B亞單位表達的減少、樹突棘密度的降低、突觸傳遞和LTP損害、認知功能損害。