靶向GABAA与GABAB受体的中枢神经疾病药物研发

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本文转自 上海疆云医疗健康科技，作者：江云帆 博士。点击阅读原文

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，简称GABA）发现于上世纪50年代，广泛分布于哺乳动物中枢神经以及植物组织内。与乙酰胆碱相反，在哺乳动物体内是中枢神经抑制性神经递质之一，在大脑内含有GABA的神经元（GABA能神经元）约占神经元总数20-30%左右，并且多为中间神经元。这些GABA能中间神经元受到刺激后，释放的GABA与GABA受体结合，引发抑制性突触后电位（IPSP），从而抑制突触前或者突触后神经元兴奋性。自20世纪80年代以来，科学家针对GABA受体的结构及功能的多样性进行了大量的研究。

目前已经发现的GABA受体分为三个亚型，GABA_A、GABA_B及GABA_C亚型。GABA_A和GABA_B亚型特异性地在中枢神经系统表达，GABA_C主要在视网膜中表达。本文着重介绍GABA_A与GABA_B结构组成、功能，及以其为靶点的中枢神经疾病治疗药物的作用机理、研究现状。

目前已经发现GABA_A受体有16种以上的亚基（α1-6，β1-3，γ1-3，δ，ε，π，θ及ρ1-3等），这些亚基可以随机组成不同类型的GABA_A亚型。在神经元细胞膜表达的GABA_A亚型主要由五个亚基组成（含α，β，γ亚基及另外两个亚基），最常见的是2α2β1γ组成的受体亚型。人的GABA_A受体基因位点主要在4，5，15及X号染色体。GABA_A受体为配体门控离子通道，GABA与之结合后，受体上的氯离子通道开放，选择性的让氯离子内流进入神经元，引起细胞膜超极化，从而使得神经元产生的动作电位减少，最终使得神经元兴奋性降低。GABA_A受体主要的功能包括调节神经兴奋性，及下游酶的系列反应及相关基因的表达。同时，也有报道一些GABA_A受体亚型也在神经末梢表达，GABA与GABA_A受体结合后可以抑制神经递质释放，减少外周神经疼痛信号产生。

药物与GABA_A受体直接结合后可以对神经元产生两种作用，即正向（PAM）或者反向调节（NAM），常见的PAM的机制利用包括麻醉剂、抗抑郁、抗癫痫等药物的开发，例如传统的全身麻醉药物丙泊酚有可以增强GAGA_A受体的功能；其它还有静脉注射用或者气体吸入性麻醉剂、长链酒精。NAM药物则可以阻断GABA_A受体，多被用于开发杀虫剂、酒醉或者麻醉后的快速恢复。我们熟知的Bicuculline是竞争性GABA_A受体的拮抗剂，广泛用于神经元功能的科研研究。

GABA_A受体与焦虑，紧张，抑郁等情绪变化有关系，而酒精，巴比妥类药物，甾体药物，苯二氮卓类药物与之结合后可以调整GABA受体的活性，从而产生一系列影响。大量数据证实GABA_A受体有一个特殊的甾体类化合物结合位点，甾体类药物是强有力的GABA_A受体广谱正向调节剂（PAM），与GABA_A受体α1亚基的多个位点结合，产生抗焦虑，麻醉，抗癫痫，镇静，抗抑郁（包括产后抑郁）的效果。GABA_A受体也一直是麻醉剂开发的靶点，临床上希望开发出针对GABA_A受体的、起效快、强镇静催眠作用、同时代谢清除路径明确及副作用少的麻醉剂（如最近开发的新剂型的丙泊酚，依托咪酯，米达唑仑，硫喷妥钠等药物）。

2.1 靶向GABA_A受体的抗抑郁症药物研发

GABA功能障碍是重度抑郁症的罪魁祸首之一，有试验表明抑郁患者脑内GABA浓度降低。Sage研发的治疗重度抑郁的药物Sage-217作用靶点是含有α1β2γ2 和α4β3δ亚基的GABA_A受体；前期的研究发现这个药物在脑内暴露量高，口服起效快，半衰期长，体内清除缓慢，人体内表现出良好的耐受性。它作为甾体类化合物可以直接增强GABA_A受体电流，并且可以促进GABA_A受体表达增加，从而增强GABA在脑内的作用及下游单胺能神经递质传递，最终可以在短时间内改善抑郁及产后抑郁症状的功能。Sage公司开发的另一用于产后抑郁症的在研药物Brexanolone（SAGE-547）是一种具有神经活性的外源性别孕烯醇酮制剂。内源性别孕烯醇酮是孕酮的代谢产物，在女性分娩后迅速下降，是产后抑郁的一个重要诱因。别孕烯醇酮可以调节GABA_A受体的神经元活化。Brexanolone目前已在两个III期试验中，前期的两项II临床试验都达到了它们的主要结果指标。该化合物已被FDA授予治疗产后抑郁的突破性治疗指定。Marinus公司研发的Ganaxolone是一种调节GABA_A受体的神经活性类固醇，II期临床研究显示良好的产后抑郁改善结果。同时，也有试验表明GABA_A受体功能与女性生殖周期相关的抑郁症相关。

2.2 靶向GABA_A受体的抗癫痫药物研发

癫痫的发生是由于GABA 和谷氨酸两大递质系统失衡所致，癫痫患者脊髓液中GABA较正常人降低，且其水平与发作类型有关。有研究表明癫痫及酒精诱发兴奋的动物模型脑内GABA_A受体α4亚基表达增高，伴随焦虑行为及耐药现象。对颞叶癫痫动物模型和耐药性癫痫病人的研究发现GABA_A受体表达和功能都发生了改变，而且受体亚基的组成比例（包括α4亚基）也发生了改变，因此这个亚基可以作为抗癫痫药物的靶点。有研究发现，耐药性癫痫病人脑内GABA释放增加后GABA_A受体敏感性降低，使得这些病人更加容易形成癫痫发作。研究进一步发现GABA_A受体敏感度降低是细胞内磷酸化过程发生了改变，因此“稳定”GABA_A受体的药物（如神经生长因子BDNF，拉科酰胺）可以减少脑内神经网络过度兴奋，从而减少癫痫波的产生。由UCB公司开发的治疗耐药性癫痫的药物Padsevonil是一个非特异性苯二氮敏感GABA_A受体的调控剂，主要作用于突触前突触囊泡2蛋白及突触后含有α1β2γ2及α5β2γ2亚基的GABA_A受体；但是在2020年3月13日UCB宣布临床IIb试验失败，主要原因是没有达到临床主要目标。Cerevel公司研发的治疗癫痫和焦虑的药物CVL-865作用靶点是含有α2/3/5亚基的GABA_A受体，2019年完成了I期临床试验，受试者对于药物有良好的耐受性。

2.3 靶向GABA_A受体的抗酒精成瘾药物研发

GABA_A受体在脑内各个核团的广泛表达，使得与不同亚型结合的药物在不同核团及脑内神经网络中产生了不同的作用，包括参与酒精及药物成瘾性的发生。

最近的试验显示酒精成瘾与GABA_A基因有关联，提示与GABA_A受体结合的药物有可能由类似的机制产生成瘾性。急性或者长期给予酒精喂食的动物脑内GABA_A受体表达发生改变，为治疗酒精依赖病人提供了线索。敲除α1基因的小鼠对于酒精的依赖性明显降低，但是在敲除α2基因的小鼠上未发现类似现象。长期饮酒的患者可以出现脑内GABA相关基因表达改变，神经元GABA_A受体功能降低，从而导致大脑功能障碍。大量动物试验结果显示，酒精成瘾动物脑内α1表达增高，但是GABA功能降低，说明可能这些动物脑内α1表达增高是代偿性的。科研人员在体外实验中比较了GABA与乙醇共存及单纯乙醇对成神经细胞的影响，发现GABA可解除乙醇对成神经细胞的毒性作用。目前在开展或者已经完成的临床实验中，近半数试验是研究巴氯芬（baclofen，GABA_A受体的激动剂）对酒精成瘾及戒断症状的治疗，但是其有效性各有优劣，最近的结果显示治疗酒精成瘾的能力不是很理想，但是长期服用巴氯芬会产生严重的中毒反应。最近有临床试验报道抗癫痫药物gabapentin在酒精成瘾性的疗效有显著性意义。因此，我们还需要进一步开发新的针对酒精成瘾的并且毒副作用轻的药物。

另外研究结果提示人体α2亚基及其基因表达水平可能与尼古丁、毒品成瘾有关。动物试验表明成瘾性动物脑内GABA_A受体各个亚型表达水平发生了改变，同时药物成瘾病人脑内不同亚基表达也发生了变化。动物试验结果发现给予与α1或者α3亚基结合的化合物动物自我服药明显比溶媒组高，提示这些亚基与药物成瘾性有关系。

2.4 靶向GABA_A受体的抗失眠药物研发

失眠是困扰老年人及上班族的常见问题，研究发现在这些人群中，GABA_A受体活性及表达异常，而通过激活GABA_A受体可以改善睡眠，治疗失眠。现在常用的抗失眠药物包括苯二氮卓受体激动剂、非苯二氮卓受体激动剂、褪黑素受体激动剂、抗抑郁药物和抗精神病药物等种类。非苯二氮卓类药物的镇静催眠作用主要是通过含有α1亚基的GABA_A受体产生作用，而苯二氮卓类药物抗焦虑作用是通过含α2亚基的GABA_A受体起作用。

苯二氮卓受体激动剂有安眠药安定片（即地西泮）、氯硝西泮、硝西泮、氟西泮等。这类药物具有抗焦虑、镇静催眠、抗惊厥等作用，同时它们还有松弛骨骼肌作用（即肌松作用）；这类药物生物半衰期长，药物浓度易残留到第二天，因此有晨起后困倦、嗜睡、头晕、头脑昏昏沉沉、四肢乏力等主要副作用症状（即宿醉效应），影响第二天的工作精力。长期服用这类药物会产生耐受性和成瘾性，久服骤停后又可能出现反跳性失眠和戒断效应，形成恶性循环。非苯二氮卓类镇静催眠药为新一代GABA_A受体激动剂，应用更为广泛，包括唑吡坦、扎来普隆、佐匹克隆等。这类药物相对于苯二氮卓类药物，更加安全，催眠效果显著，能明显缩短入睡时间，同时还能减少夜间觉醒次数，增加总睡眠时间，改善睡眠质量，并且极少产生“宿醉效应”，也不影响次晨的精神活动。唑吡坦是一种中枢神经系统抑制剂，选择性结合中枢神经系统的含有α1亚基的GABA_A受体（苯二氮卓受体）ω1-亚型，是该亚型的完全激动剂，其作用很强，类似苯二氮卓，并且有吸收和排泄迅速的特点。服用低剂量时，能缩短入睡时间，延长睡眠时间，极少产生耐受性和成瘾性。但是如果服用过量唑吡坦或与其他中枢神经系统抑制剂(如酒精、阿片类止痛药或肌肉松弛剂)合用，其效果可能是毁灭性的。长期服用该药也会出现耐药，药物依赖等成瘾性现象；许多使用者在停药后出现明显的戒断症状，包括失忆，焦虑、渴望、失眠和癫痫发作。最近，浙江京新药业针对失眠适应症的化合物EVT201胶囊在II临床试验中得到了良好的结果，未发现严重不良事件，这个药物是GABA_A受体亚型的部分激动剂，能迅速产生激活作用，但又避免了过度激活引发神经副作用。

2.5 靶向GABA_A受体发挥镇痛作用

GABA作为重要的抑制性神经递质之一，可抑制痛信号在痛觉调制通路中传递。研究发现在小鼠脑室内注射GABA后，负责疼痛的脑区内痛兴奋神经元的阈值升高（兴奋性降低）而痛抑制神经元阈值降低（兴奋性增高），从而造成痛神经元的信号释放减少，小鼠的疼痛行为减少，说明GABA 可以通过抑制痛觉调制通路而发挥中枢镇痛作用，使用GABA_A受体阻断剂（如Securinine）可以拮抗上述行为变化。

也有报道发现外周GABA减少将引发神经痛，最近的研究证明，神经病理性疼痛模型大鼠脊髓背根神经节的疼痛相关神经元中GABA及GABA_A受体表达水平低下，说明GABA以及GABA_A受体对维持外周痛觉传导通路的正常十分重要。有试验报道GABA转运体（GAT）调节突触间隙中GABA含量，将GABA逆浓度梯度转移至细胞膜内，减少了突触间隙的GABA浓度。GAT抑制剂将导致GABA在突触间隙的蓄积，从而增加了GABA在突触间的浓度。在神经疼痛大鼠模型的神经鞘内注射GAT抑制剂可显著性减少动物的热痛觉过敏和触诱发痛现象，还可以不同程度地延迟热痛觉过敏的发生。上述结果进一步说明 GABA具有抗外周神经病理痛的功能，增加外周GABA量可以抑制痛觉过敏。

目前临床上常用的针对GABAA受体的镇痛药物是苯二氮卓类药物，但是由于存在毒副作用限制了这类药物的使用。一些针对GABAA受体α2/3亚基的化合物（如Merz公司的NS11394，Merk的L838417等）目前还处在临床前开发阶段，但是动物实验显示出良好的镇痛效果，其效果还有待临床试验进一步加以验证。

2.6 靶向GABA_A受体可治疗的其它适应症

除了上述领域，针对GABA_A受体的药物研发领域还包括：

1）降低血压作用：目前发现哺乳动物血管由GABA能神经支配，GABA与突触后GABA_A受体及GABA_B受体结合后可以分别发挥扩张血管和抑制交感神经兴奋性作用，从而可以降低血压。GABA降血压主要可能通过神经调节与神经内分泌两个机制协同发挥作用。

2）抗哮喘作用：有报道发现GABA_A受体α4、α5、β3和γ2亚基也在人及动物呼吸系统的气道平滑肌内表达。使用GABA_A受体激动剂如蝇蕈醇可直接松弛由速激肽和组胺引起的豚鼠软骨环的收缩，其作用可以被GABA_A 选择性抑制剂丙泊酚所逆转。还有研究发现阻断GABA_A受体不仅可以抑制黏液分泌，也能有效逆转哮喘病程进展中的气道重塑。因此，GABA_A受体在开发抗哮喘及呼吸道过敏疾病有很好的潜在前景。

3）抗衰老及神经退行性疾病的作用：GABA_A受体似乎在Alzheimer病（AD）中也发生了改变，有研究发现AD病人及动物模型中有两个GABA能的中间神经元减少甚至消失，而给予GABA释放及信号通路调节剂（如Cannabidiold）可以显著改善Alzheimer病的记忆及社会行为学缺失。科学家最近发现GABA可使老年恒河猴大脑视皮层神经元的行为变得年轻。可见脑内GABA能神经元退行性病变与衰老有密切关系，进一步研究发现GABA_A受体α5亚基可能与AD病人记忆丧失有关。目前对GABA抗衰老的研究尚且不多，但上述研究结果提示若有方法提高脑内GABA含量及增加GABA受体活性及表达，则可能改善衰老相关的脑功能障碍，延缓衰老。在Parkinson病（PD）动物模型里，GABA_A受体结构及GABA释放都发生了改变。有研究表明减少GABA再摄取可以改善Parkinson动物模型的行为学，但是还需要临床试验的结果加以印证。

4）脑卒中后神经保护作用：急性脑缺血性卒中引起谷氨酸释放，使得NMDA/AMPA受体活化，使得钙离子增加，后者直接引起自由基增加而导致神经元死亡，或者通过产生一氧化氮使得神经元功能失调，细胞骨架、线粒体细胞膜被破坏，进而导致自由基增加，引发神经元死亡。试验表明通过GABA_A受体激活可以抗衡谷氨酸增高的病理和毒性作用，氯美噻唑（增强GABA作用）已在各种动物模型中显示出良好的神经保护作用，可减少梗塞体积。在临床上，GABA_A受体调节剂如巴比妥类药物还用于脑外伤病人的常规治疗，以降低颅内压及改善大脑供氧。

5）GABA_A受体在罕见病上的作用：GABA神经递质传递异常同时与罕见病有关。如在Rett综合征病人发现GABA受体α1R亚基表达增加；Down氏综合征病人中GABA功能被显著抑制，使用GABA拮抗剂可以改善病人症状。GABA_A受体也被证明参与了肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）。有研究发现GABA_A受体亚基比例组成在ALS病人的运动神经元发生了改变。

6）GABA_A受体在精神疾病的作用：自闭症病人的GABA能神经元发育异常，说明GABA可能与自闭症的产生有关系。GABA_A受体也在中枢系统运动相关神经元中表达，说明GABA_A受体在这些疾病领域起着重要的作用，可以作为治疗自闭症药物的开发靶点。

综上所述，GABA_A受体及其亚基是中枢神经疾病治疗药物的重要靶点，具有广泛的开发价值。

GABA_B受体属于G蛋白偶联受体家族的C家族，在中脑和脊髓都有表达，GABA_B受体包含两个亚型GABA_B1和GABA_B2，都参与神经元兴奋性的调节。GABA_B受体在中枢神经内介导慢抑制性效应，突触前受体主要是通过偶联的G蛋白阻滞钙离子通道，减少钙离子内流，抑制神经递质的释放，而突触后GBAB_B受体则是通过G蛋白偶联的钾离子通道开放增加钾离子外流导致细胞膜超极化，产生抑制性突触后（IPSP）电位。GABA_B受体也在大脑中的中间神经元表达。因此GABA_B受体功能紊乱将会产生多种神经系统疾病发生，包括药物成瘾，癫痫和疼痛。最近的研究还发现GABA_B受体参与学习认知的过程。

靶向GABA_B受体的药物发现困难重重，主要原因是由于激动剂小分子对GABA_B受体的选择性较低，易脱靶而作用于GABA_A受体以及其他单胺类神经递质受体。目前仅有2个小分子药物（Baclofen)，γ-hydroxybutyrate(GHB)）被批准分别用于治疗肌肉痉挛及成瘾、发作性睡病。近年来，GABA_B受体在药物成瘾，癫痫，疼痛及认知学习上的作用越来越受到科研人员的重视。因而，GABA_B受体变构调节剂的研发一直广受关注。

大量试验证明GABA_B受体激动剂（如Baclofen）可以减轻药物依赖性成瘾或者其它成瘾症状，Baclofen是目前临床上主要用于治疗药物、酒精、毒品、尼古丁成瘾性的GABA_B激动剂。Balclofen同时可以在急性和慢性痛动物模型起到镇痛药效，这可能与GABA_B受体介导的P物质释放抑制有关。另外，通过抑制GABA再摄取（如tiagabine）或者GABA转氨酶（如vigabatrin），可以间接增加脑内GABA水平，可以加强GABA对于GABA_B受体的作用。

GABA_A及GABA_B受体功能低下时可伴发紧张焦虑引起的体温过低（SIH）症状，两个受体亚型的激动剂均可以显著缓解SIH症状。有实验表明，特异性GABA_B受体正向调节剂（PAM）可以产生抗焦虑的作用，同时没有出现体温过低，或者识别能力受损的表现。

大量试验数据表明GABA_B受体与焦虑及学习能力有关，敲除GABA_B受体的两个亚型（GABA_B1或者GABA_B2受体）后动物表现出明显的焦虑行为。同时，有研究发现敲除GABA_B1亚型受体可以抑制动物的学习能力。GABA_B受体两个亚型基因敲除后的小鼠表现出长时间的不同程度的条件性味觉厌恶学习能力，对新事物识别和区分能力下降。

总之，GABA_B受体或者非特异性GABA受体激动剂可以对治疗酒精依赖，减轻急性戒断症状，减少药物成瘾，镇痛方面都有着广泛的前景。

截至到2020年7月底，除去已经完成的临床试验之外，正在进行或者将要开展的有关GABA及其受体的临床试验涵盖了癫痫（15项）、疼痛（12项）、失眠（9项）、酒精成瘾（11项）、PD（3项）、 AD（2项）、抑郁（22项）、麻醉（22项）、精神分裂（18项）、自闭症（7项）、耳鸣（2项）、衰老认知减退（5项）、中风（6项）、神经纤维瘤（3项）等等，加上其它相关领域（如糖尿病，低血糖症，子痫，肝性脑病等）的研究，总共超过300项（from clinicaltrials.gov）。

综上所述，GABA受体与多种中枢神经疾病直接相关，为“优质”成药靶点，多项研究在努力开发出靶向GABA受体的特效且安全的新药。从市场角度看，随着社会老龄化，老年性神经退行性疾病已成为重大疾病，而高节奏的社会生活和工作也使得年轻人的精神疾病（如抑郁和焦虑等）发病急剧增加，对靶向GABA受体的药物需求巨大，市场将会快速扩增。

研发困难：由于GABA受体在中枢神经系统广泛分布，并且结构、亚型和功能多样、复杂，非常不易开发出药物能与受体亚型高特异性结合并发挥期待的调节作用，无或弱因脱靶造成的副作用（如镇静，困乏，剂量依赖等）。但这也正是药物研发者努力实现的方向。

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