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研 究 概 述

      抑郁症是全球最常见精神疾病。尽管已有报道艾司氯胺酮对难治性抑郁症患者具有快速抗抑郁作用，但其确切的药理机制仍未完全阐明。为探索这一课题，郑州大学第一附属医院史长河研究团队以健康及抑郁症患者来源干细胞分化的脑类器官为模型，结合微电极阵列（MEA）与单细胞测序技术，系统揭示了艾司氯胺酮的抗抑郁作用机制。

Maestro MEA检测结果显示，无论对照或疾病组，艾司氯胺酮都能以浓度依赖方式迅速降低神经元的动作电位频率，且在4小时内效果最为显著。持续监测结果发现，低浓度处理组中，脑类器官动作电位频率在一至两周后可部分恢复，但仍低于治疗前水平；高浓度组则未出现类似恢复现象。

单细胞测序结果进一步揭示了核心机制：艾司氯胺酮首先通过调节胞内 Ca²⁺浓度和快速抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体活性（不改变受体表达水平），从而直接降低神经元电活动。随着给药时间的延长，药物还能够以浓度和时间依赖的方式诱导细胞代谢重编程，即通过抑制线粒体氧化磷酸化、激活糖酵解通路，重塑细胞能量代谢模式。值得注意的是，这一代谢调控效应在抑郁症患者来源的类脑器官中尤为显著，进而为药物抗抑郁作用的发挥提供了关键支撑。

该研究首次明确 “代谢重编程” 是艾司氯胺酮抗抑郁的核心机制，不仅清晰解释了不同剂量下的疗效差异，更为临床优化给药方案、筛选代谢相关生物标志物提供了坚实的科学支撑。相关成果已于2025年8月发表于《Molecular Psychiatry》（IF: 10.1）。

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MEA 实验结果

图1 对照及病人组类器官电生理功能分析

图1D：代表性动作电位波形图。

图1E：两个浓度艾司氯胺酮处理健康组脑类器官后，动作电位发放频率随时间变化的百分比（n=3，ANOVA test）。

图1F：两个浓度艾司氯胺酮处理组及对照组脑类器官，在给药一周后动作电位幅值的小提琴图比较（n=3，ANOVA test）。 

图5A：两个浓度艾司氯胺酮处理病人组脑类器官后，动作电位发放频率随时间变化的百分比（n=3，ANOVA test）。

        

接下来研究团队通过多技术联合验证，从转录组、蛋白、代谢产物及功能干预多个层面，证实艾司氯胺酮以浓度和时间依赖方式诱导代谢重编程（抑制氧化磷酸化、激活糖酵解）。因此，他们推测这种代谢转换为神经元电活动提供能量支持：低浓度组通过代谢重编程，实现了一周后动作电位频率的部分恢复，而高浓度组则由于糖酵解产生的能量不足以支撑电活动恢复，故持续处于抑制状态。

 

下面的MEA检测结果也验证了上述猜测：糖酵解通路关键限速酶丙酮酸激酶 M 型（PKM）的特异性抑制剂紫草素单独处理并不会抑制对照组类器官电活动，但紫草素却可以加剧艾司氯胺酮对脑类器官电活动的抑制作用（图4F）。图5I病人来源类器官处理结果也与此一致。上述结果共同证实了 PKM 介导的糖酵解激活是低浓度组处理后期电活动有所恢复的必要条件。

     

 艾司氯胺酮与紫草素共同作用对类器官电活动的影响

图4F：不同浓度艾司氯胺酮处理健康组脑类器官后，加入紫草素前后动作电位发放频率比较图（n=3，ANOVA test）。

图5I：0.25mg/L艾司氯胺酮处理抑郁症组脑类器官后，加入紫草素前后动作电位发放频率比较图（n=3，ANOVA test）。

       

 

1. 参考已发表文献设定艾司氯胺酮的处理浓度为 1.5 mg/L 和 0.25 mg/L，同时设立空白对照组，每组均设 3 个重复样本。将同一批次发育良好的类脑器官随机分组，从发育第 62 天至第 90 天期间进行间歇性电生理检测。

2. 使用6孔或48孔每个含64/16通道的MEA孔板，在接种前需用 DMEM F12 培养基按1:100稀释的基质胶（Matrigel™）于室温包被 1 小时，随后向各 MEA 培养孔中放入脑类器官样本。

3. 在给予艾司氯胺酮处理后，连续两天每4小时记录一次电活动，每次5分钟；之后则每周记录一次，持续4周。

4. 使用Axion 软件（AxIS Navigator）进行数据采集完成，动作电位检测阈值设定为5个标准差。为量化各组间电活动差异，后续所有记录数据均以处理前的电活动水平为参照进行标准化处理。

点击了解Axion为赋能类器官研究而设计的3D实验方案。

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