Enhancement of the endogenous opioid system by ketamine

氯胺酮增强内源性阿片系统

基本信息

  • 批准号:
    10717708
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2027-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary: The endogenous opioid system is involved in many diverse biological processes and contributes to a range of disorders that have enormous health and societal consequences such as opioid use disorder, pain, and major depressive disorder. The endogenous opioid system consists of dozens of opioid peptides derived from three distinct precursor proteins, and three cell surface receptors that are activated by these peptides as well as by opiates and synthetic drugs. Recently, ketamine has emerged as an effective treatment for both major depressive disorder and chronic pain, and may also be effective in treating opioid use disorder. While ketamine’s anesthetic actions are due to its inhibition of a subtype of glutamate receptors, the mechanisms of its other biological effects remain elusive. Studies from our laboratory and other groups have found that ketamine interacts with the endogenous opioid system, however the full scope of these interactions is not known. Moreover, a single dose of ketamine produces rapid effects within minutes/hours, as well as sustained effects that last days/weeks. The long-term effects are remarkable and unlike the anesthetic action of ketamine which correlates with plasma levels. Our central hypothesis is that ketamine interacts with the endogenous opioid system to produce both rapid and long-term effects. This hypothesis is supported by our preliminary data showing that ketamine acts as a positive allosteric modulator of opioid receptors to synergize with endogenous opioid peptides. Our central hypothesis will be tested in three Specific Aims that are highly interrelated. Aim 1A will characterize the activity of ketamine as an allosteric modulator of the endogenous opioid system using cultured cells and membrane preparations. These studies will investigate short- and long-term effects of ketamine (including racemic ketamine and the stereoisomers S- and R-ketamine) and major bioactive metabolites (norketamine and hydroxynorketamine). Using electrophysiology in brain slices, Aim 1B will measure acute effects of ketamine on opioid receptor-mediated signaling and persistent changes induced by in vivo ketamine administration. Aim 2A will test the interaction of ketamine with highly purified preparations of opioid receptors. Aim 2B will determine the cryoEM structure of the mu opioid receptor in complex with ketamine and a peptide ligand. Aim 3 will examine the effect of ketamine on the levels of endogenous opioid peptides in mouse brain. Collectively, these studies will provide a solid understanding of the interactions of ketamine with the endogenous opioid system, providing mechanisms to account for the rapid and long-term effects of this drug. Historically, understanding the molecular targets of drugs have led to insights into the pathophysiology of disease and novel therapeutics. Because little is known regarding the mechanism(s) of ketamine as an antidepressant and analgesic, and the comorbidity of these diseases with opioid use disorder, our studies to determine the interaction of ketamine and the endogenous opioid system are highly relevant to human health.
项目摘要: 内源性阿片类药物系统参与了许多潜水员生物学过程,并有助于范围 具有巨大健康和社会后果的疾病,例如阿片类药物使用障碍,疼痛和主要 抑郁症。内源性阿片类药物系统由数十种来自三个的阿片类肽组成 不同的前体蛋白和三个被这些肽激活的细胞表面受体以及 阿片类药物和合成药物。最近,氯胺酮已成为两种主要的有效治疗方法 抑郁症和慢性疼痛,也可能有效治疗阿片类药物使用障碍。而氯胺酮的 麻醉作用是由于它抑制了谷氨酸受体的亚型,这是其其他机制 生物效应仍然难以捉摸。我们实验室和其他小组的研究发现氯胺酮 与内源性阿片类药物系统相互作用,但是这些相互作用的全部范围尚不清楚。 此外,单剂量氯胺酮在几分钟/小时内产生快速影响,并持续效应 那最后几天/几周。长期作用是显着的,与氯胺酮的麻醉作用不同,氯胺酮的麻醉作用 与血浆水平相关。我们的中心假设是氯胺酮与内源性相互作用 阿片类药物系统可产生快速和长期影响。这个假设得到了我们的初步支持 数据表明,氯胺酮充当阿片类药物受体的阳性变构调节剂,与 内源性阿片类肽。 我们的中心假设将以高度相互关联的三个特定目标进行检验。目标1a将 使用培养 细胞和膜制剂。这些研究将研究氯胺酮的短期和长期影响 (包括外星氯胺酮和立体异构体S-和R酮胺)以及主要的生物活性代谢物 (甲苯丙胺和羟基诺摩甲胺)。在大脑切片中使用电生理学,AIM 1B将测量急性 氯胺酮对体内氯胺酮引起的阿片受体介导的信号传导和持续变化的影响 行政。 AIM 2A将测试氯胺酮与阿片受体高度纯化的制剂的相互作用。 AIM 2B将确定与氯胺酮复合物和肽复合物中MU阿片受体的冷冻结构 配体。 AIM 3将检查氯胺酮对小鼠大脑中内源性阿片类药物水平的影响。 总的来说,这些研究将对氯胺酮与 内源性阿片类药物系统,提供了该药物快速和长期影响的机制。 从历史上看,了解药物的分子靶标已导致对疾病病理生理的见解 和新疗法。因为关于氯胺酮作为抗抑郁药的机制知之甚少 和镇痛药,以及这些疾病与阿片类药物使用障碍的合并症,我们的研究以确定 氯胺酮和内源性阿片类药物系统的相互作用与人类健康高度相关。

项目成果

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  • 通讯作者:
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