中缝背核5-羟色胺能神经通路功能研究进展

龙忠芳，刘程曦综述，喻 田审校

0 引 言

中缝背核(dorsal raphe nucleus, DRN)位于中脑导水管腹侧，呈扇形，是一个包含多巴胺、谷氨酸、γ-氨基丁酸、五羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)能神经元的结构，其内约三分之二的神经元为5-HT能神经元，5-HT能神经元主要分布于DRN的中线区域和两个侧翼[1]，并投射至大脑的广泛区域，参与调控着多种功能状态，如情绪、焦虑、奖赏、睡眠-觉醒、感觉与运动功能等[2-4]。Ren等[5]通过病毒示踪技术发现，向皮层及皮层下投射的5-HT能神经元分布在DRN的不同区域。以往的研究将DRN中的5-HT能神经元作为单一细胞群，但近年来发现DRN各亚区内的5-HT能神经元的分子特点、电生理特征和下游靶点均有所不同[6-8]。DRN的5-HT能神经元功能的多样性可能是通过不同神经通路来介导的，本文就目前已明确的DRN中5-HT能神经元上行或下行神经通路作一综述，以期深入了解DRN中5-HT能神经元在中枢神经系统中的重要作用。

1 中缝背核-终纹床核通路调控焦虑

焦虑被定义为是一种长期存在的，主要表现为非适应性的高度警惕和在未知情况下对潜在威胁的高估[9]。5-HT神经递质的释放减少被认为是包括焦虑及抑郁症在内的多种精神疾病的病理生理基础[10]。五羟色胺再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitors, SSRIs)是焦虑症及抑郁症的重要治疗药物，临床上观察到使用SSRIs的抑郁症患者在治疗早期会出现负面情绪调控、焦虑症状加重导致患者治疗的依从性差[11]。而DRN作为大脑5-HT的主要来源，大量文献表明其5-HT能神经元在焦虑状态下可被激活[12-13]。提示DRN的5-HT能神经元参与调控焦虑及焦虑状态相关行为。

有研究通过在终纹床核(bed nucleus of the stria terminalis，BNST)内注射SSRIs类药物氟西汀可重复出现上述焦虑症状加重的早期不良反应[14]。BNST位于前脑腹侧，是杏仁核的延伸部分，是应激反应神经环路中的一个关键节点，在啮齿类动物焦虑样症状的产生中发挥重要作用[15]。通过神经示踪技术发现BNST神经元接受大量来自DRN的5-HT能神经元的传入[16]，且BNST神经元表达多种5-HT受体亚型，全细胞膜片钳记录结果显示5-HT可通过作用于不同的受体引起BNST神经元兴奋或抑制[17-18]。Marcinkiewcz等[19]发现焦虑模型小鼠DRN中的5-HT能神经元的活性明显增加，光遗传特异性激活DRN-BNST通路的5-HT能神经元末梢，释放的5-HT可作用于表达5-HT2C受体(5-HT2CRs)的BNST神经元，导致焦虑症状的产生。与之相悖，Garcia等[20]则发现在一个高度焦虑的环境下激活DRN-BNST通路的5-HT能神经元末梢可减少焦虑样行为，释放的5-HT则会引起BNST神经元产生超极化，但这种抑制性的作用可被5-HT1A受体(5-HT1ARs)拮抗剂所阻断，说明激活表达5-HT1ARs的BNST神经元具有抗焦虑作用。综上，5-HT可通过作用于BNST神经元的5-HT2CRs或5-HT1ARs产生致焦虑或抗焦虑效应。DRN中5-HT能神经元对BNST功能的调节主要依赖于兴奋性和抑制性5-HT受体的平衡。DRN-BNST通路在焦虑调节中起到了至关重要的作用，这一发现可部分解释了抑郁症患者在接受SSRIs治疗所产生的早期不良反应，同时也为理解SSIRs在治疗抑郁症及焦虑症中的作用提供了新理论支持。

2 中缝背核-腹侧被盖通路参与调控奖赏及吗啡成瘾

2.1中缝背核-腹侧被盖区调控奖赏大脑的众多功能可被不同的单胺类神经元所修饰，其中多巴胺能神经元和5-HT能神经元尤为重要，是参与动机和情绪行为调控的两大重要组成部分。奖赏是一个包含快感、动机、学习在内的复杂生理过程[21]。早期有研究分别通过静脉和DRN内微注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT均能诱发大鼠产生条件性位置偏好的改变[22]。 Nakamura等[23]在对灵长类动物DRN在奖赏中的作用研究进一步证实，DRN中的5-HT能神经元对预期奖赏和获得奖赏进行编码，而其多巴胺能神经元则编码了预期奖赏和获得奖赏之间的差异，即奖赏预测误差。有研究通过光纤钙信号记录及在体电生理记录等技术记录DRN四种类型的神经元在不同奖赏或惩罚信号下的活性改变，发现小鼠在接受如糖水、食物、社交和性行为等奖赏信号时可出现DRN的5-HT能神经元活性增加，在奖赏获得过程以及期待奖赏到来阶段DRN的5-HT能神经元都会被激活[24]。这些结果表明DRN的5-HT能神经元参与了奖赏相关的行为。DRN的5-HT神经元可密集地投射到中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)的多巴胺能神经元上，并通过不同的5-HT受体亚型调节多巴胺的传递[25, 26]。VTA位于中脑，其多巴胺能神经元在奖赏相关的行为中起着重要的作用[27]。Wang等[28]通过免疫超微结构研究进一步明确了DRN的5-HT能神经元与VTA的多巴胺能神经元的超微结构及两者突触连接的分子特征，发现DRN的5-HT能神经元的轴突末端与VTA的多巴胺能神经元建立了对称或非对称的突触连接。且与VTA中多巴胺能神经元形成非对称突触连接的DRN的5-HT能神经元可共表达囊泡谷氨酸转运蛋白3。光遗传学激活DRN-VTA通路可引起5-HT释放，从而能激活VTA外侧的多巴胺能神经元，诱导多巴胺释放，参与奖赏过程。以上研究表明，DRN-VTA通路是脑内的重要奖赏通路，为我们深入了解脑内的奖赏信号机制提供了新的见解。

2.2腹侧被盖区-中缝背核通路调控吗啡成瘾药物成瘾是一种多因素病因的慢性精神疾病，影响大脑众多区域，从而对生理、学习和行为方面产生一系列的影响。其特征主要表现为持续性的生理和心理的药物依赖，包括冲动性药物渴求、对药物的摄取失去控制，药物戒断后出现烦躁、焦虑、易怒等负面情绪状态[29]。VTA是阿片、精神兴奋药物及大麻素等多种成瘾药物的作用靶点，目前主流观点认为阿片类药物主要通过调控VTA多巴胺能奖赏系统，引起奖赏效应，诱发成瘾[30]。通过在大鼠静脉或DRN内局部注射吗啡能观察到DRN中5-HT能神经元投射区域5-HT释放增多，近年来有研究通过电刺激大鼠DRN可减少吗啡成瘾后引起的药物渴求冲动[31-32]，提示DRN可能参与调控吗啡成瘾。

VTA与DRN均调控情绪管理及奖赏相关的行为，两者有着密切的解剖联系。最新研究发现头端腹侧被盖区(rostral ventral tegmental area, rVTA)至DRN通路在吗啡成瘾中的重要作用。rVTA上有吗啡受体表达，吗啡与rVTA上的吗啡受体结合可抑制rVTA-DRN通路，从而间接激活DRN中的5-HT能神经元，诱发成瘾。反之，化学遗传学特异性激活吗啡成瘾小鼠rVTA-DRN通路，可降低小鼠因注射吗啡引起的欣快感，进而在一定程度上降低吗啡反复注射引起的药物耐受和成瘾[33]。rVTA-DRN通路的发现为阿片类药物依赖的治疗提供了新靶点，在阿片类药物给药期间激活该通路可能是一种减少成瘾而不影响镇痛作用的新策略，为临床上开发低成瘾性的镇痛药物提供了理论基础。

3 外侧下丘脑-中缝背核通路调控睡眠-觉醒

睡眠和觉醒状态以及这两者之间的转变是极为复杂的生理过程，受多种神经递质的调控[34]。临床观察发现，抑郁症患者在接受影响五羟色胺系统的药物阿米替林治疗后睡眠结构发生改变，表现为非快速动眼(rapid eye movements,REM)睡眠时间明显缩短[35]。Monti等[36]给大鼠静脉注射五羟色胺受体激动剂可减少REM睡眠及快速动眼(non-rapid eye movements,NREM)睡眠，促进觉醒。通过电生理记录发现，与觉醒期相比，在慢波睡眠期间DRN中5-HT能神经元放电速率明显降低，且在大鼠DRN内微注射5-HT3受体拮抗剂可明显减少REM睡眠和NREM睡眠[37]。基于上述研究，目前认为DRN中的5-HT能神经元有促进觉醒、减少REM睡眠的功能。

Lee等[38]发现外侧下丘脑(lateral hypothalamus，LH)背侧的食欲素(orexin)能神经元主要投射到背侧DRN，而LH腹外侧的orexin能神经元主要投射到DRN外侧翼以及DRN的尾侧部，LH位于下丘脑的外侧区域，其主要由 orenxin能神经元构成，对摄食、情绪和睡眠觉醒等有调控作用，应用免疫荧光染色技术可看到LH中的orexin能神经元可与表达食欲素受体的5-HT能神经元建立突触联系，并表达多种5-HT受体亚型[39]。光遗传学激活LHorexin-DRN5-HT通路后，释放的5-HT可反过来作用于orexin能神经元的5HT1A受体从而反向抑制orexin能神经元[40]，LHorexin-DRN5-HT通路的这种负反馈调控作用有助于稳固觉醒，在维持睡眠-觉醒的昼夜节律及及正常的睡眠-觉醒结构中起着重要的调节作用。在异氟烷麻醉期间大鼠DRN中的5-HT神经元是被抑制的，最近有研究通过在DRN内微注射orexinA可以逆转5-HT能神经元的抑制状态，出现皮层脑电的激活，并促进大鼠从异氟烷麻醉中苏醒[41]，这一结果表明LH-DRN通路参与了全身麻醉药物引起意识改变的过程。全身麻醉与自然睡眠之间存在诸多的相似之处，并且全身麻醉药物还能影响手术患者的睡眠节律[42]。因此，对控制睡眠-觉醒相关的神经通路的进一步研究，可能为我们进一步了解睡眠-觉醒调节机制及全身麻醉药物引起意识改变的机制提供新思路。

4 结 语

近年来研究明确了DRN中不同的5-HT能神经通路与生理或病理过程之间的联系。对DRN中5-HT能神经元的分类和分子特点上的进一步研究有助于认识功能特异性的5-HT能神经元调节不同的生理及行为过程，有助于阐明这些通路的功能紊乱导致人类精神或神经疾病。同时也为理解与5-HT能神经传递功能障碍相关的多种病理状况的神经生物学基础具有重要意义，并为开发新的、更有效的药物疗法提供理论依据。