5-HT2A受体通过Gq信号通路直接激活前额叶皮层神经元： psychedelic化合物作用机制与治疗潜力解析

【编辑推荐】为解析psychedelic化合物（如psilocin）的治疗机制，本研究聚焦5-HT2A受体富集的mPFC脑区，通过fMRI与电生理技术发现psilocin通过5-HT2A-Gq通路直接兴奋层V锥体神经元，且非致幻型激动剂R-70具相似效应，为靶向5-HT2A的抗抑郁药物设计提供新方向。

　　

近年来，psilocybin（裸盖菇素）及其活性代谢物psilocin因在治疗耐药性抑郁症和焦虑症中展现出快速且持久的疗效而备受关注，甚至获得美国FDA的“突破性疗法”认定。然而，这类psychedelic化合物虽潜力巨大，其背后的神经生物学机制却仍不明确。已知5-羟色胺2A受体（5-HT_2AR）是psychedelic化合物在动物和人类中产生精神活性的主要介质，尤其在前额叶皮层（PFC）这一与自我认知和情绪调节密切相关的脑区高度表达。但5-HT_2AR神经元在介导药物效应中的具体作用及其信号通路尚未被系统阐明。

为回答这些问题，北卡罗来纳大学教堂山分校等机构的研究人员于《Translational Psychiatry》发表最新研究，综合运用功能磁共振成像（fMRI）、转基因小鼠模型和电生理记录技术，发现psilocin可通过激活5-HT_2A受体及其下游的G_q信号通路，直接增强内侧前额叶皮层（mPFC）中5-HT_2A阳性神经元的兴奋性，且这一效应与突触传递变化无关。更引人注目的是，一种新型非致幻型5-HT_2A激动剂R-70也能产生类似效果，为开发无致幻副作用的抗抑郁药物提供了关键依据。

研究主要采用以下技术方法：

1. 1.
   功能磁共振成像（fMRI）：在C57BL/6J小鼠体内系统性给药psilocin，通过高场强（9.4-Tesla）MRI系统检测mPFC亚区（前扣带回ACC、前边缘皮层PrL和下边缘皮层IL）的神经活动变化；
2. 2.
   电生理记录：利用5-HT_2A-tdTomato报告小鼠模型，在脑切片中对mPFC层V锥体神经元进行膜片钳记录，分析psilocin及选择性激动剂NBOH-2C-CN对神经元放电、兴奋性和突触传递的影响；
3. 3.
   BRET2信号通路分析：在HEK293T细胞中通过生物发光共振能量转移技术测定psilocin和NBOH-2C-CN对小鼠5-HT_2A受体激活G_q蛋白的效率；
4. 4.
   药理学干预：使用5-HT_2A拮抗剂M100907、5-HT_2C拮抗剂RS102221和G_q抑制剂FR900359，验证受体与信号通路的特异性。

研究结果

Psilocin对C57BL/6J小鼠层V锥体神经元的作用

fMRI结果显示，系统给予psilocin（2 mg/kg）显著增加mPFC活动，其中PrL和ACC区的响应尤为强烈（β=3.13和2.43, p<0.005），且PrL活动趋势高于IL（β=2.36, p=0.059）。电生理记录发现psilocin（10μM）对神经元放电的影响具异质性：约53%神经元放电增强（>120%变化），30%放电抑制（<80%变化），其余无显著变化。各组间膜特性无差异，提示响应差异源于受体分布或信号通路而非内在膜属性。

Psilocin对5-HT_2A神经元兴奋性和突触传递的影响

在转基因小鼠中，psilocin（10μM）使5-HT_2A神经元放电频率升至基线200%（p<0.001），并降低放电阈值和基强度（rheobase）（p<0.05和p<0.001）。电流阶跃刺激中，psilocin在20、60和100pA注射下均增加动作电位数量（p<0.05–0.01）。但sEPSC、sIPSC、mEPSC和mIPSC的频率与振幅均无变化，表明psilocin直接作用于突触后机制而非通过突触前网络调节。

5-HT_2A选择性激动剂NBOH-2C-CN的效应

NBOH-2C-CN（200nM）同样使5-HT_2A神经元放电增至基线200%（p<0.01），降低放电阈值和基强度（p<0.05），但未显著改变电流诱发放电数量。与psilocin一致，NBOH-2C-CN不影响sEPSC、mEPSC或sIPSC参数，进一步支持5-HT_2A直接兴奋作用独立于突触机制。

5-HT_2A和5-HT_2C受体在效应中的作用

5-HT_2A拮抗剂M100907（200nM）本身抑制5-HT_2A神经元放电至基线40%（p<0.05），并完全阻断psilocin和NBOH-2C-CN的兴奋作用。相反，5-HT_2C拮抗剂RS102221（5μM）虽也抑制基础放电（至基线30%, p<0.0001），却未阻断psilocin或NBOH-2C-CN的兴奋效应（放电仍增至200%, p<0.05），表明5-HT_2A而非5-HT_2C介导psychedelic化合物的直接兴奋作用。

G_q信号通路的必要性

G_q抑制剂FR900359（1μM）胞外或胞内应用均抑制5-HT_2A神经元基础放电（至基线40%, p<0.01），并完全阻断psilocin和NBOH-2C-CN的兴奋效应。胞内给FR900359甚至使psilocin诱发放电抑制（p<0.05），证实G_q信号是5-HT_2A介导兴奋作用的下游关键通路。

结论与意义

本研究首次在表达5-HT_2A受体的mPFC层V锥体神经元中证实，psilocin和NBOH-2C-CN通过5-HT_2A-G_q通路直接增强神经元兴奋性，且该效应不依赖突触传递改变。值得注意的是，非致幻型5-HT_2A激动剂R-70也能产生类似兴奋作用，提示5-HT_2A激活的抗抑郁潜力可与致幻效应分离。这一发现为理解psychedelic化合物的治疗机制提供了关键细胞基础：mPFC中5-HT_2A神经元的直接兴奋可能通过增强谷氨酸能网络活动，逆转抑郁症相关的突触缺失和活动低下，从而介导持久的行为改善。

研究进一步强调G_q信号而非β-arrestin通路在介导兴奋效应中的核心作用，为开发偏向性G_q激动剂提供了理论依据。尽管啮齿类模型与人类体验存在差异，但该工作通过精细的药理学和基因操作揭示了5-HT_2A神经元作为治疗靶点的特异性，为下一代抗抑郁药物的理性设计指明了方向。