5-HT1A受体拮抗剂WAY100,635通过区域特异性调节多巴胺和5-羟色胺代谢通路影响大鼠运动行为与神经化学平衡

《Scientific Reports》：5-HT1A receptor antagonism decreases motor activity and influences dopamine and serotonin metabolization pathways, primarily in cingulate cortex and striatum

本研究针对5-HT1A受体拮抗剂WAY100,635对神经行为影响的机制争议，通过高效液相色谱(HPLC)和网络分析技术，系统揭示了该化合物在大鼠不同脑区对DA和5-HT代谢通路的特异性调控作用。研究发现WAY100,635不仅降低运动/探索行为，还通过改变MAO和COMT代谢途径的平衡，在扣带皮层、纹状体等区域产生差异化的神经化学效应，为理解5-HT1A受体在精神疾病中的复杂作用提供了新的神经化学基础。

在大脑的复杂化学世界中，5-羟色胺(5-HT)和多巴胺(DA)如同两个重要的调节器，共同维持着情绪、认知和运动功能的平衡。其中，5-HT_1A受体(5-HT_1AR)作为主要的抑制性5-HT受体亚型，在重度抑郁症和焦虑症等精神疾病中扮演着关键角色。然而，关于这种受体在不同脑区的作用机制，科学界一直存在争议——有的研究发现其结合减少，有的则发现增加，这种矛盾提示5-HT_1A受体可能发挥着复杂且具有区域特异性的功能。

更为棘手的是，即使对于WAY100,635这种广泛使用的5-HT_1A受体拮抗剂，现有研究结果也充满矛盾。有些研究报告显示它能减少运动活性，有些则发现没有效果；有些发现它能增加探究行为，有些则认为没有影响。在物体识别研究方面，结果同样不一致。这种不确定性很大程度上源于我们对WAY100,635如何影响不同脑区神经化学过程的了解不足。

正是为了解开这些谜团，由Benedetta Fazari和Susanne Nikolaus共同领导的研究团队开展了一项深入的研究。他们采用多学科方法，系统评估了WAY100,635对大鼠运动行为、物体位置学习能力以及大脑不同区域多巴胺和5-羟色胺及其代谢物水平的影响。该研究发表于《Scientific Reports》杂志，为理解5-HT_1A受体在神经系统中的复杂作用提供了新的见解。

关键技术路线

研究使用25只雄性Wistar大鼠，随机分为WAY100,635处理组(0.4 mg/kg)和生理盐水对照组。通过改良的新物体位置识别测试评估识别记忆和运动/探索行为。35分钟后处死动物，采集扣带皮层(CING)、尾壳核(CP)、伏隔核(NAC)、丘脑(THAL)、背侧海马(dHIPP)、腹侧海马(vHIPP)、脑干(BS)和小脑(CER)8个脑区样本。采用高效液相色谱(HPLC)技术定量分析DA、5-HT及其代谢物DOPAC、3-MT、HVA、5-HIAA水平，并通过网络分析研究神经递质与代谢物之间的关联模式。

行为学结果：WAY100,635特异性降低运动活性

在行为学层面，研究发现WAY100,635显著降低了动物的总体活动性和头肩部运动频率，但对物体位置识别记忆没有影响。这一结果提示，5-HT_1A受体拮抗剂主要影响运动相关行为，而不损害认知功能。

神经化学结果：脑区特异性代谢通路改变

神经化学分析揭示了WAY100,635对不同脑区代谢通路的特异性调节作用。在扣带皮层，WAY100,635提高了HVA水平，同时降低了DA向DOPAC和3-MT的转化率，表明DA代谢通过MAO和COMT两条途径均被促进。

在尾壳核，DA浓度显著升高，而3-MT向HVA的转化率降低，网络分析显示MAO介导的代谢途径占主导地位。

在伏隔核，DA水平升高，但DA与代谢物之间的连接消失，表明MAO和COMT介导的代谢均受到抑制。在丘脑，DA和5-HIAA水平均下降，而网络分析提示MAO和COMT介导的DA降解均被促进。

海马区的结果显示背腹侧差异：背侧海马主要表现为COMT主导的第二步降解，而腹侧海马则以MAO主导的降解为特征。脑干中5-HT水平降低，小脑中DA向3-MT的转化率增加。

网络分析揭示代谢通路动态变化

研究还采用网络分析方法揭示了各脑区神经递质与代谢物之间关联模式的变化。如图4所示，在扣带皮层，WAY100,635处理后DA与DOPAC的连接由负变正，而5-HT与5-HIAA的负关联消失，反映了代谢状态的动态调整。

类似的模式变化也在其他脑区观察到。在尾壳核(图5)，WAY100,635加强了DA与DOPAC、DA与3-MT的正关联，并引入了强烈的负向3-MT-HVA连接。在伏隔核(图6)，处理后大多数连接消失，反映了代谢抑制状态。

行为与神经化学的相关性

相关性分析进一步揭示了行为与神经化学变化之间的密切联系。在生理盐水处理后，探索和理毛行为与边缘系统单胺水平呈正相关；而WAY100,635处理后，在扣带皮层、尾壳核和脑区观察到多数相关性，其中运动行为与DA代谢呈负相关，而在尾壳核、背侧海马和脑干则呈正相关。

讨论与意义：揭示5-HT_1A受体的复杂调控网络

本研究最显著的发现是WAY100,635诱导的代谢通路改变具有明显的脑区特异性。在扣带皮层、尾壳核、丘脑和小脑，WAY100,635促进了MAO和/或COMT介导的DA代谢；相反，在伏隔核，两种酶介导的DA代谢均受到抑制。对于5-HT代谢，WAY100,635在扣带皮层、尾壳核、脑干、背侧海马和小脑促进了MAO催化途径，而在伏隔核和丘脑则抑制了该途径。

这些发现与之前关于5-HT_2A受体拮抗剂altanserin(ALT)的研究形成有趣对比。ALT主要影响边缘系统回路，而WAY100,635同时调节边缘系统和黑质纹状体通路。特别值得注意的是，WAY100,635在伏隔核对DA和5-HT代谢的抑制，可能反映了5-HT_1A受体作为情感和认知整合器的角色，以及其在动机和奖励处理中的核心地位。

运动行为的减少可能源于脑干5-HT水平的降低，以及随之而来的脊髓运动神经元兴奋性变化。WAY100,635通过阻断5-HT_1A自身受体，最初可能增加5-HT释放，但随后通过负反馈机制导致5-HT水平下降，进而降低运动活性。

认知功能方面，扣带皮层DA平衡的破坏可能影响了物体和空间处理过程，而尾壳核、伏隔核、丘脑和小脑的DA变化共同作用，可能导致物体位置识别记忆未受影响的表现。

研究的局限性在于仅使用了雄性大鼠，而已知雌激素不仅增加多个脑区5-HT_1A受体密度，还影响单胺类神经递质水平，未来研究应包括雌性大鼠，特别是考虑到神经精神疾病发病率的性别差异。

综上所述，这项研究揭示了5-HT_1A受体拮抗剂WAY100,635通过诱导脑区特异性的代谢通路转变，改变神经递质/代谢物水平的定量关系，进而影响运动行为和探索活动。这些发现不仅解释了先前关于WAY100,635行为效应不一致的争议，还为理解DA能和5-HT能系统在精神疾病中的功能障碍提供了新的神经化学基础，对开发针对5-HT_1A受体的新型治疗策略具有重要启示。