前脑单胺能系统的偏侧化改变及其与ADHD样多动和冲动雄性大鼠行为的相关性

《Neurobiology of Disease》：Lateralised alterations in forebrain monoaminergic systems and behavioural correlations in ADHD-like hyperactive and impulsive male rats

　　

一线兴奋剂疗法治疗注意缺陷多动障碍（ADHD）涉及前脑单胺类神经递质系统，包括多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NA）和5-羟色胺（5-HT）。然而，目前尚无治愈性疗法。研究单胺类神经化学变化及其后的治愈性疗法，需要亚型特异性动物模型。在一个新的ADHD多动-冲动且注意亚型的大鼠模型中，前脑单胺的具体变化及其与延迟奖励后ADHD样多动/冲动的相关性尚不清楚。为了解决这一问题，研究人员在约2个月和7月龄时使用高效液相色谱法（HPLC）研究了单胺能系统。研究人员将后者的发现与延迟奖励后测量的ADHD样多动和冲动行为进行了相关性分析。研究人员观察到，在出生后第1-3天（相当于极度早产）暴露于重复缺氧的ADHD样多动-冲动雄性大鼠前脑中，5-羟色胺能、多巴胺能及去甲肾上腺素能系统存在长期效应。这些长期效应与延迟奖励后的ADHD样冲动行为，以及主要与ADHD样多动行为显著相关。多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的相关性更强，而5-羟色胺能系统的相关性较弱。这些发现强烈提示右侧前额叶皮质（PFC）的多巴胺能系统、左侧前额叶皮质的去甲肾上腺素能系统以及右侧尾壳核后部（PCPu）的5-羟色胺能系统参与了ADHD样多动和ADHD样冲动行为。早期关于前脑偏侧化、单胺及其代谢物的寿命变化，以及前部与后部尾壳核双侧显著差异的报道得到了确认和扩展。现在可以在这一独特的ADHD亚型特异性动物模型中研究能够共同治愈神经化学变化的新疗法。

**论文解读：ADHD样多动-冲动大鼠前脑单胺能系统的偏侧化改变及其行为相关性**

**研究背景与问题**

注意缺陷多动障碍（ADHD）是最突出的儿童精神疾病，影响约5.3%的人口，并持续至成年期（约2.5%），其社会成本在美国每年超过2500亿美元。一线兴奋剂疗法（如D-苯丙胺）通过影响前脑多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NA）和5-羟色胺（5-HT）单胺能系统来减轻症状，但尚无治愈性疗法。ADHD存在三种亚型/表现：多动-冲动型（ADHD-HI）、注意缺陷型（ADHD-I）以及混合型（ADHD-C）。针对亚型特异性动物模型的研究对于开发逆转脑发育不良的治愈性疗法至关重要。极度早产（相当于人类22-27孕周）与ADHD的发病密切相关，且男性更易受影响。此前，研究人员通过给出生后第1-3天（PN1-3）的雄性Sprague-Dawley大鼠反复暴露于低氧环境（模拟极度早产），建立了ADHD样多动-冲动型大鼠模型。该模型表现出ADHD样多动和冲动行为（对延迟奖励的反应），但不伴有注意缺陷。然而，重复缺氧对前脑单胺类神经递质的具体影响及其与行为的关联尚不清楚。因此，本研究旨在揭示这一亚型特异性模型前脑单胺能系统的长期变化，并探讨其与ADHD样行为的关联。

**研究内容与结论**

研究人员在7月龄时比较了重复缺氧与重复常氧（对照）雄性大鼠前脑多个区域（右侧和左侧前额叶皮质PFC、前部尾壳核ACPu、后部尾壳核PCPu）中DA、NA、5-HT及其代谢物的浓度，并分析了这些神经化学指标与3-3.75月龄时延迟奖励后ADHD样多动和冲动行为的相关性。此外，研究人员还通过药物干预（D-AMPH和西酞普兰）验证了单胺能系统在行为中的角色，并在约2月龄（PN50）时检测了另一批大鼠的NA代谢物香草扁桃酸（VMA）等指标。研究发现：重复缺氧导致前脑三大单胺能系统出现长期偏侧化改变，这些改变与ADHD样行为显著相关，且D-AMPH可消除多动和冲动行为。该研究发表在《Neurobiology of Disease》。

**关键技术方法**

本研究采用两个队列的Sprague-Dawley雄性大鼠。队列1：PN1-3重复缺氧或常氧处理，从PN60开始进行固定间隔-消退（FI-EXT）操作式行为测试（评估ADHD样多动、冲动和注意），在3-3.75月龄获取行为数据，随后在7月龄通过高效液相色谱法（HPLC）检测前脑（PFC、ACPu、PCPu）单胺及其代谢物（DA、DOPAC、HVA、NA、MHPG、5-HT、5-HIAA）浓度。部分大鼠在3.75-4月龄接受D-AMPH（2 mg/kg）或西酞普兰（10 mg/kg）腹腔注射，以评估药物对行为的影响。队列2：PN50时检测NA代谢物VMA及部分单胺。所有组织样本来自不同窝次，并在-80°C保存后统一进行HPLC分析。

**研究结果**

**3.1. 体重、行为及神经化学整体分析**：重复缺氧大鼠体重显著低于常氧对照组，但在3-3.75月龄时表现出ADHD样多动（FI任务中杠杆按压率更高）和冲动（短间隔反应时间IRT增多、爆发指数升高），且无注意缺陷。HPLC标准曲线线性良好（R2>0.99），76项双因素方差分析中仅1.3%存在交互作用。

**3.2. D-AMPH和西酞普兰对行为的影响**：D-AMPH（2 mg/kg）消除了重复缺氧大鼠的ADHD样多动（第9个区间无显著差异）和冲动（IRT分布和爆发指数与常氧组无异），而西酞普兰（10 mg/kg）无此效果，表明多巴胺能和去甲肾上腺素能系统更直接参与行为调节。

**3.3. 7月龄时重复缺氧与常氧大鼠前脑单胺的差异**：在右侧PFC，重复缺氧大鼠DOPAC浓度降低42%、DOPAC/DA比值降低43%、HVA/DOPAC比值升高69%；在左侧PFC，MHPG/NA比值降低36%；在右侧PCPu，5-HT浓度升高18%。这些差异主要出现在右侧大脑，但左侧PFC的去甲肾上腺素能系统也受影响。

**3.4. 神经化学指标与ADHD样行为的相关性**：右侧PFC的DOPAC浓度、DOPAC/DA比值与多动和冲动呈显著负相关；HVA/DOPAC比值与两者呈正相关。左侧PFC的MHPG/NA比值与多动和冲动呈负相关。右侧PCPu的5-HT浓度与多动和冲动呈正相关。多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的相关性更强，5-羟色胺能系统较弱。

**3.5. 行为测量之间的相关性**：ADHD样多动（FI杠杆按压率）与冲动（爆发指数和IRT）之间呈显著正相关，表明两种行为紧密关联。

**3.6. PN50时重复缺氧与常氧大鼠前脑单胺的差异**：在PN50时，除右侧PCPu的DOPAC浓度在重复缺氧组中降低40%外，未发现其他显著差异。VMA浓度在两组间无差异，表明去甲肾上腺素代谢通路在早期受影响较小。

**3.7. 左右前脑的不对称性**：在约2月龄时，无论是否重复缺氧，双侧PCPu均表现出显著的不对称性：右侧DOPAC/DA比值降低、VMA/NA比值升高、VMA浓度升高、5-HIAA浓度降低；右侧PFC的NA浓度降低、VMA/NA比值升高。这些不对称性在7月龄时部分消失。

**3.8. 单胺浓度随年龄的变化**：从约2月龄到7月龄，双侧PFC的NA浓度、ACPu和PCPu的DA浓度、PCPu的DOPAC浓度均显著增加，提示合成酶活性增强或降解酶活性减弱。

**3.9. ACPu与PCPu之间的差异**：在约2月龄和7月龄时，ACPu的DA、DOPAC、HVA、VMA浓度及VMA/NA比值显著高于PCPu，而NA和5-HIAA浓度则较低。DOPAC/DA比值在左侧PCPu高于ACPu，但在右侧PCPu与ACPu相似（约2月龄），提示右侧PCPu成熟较慢。

**3.10. 总结**：图7图示了7月龄时重复缺氧大鼠前脑单胺能系统的关键变化：右侧PFC多巴胺代谢降低（DOPAC↓、DOPAC/DA↓、HVA/DOPAC↑）、左侧PFC去甲肾上腺素代谢降低（MHPG/NA↓）、右侧PCPu5-HT浓度升高。

**讨论与结论**

讨论部分指出，这是首次在亚型特异性ADHD样多动-冲动雄性大鼠模型中报道前脑三大单胺能系统的长期效应，且这些效应与行为显著相关，强有力地支持了右侧PFC多巴胺能系统、左侧PFC去甲肾上腺素能系统和右侧PCPu5-羟色胺能系统在ADHD样行为中的关键作用。D-AMPH消除行为的结果验证了该模型具有预测效度（与临床疗效一致）。研究还确认并扩展了前脑单胺偏侧化、年龄相关变化以及ACPu与PCPu差异的早期报道。结论部分翻译如下：在亚型特异性ADHD样多动-冲动且注意的雄性大鼠中，前脑5-羟色胺能、多巴胺能及去甲肾上腺素能系统存在长期效应。这些大鼠在PN1-3（相当于极度早产）暴露于重复缺氧。三大单胺能系统的长期效应与延迟奖励后的ADHD样冲动行为，以及主要与ADHD样多动行为显著相关。多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的相关性更强，5-羟色胺能系统较弱，表明所有三大单胺能系统均可能参与ADHD样多动和冲动。单胺能系统变化发生在左侧和右侧前脑，因此ADHD样效应并非完全偏侧化。这些发现强烈提示右侧前额叶皮质的多巴胺能系统、左侧前额叶皮质的去甲肾上腺素能系统以及右侧尾壳核后部的5-羟色胺能系统参与了ADHD样多动和冲动。早期关于前脑偏侧化、单胺及其代谢物寿命变化以及前部与后部尾壳核双侧显著差异的报道得到确认和扩展。ADHD样多动-冲动大鼠还存在前脑和中脑的解剖学改变。因此，可能需要早期实施多因素治愈性疗法，以同时靶向大脑中的解剖学和神经化学改变。这些疗法也与极度早产的脑损伤治疗相关。