5-羟色胺受体显像剂在神经系统疾病及脑功能研究中的应用

邱春 管一晖

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5-羟色胺受体显像剂在神经系统疾病及脑功能研究中的应用

Application of 5-hydroxytryptamine receptor imaging for study of neuropsychiatric disorders and brain functions

    Corresponding author: Yi-hui GUAN, aimarandkimi@hotmail.com
  • 摘要: 5-羟色胺(5-HT)受体广泛分布于中枢神经系统,参与精神与情绪、自主神经系统功能、睡眠与觉醒、内分泌活动等的调节,与疼痛、抑郁症、癫等诸多疾病存在广泛而直接的联系。随着5-HT受体核素显像剂的不断开发,利用SPECT、PET对中枢神经系统进行无创性的5-HT受体显像已经广泛开展,并为临床诊断和治疗上述疾病提供了独一无二的活体功能信息;在药物研发和疗效评估方面也具有无可替代的价值;此外,此方法还为脑功能的研究提供了全新的手段。该文主要就中枢神经系统5-HT受体的生物学特性、放射性核素显像剂及其临床研究进展进行阐述。
  • 表 1  5-HT受体亚型及其概况

    受体 亚型 生物等分布 耦联蛋白/离子通道 膜效应
    5-HT1 5-HT1A 海马;背缝神经核;齿状回;隔核;脊髓 Gi/o 超极化突触后抑制
    5-HT1B 黑质;基底节;纹状体;扣带回 Gi/o 5-HT神经元自身受体
    5-HT1D 基底节;扣带回 Gi/o
    5-HT1E 纹状体;杏仁核;额叶皮质
    5-HT1F
    5-HT2 5-HT2A 新皮层;嗅结节;基底节;屏状核 Gq/11 缓慢去极化
    5-HT2B 杏仁核;隔核;下丘脑;小脑 Gq/11
    5-HT2C 海马;基底节;下丘脑;脉络丛 Gq/11 缓慢去极化
    5-HT3 自主节后神经元;杏仁核;后缘区 Na+/K+ 快速去极化
    5-HT4 四叠体神经元;海马 Gs 去极化
    5-HT5 5-HT5A 皮质;海马;嗅球;小脑 Gi/o 突触后抑制
    5-HT5B
    5-HT6 纹状体;边缘区 Gs 去极化
    5-HT7 下丘脑;海马;丘脑;边缘区;视交叉上核;延髓;脊髓运动神经元 Gs 去极化
    注:表中,5-HT为5-羟色胺;Gi为抑制腺苷酸环化酶的G蛋白;Gg/11为激活细胞膜上的磷脂酶的C的G蛋白;Gs为激活腺苷酸环化酶的G蛋白;Go为其他类型的G蛋白。
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    表 2  5-HT受体常用显像剂、拮抗剂和激动剂

    受体 亚型 激动剂 拮抗剂 核素显像剂
    5-HT1 5-HT1A 8-OH-DPAT WAY 100635 11C-WAY100635 8-OH-DPAT
    Gepirone MDL 73005 11C-DWAY 11C-MPT
    5-CT SDZ 216525 11C-CPC222 11C-18F-S14506
    Buspirone spiperone 18F-FCWAY 11C-CUMI-101
    flesinoxan 18F-MeWAY 11C-NAD299
    11C-(R)RWAY 18F-F15599
    18F-MPPF
    18F-DMPPF
    99Tcm-BicineHYN IC/MPP2
    5-HT1B CP 93129 SDZ 21-009 11C-AZ10419369
    RU 24969 SB 224289 SB-616234-A
    5-CT 11C-P943
    5-HT1D Sumatriptan CR 127935
    L 694247 BRL 15572
    5-HT1E
    5-HT1F LY334370
    5-HT2 5-HT2A α-甲基-5-HT 酮色体 18F-setoperone 18F-altanserin
    CP 94253 MDL 100907 11C-MDL100907
    DOI LY 53857 11C-NNC112
    RU 24909 (R)-18F-MH.MZ
    123I-5-I-R91159
    5-HT2B α-甲基-5-HT SB204741
    BW 723C68
    5-HT2C α-甲基-5-HT 美舒麦角
    MK 212 SB242084
    5-HT3 2-甲基-5-HT Ondansetron
    phenylbiguanide MDL 72222
    5-HT4 BLMU8 GR113808 11C-SB207145
    SDZ 216454 SB 204070 SB207710
    5-HT5 5-HT5A  5-HT5B
    5-HT6 SB 271046 11C-DR4446
    5-HT7 SB 258719 8-OH-DPAT
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-20
  • 刊出日期:  2011-03-25

5-羟色胺受体显像剂在神经系统疾病及脑功能研究中的应用

摘要: 5-羟色胺(5-HT)受体广泛分布于中枢神经系统,参与精神与情绪、自主神经系统功能、睡眠与觉醒、内分泌活动等的调节,与疼痛、抑郁症、癫等诸多疾病存在广泛而直接的联系。随着5-HT受体核素显像剂的不断开发,利用SPECT、PET对中枢神经系统进行无创性的5-HT受体显像已经广泛开展,并为临床诊断和治疗上述疾病提供了独一无二的活体功能信息;在药物研发和疗效评估方面也具有无可替代的价值;此外,此方法还为脑功能的研究提供了全新的手段。该文主要就中枢神经系统5-HT受体的生物学特性、放射性核素显像剂及其临床研究进展进行阐述。

English Abstract

    • 20世纪40年代末,人类从血清中分离出了血清紧张素(serotonin),确定结构为5-HT。人体绝大部分5-HT存在于消化道黏膜和血小板中,存在于中枢神经系统的仅占1%~2%。5-HT与去甲肾上腺素、多巴胺同属单胺类神经递质,主要通过突触前膜量子式释放,与突触前膜及后膜上的5-HT受体作用而发挥生物学效应。突触前膜上的Na+/Cl-依赖型5-HT转运体(serotonin transporter,SERT)选择性重摄取5-HT。

      5-HT神经元胞体主要集中在脑干背侧近中线的中缝核群,分为9个细胞群:B1~B9,其中尾侧核群(B1~B4)位于延髓,发出下行纤维投射至脊髓,主要进行痛觉调制;喙侧核群(B5~B9)包括背缝神经核(nucleus raphe dorsalis,NRD)和中缝中核(nucleus raphe median,NRM),投射出的上行纤维长而分散,几乎支配脑的所有区域,与来自蓝斑的投射一起,构成上行网状激活系统的一部分。

    • 目前认为,中缝核的神经元放电频率维持觉醒状态;NRD头端的5-HT神经元参与慢波睡眠,尾端则是形成快波睡眠的主要神经结构。5-HT能神经纤维在下丘脑既有兴奋也有抑制作用,例如:中枢5-HT可促进泌乳素的分泌,抑制黄体生成素分泌。在体温调节方面,5-HT2受体介导升高体温,而5-HT1A受体则相反;对于心血管系统,5-HT2受体介导交感神经兴奋,血压升高;而5-HT1A受体激活后的效应则相反。

      5-HT功能低下可构成精神失常的发病倾向,而去甲肾上腺素功能高低则决定最终是发展为抑郁还是躁狂。5-HT选择性重摄取抑制剂(specific serotonin reuptake inhibitors,SSRI)可以有效缓解焦虑,故认为5-HT系统与焦虑症密切相关。长期的慢性应激可致使海马等区域5-HT受体下调和海马炎性反应,导致细胞死亡,即所谓的“抑郁症5-HT系统假说”。还有学者认为,情绪与脑内单胺类递质——去甲肾上腺素、5-HT水平相关,主要是因为抗抑郁的药物均可显著提高上述递质浓度。

      中脑中央灰质、延髓头端腹内侧核群(包括中缝大核及邻近网状结构)富含5-HT能神经元,是上行和下行痛觉调制系统中的重要结构,接受高位中枢的镇痛下行调控,也选择性抑制痛觉冲动向上传导。例如,针刺镇痛便是通过激活5-HT痛觉调制通路实现其效应的,捣毁中缝核群或消除5-HT的作用,针刺镇痛效应明显减弱;使用5-HT受体阻断剂,针刺镇痛效应几乎消失[3]。总之,脑和脊髓水平5-HT神经元活跃时,痛阈升高,可发挥镇痛作用,并可加强吗啡、针刺镇痛的效应。

    • 根据受体的功能、结构和信号转导等特性,目前公认将5-HT受体分为7种类型(5-HT1、5-HT2、5-HT3、5-HT4、5-HT5、5-HT6、5-HT7),其中,cDNA序列分析中已经发现脑内存在5-HT5、5-HT6 mRNA,但受体蛋白尚未确定;每种类型又分不同的亚型,目前已经成功克隆出了14种亚型(表 1)。7种类型中,5-HT3为Na+/K+离子通道型受体,通过开放非选择性阳离子通道,使Na+/K+自由进出,加速神经元去极化;其余6种均为G蛋白耦联受体,其中,5-HT1、5-HT5受体耦联的主要为Gi/o蛋白,其功能是降低神经兴奋性;5-HT2受体耦联Gq/11蛋白,而5-HT4、5-HT6、5-HT7受体耦联Gs蛋白,均引起去极化,导致神经兴奋。

      受体 亚型 生物等分布 耦联蛋白/离子通道 膜效应
      5-HT1 5-HT1A 海马;背缝神经核;齿状回;隔核;脊髓 Gi/o 超极化突触后抑制
      5-HT1B 黑质;基底节;纹状体;扣带回 Gi/o 5-HT神经元自身受体
      5-HT1D 基底节;扣带回 Gi/o
      5-HT1E 纹状体;杏仁核;额叶皮质
      5-HT1F
      5-HT2 5-HT2A 新皮层;嗅结节;基底节;屏状核 Gq/11 缓慢去极化
      5-HT2B 杏仁核;隔核;下丘脑;小脑 Gq/11
      5-HT2C 海马;基底节;下丘脑;脉络丛 Gq/11 缓慢去极化
      5-HT3 自主节后神经元;杏仁核;后缘区 Na+/K+ 快速去极化
      5-HT4 四叠体神经元;海马 Gs 去极化
      5-HT5 5-HT5A 皮质;海马;嗅球;小脑 Gi/o 突触后抑制
      5-HT5B
      5-HT6 纹状体;边缘区 Gs 去极化
      5-HT7 下丘脑;海马;丘脑;边缘区;视交叉上核;延髓;脊髓运动神经元 Gs 去极化
      注:表中,5-HT为5-羟色胺;Gi为抑制腺苷酸环化酶的G蛋白;Gg/11为激活细胞膜上的磷脂酶的C的G蛋白;Gs为激活腺苷酸环化酶的G蛋白;Go为其他类型的G蛋白。

      表 1  5-HT受体亚型及其概况

    • 5-HT1受体分为5-HT1A、5-HT1B、5-HT1D、5-HT1E、5-HT1F等5个亚型,在突触前和突触后均有分布,其中,在突触前发挥自身受体作用,突触后则降低神经兴奋性。5-HT1E及5-HT1F受体蛋白尚未确定,缺乏特异性配体,仅发现舒马坦琥珀酸盐可与5-HT1F受体结合,亲和力与5-HT1D受体相似。

      人5-HT1A受体是最早克隆成功的5-HT受体,其基因序列相对保守。在5-HT神经元及其投射区域均有该受体分布,以边缘系统最为密集,主要集中在海马、杏仁核、隔核及脑干中缝核群,基底节及丘脑分布较少。中缝核群的5-HT1A受体主要为突触前受体,在端脑则为突触后受体。女性脑部5-HT1A受体的密度高于男性,且与年龄无明显相关性。麦角酰二乙胺和丁螺环酮(buspirone)是5-HT1A受体的部分激动剂,前者具有致幻效应,后者为抗焦虑药物。吲哚洛尔为5-HT1A受体拮抗剂,但对突触前受体也发挥较弱的部分性激动效应。

      5-HT1B受体与5-HT1D受体的分布区域类似,但5-HT1D受体密度远不及5-HT1B受体高,并主要集中在苍白球腹侧[4],发挥自身受体作用。舒马坦琥珀酸盐在5-HT1受体激动剂中对5-HT1D受体的选择性较好,用于治疗周期性偏头痛。

    • 5-HT2受体介导缓慢去极化,目前已发现5-HT2A、5-HT2B、5-HT2C等3种亚型。5-HT2受体呈明显的年龄相关性,与行为和心血管功能调节有关。成瘾药物亚甲二氧甲基苯丙胺对5-HT2受体具有高亲和力。

      5-HT2A受体主要司职兴奋效应,并能作为异源受体调节乙酰胆碱、多巴胺、兴奋性氨基酸等递质。麦角酰二乙胺是该受体的激动剂,有致幻效应。MDL100907是该受体的高选择性拮抗剂,其他拮抗剂如氯氮平(clozapine)、利培酮(risperidone)及奥氮平(olanzapine)等,同时也是D2受体拮抗剂,都已用于精神分裂症的治疗。

      5-HT2B受体密度较低,缺乏特异性配体,目前了解甚少。

      5-HT2C受体mRNA可受翻译后调节,提示可能存在功能有差异的异构体。属于SSRI的氟西汀对5-HT2C受体有拮抗作用。有学者认为,5-HT2A、5-HT2c受体可以对脑内多巴胺的释放进行一定程度的调节,以此解释一些非典型抗精神疾病药物的作用机制[5-6]

    • 5-HT3受体为配体门控离子通道,介导短暂而快速的去极化。该受体主要分布在外周神经系统,脑部极后区、低位脑干、皮质、杏仁核及海马等也有极少量分布,在外周神经系统主要参与痛觉反应和呕吐的发病,因此,恩丹西酮(ondansetron)等5-HT3受体拮抗剂可用于缓解化疗后的呕吐。有学者认为,基底节区的5-HT3受体与该区域的5-HT1A/5-HT1B、5-HT2及5-HT7受体一起调节睡眠与觉醒,使用5-HT1B、5-HT2、5-HT3及5-HT7受体激动剂后可以促进快速动眼睡眠[7]

    • 5-HT4受体主要引起神经元兴奋,在中枢神经系统可能与学习和记忆有关;在外周神经系统激活该受体可引起心率加快、胃肠道平滑肌收缩。药物激动5-HT4受体对阿尔兹海默病以及严重抑郁症均有效。

    • 5-HT5受体有5-HT5A、5-HT5B两种亚型,其分布情况、信号转导机制均与5-HT1A受体极其类似,针对该受体的药物已经用于焦虑症和偏头痛。目前尚未发现5-HT6受体亚型,其与多种三环类抗抑郁药物有极高的亲和力,因此有关5-HT6受体的研究主要集中在药物研发领域。

    • 5-HT7受体主要兴奋神经元。在视交叉上核也发现了大量5-HT7 mRNA分布,提示该受体可能参与昼夜节律的调节。5-HT7受体基因敲除小鼠表现出类似服用抗抑郁药物后的行为,长期使用抗抑郁药物后,5-HT7受体出现下调,这都提示该受体与情绪调节相关。三环类抗抑郁药物是该受体的拮抗剂。

    • 常用的受体核素研究方法包括:①体外直接定量分析受体的数量和亲和力;②对动物整体标本、组织切片等进行放射自显影,观察受体的组织分布;③竞争性结合实验比较不同配体的结合能力;④利用SPECT、PET进行活体放射性核素受体显像,此时的放射性配体也称为受体核素显像剂。

      使用SPECT、PET进行活体受体显像后,通过分析动脉血或核素法评价放射性核素显像剂与受体的结合率,其基本公式为Bmax/Kd(其中,Bmax为最大结合率;Kd为解离常数);然后利用动力学模型校正血流及药物清除的影响,直接对ROI进行半定量分析,并以几乎没有5-HT受体分布的小脑作为参考区,结合率的计算公式为(NROI-B小脑)/B小脑。参数统计图软件则是以像素为单位,对图像进行统计分析。简易图像分析法有利于5-HT受体PET在临床的广泛开展。

    • 除化学性质稳定、利于显像和定量分析外,受体核素显像剂还必须具备以下特点:(1)高度选择性和亲和力;(2)有一定的脂溶性,能通过血脑屏障;(3)具有相对缓慢的清除率,避免放射性代谢产物或本底的干扰。目前,针对5-HT受体的特异性核素显像剂的研究主要集中在5-HT1、5-HT2、5-HT4、5-HT7受体,尤其以5-HT1A受体显像剂最为突出。5-HT受体拮抗剂普遍具有极高的亲和力,因此应用广泛,而5-HT受体激动剂显像也逐渐开始受到关注,以获取更准确的受体功能状态信息。5-HT受体各亚型核素显像剂见表 2

      受体 亚型 激动剂 拮抗剂 核素显像剂
      5-HT1 5-HT1A 8-OH-DPAT WAY 100635 11C-WAY100635 8-OH-DPAT
      Gepirone MDL 73005 11C-DWAY 11C-MPT
      5-CT SDZ 216525 11C-CPC222 11C-18F-S14506
      Buspirone spiperone 18F-FCWAY 11C-CUMI-101
      flesinoxan 18F-MeWAY 11C-NAD299
      11C-(R)RWAY 18F-F15599
      18F-MPPF
      18F-DMPPF
      99Tcm-BicineHYN IC/MPP2
      5-HT1B CP 93129 SDZ 21-009 11C-AZ10419369
      RU 24969 SB 224289 SB-616234-A
      5-CT 11C-P943
      5-HT1D Sumatriptan CR 127935
      L 694247 BRL 15572
      5-HT1E
      5-HT1F LY334370
      5-HT2 5-HT2A α-甲基-5-HT 酮色体 18F-setoperone 18F-altanserin
      CP 94253 MDL 100907 11C-MDL100907
      DOI LY 53857 11C-NNC112
      RU 24909 (R)-18F-MH.MZ
      123I-5-I-R91159
      5-HT2B α-甲基-5-HT SB204741
      BW 723C68
      5-HT2C α-甲基-5-HT 美舒麦角
      MK 212 SB242084
      5-HT3 2-甲基-5-HT Ondansetron
      phenylbiguanide MDL 72222
      5-HT4 BLMU8 GR113808 11C-SB207145
      SDZ 216454 SB 204070 SB207710
      5-HT5 5-HT5A  5-HT5B
      5-HT6 SB 271046 11C-DR4446
      5-HT7 SB 258719 8-OH-DPAT

      表 2  5-HT受体常用显像剂、拮抗剂和激动剂

    • 5-HT1D、5-HT1E及5-HT1F受体尚无核素显像剂相关研究报道。

    • 5-HT1A受体核素显像剂主要分为两大类:①受体拮抗剂WAY100635的结构类似物;②受体激动剂8-OH-DPAT的衍生物。受体激动剂的结合时间短暂,目前成功实现受体PET的多为受体拮抗剂。WAY100635具有高度的亲和力和选择性,对突触前和突触后受体都有拮抗作用。11C-WAY100635代谢产物不能自由通过血脑屏障,显像稳定,PET结果显示,11C-WAY100635增高区域与尸检后应用3H-8-OH-DPAT的放射自显影结果具有良好的相关性,因此11C-WAY100635成为目前最常用的活体5-HT1A受体显像剂[6]。DWAY是WAY100635的一种代谢产物,动物及人体实验均证实,相同放射剂量下,11C-DWAY较11C-WAY100635具有更高的放射性计数[8],然而因合成产率低,标记困难,限制了其临床应用。

      进一步研究发现,1-(2-(甲氧基苯基)哌嗪(1-(2-methoxyphenyl)piperazine, MPP)是WAY100635的药效结构团。1994年,Shiue等[9]首先合成了18F-MPPF,其不仅具备11C-WAY100635的优点,还具有脑部结合稳定、清除速率相对较慢、制备简单、生物半衰期长的特点。Passchier等[10]研究了健康人脑部18F-MPPF的分布情况,所示18F-MPPF摄取增高区域与5-HT1A受体在脑内的分布情况基本一致。但作为P-糖蛋白底物,18F-MPPF静脉注射后到达脑部的剂量仅为注射剂量的0.05%;细胞外5-HT浓度、P-糖蛋白的表达和5-HT1A受体的活性都会影响脑部的摄取。Defraiteur等[11]合成了去甲基的18F-DMPPF,小鼠活体PET提示,静脉注射后15 min,脑部摄取剂量为注射剂量的0.31%,并具有清除速率慢的优点。

      目前报道的、由99Tcm标记的5-HT1A受体显像剂主要采用“3+1”或“4+1”方案制备混配配合物,大多在体外实验中获得了成功,然而体内研究时却出现了脑部摄取低、特异性差的问题,且这类显像剂的制备和纯化均较复杂,不利于推广应用。新近,张现忠等[12]合成了99Tcm-Bicine HYNIC/MPP2,在小鼠研究中获得了满意的数据,有望实现5-HT1A受体的SPECT。

      受体拮抗剂对受体具有极高的亲和力,结合后不产生生物学效应,因此,拮抗剂显像可以提供受体的数量和亲和力信息,但无法区分不同功能状态受体亲和力的高低。受体激动剂仅与高亲和力的受体结合,对内源性神经递质敏感,故能更好地反映受体功能状态。受体激动剂显像可用于测量高亲和力与低亲和力受体比值,分析G-蛋白耦联受体上调和下调的情况。5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT早已广泛运用于药理学研究及尸检,但有研究发现其同时也能激动5-HT7受体。罗巴佐坦是亲和力中等的5-HT1A受体激动剂,与内源性5-HT易发生竞争性结合,故11C-罗巴佐坦PET可评价内源性5-HT功能状态[13]。新近研究中的抗抑郁药物F15599也是高选择性和高亲和力的突触后5-HT1A受体激动剂,Lemoine等[14]利用18F-F15599进行小鼠和猫的活体PET,发现摄取增高区域主要集中在基底节和扣带回,海马未见摄取增高,这可能是由于5-HT1A受体耦联的G蛋白不同所致。

    • Pierson等[15]合成的11C-AZ10419369在5-HT1B受体活体研究中获得了较为理想的结果,但阻断实验使用的CR127935对5-HT1B及5-HT1D受体缺乏选择性,无法完全论证11C-AZ10419369的结合特异性。最近,Nabulsi等[16]使用拮抗剂11C-P943成功实现了恒河猴脑部5-HT1B受体PET,结果显示,苍白球、枕叶皮层的摄取最高,基底节、丘脑居中,小脑最低,与已知的5-HT1B受体分布一致;受体阻断及饱和性试验均获得满意数据,有望用于人体显像。但该研究的阻断剂同样是CR127935。

    • 目前,5-HT2A受体显像已经较为成熟,但尚无5-HT2B及5-HT2C受体特异性核素显像的报道。

      早期曾使用123I-5-I-R91159进行5-HT2A受体SPECT,但缺乏解剖信息,如在对厌食症患者的研究中,没有考虑到患者相应脑区神经元的缺失及脑部形态的改变,因此,所得图像信息不能准确评价5-HT2A受体的功能状态。18F-阿坦色是5-HT2A受体的高选择性、高亲和力拮抗剂,已成功应用于人体显像。11C-MDL100907显示出与18F-阿坦色相似的优良特性[17]。Debus[18]等合成的(R)-18F-MH.MZ在小动物PET研究中取得了成功。

    • 目前研究最多的为11C-SB207145,属于5-HT4受体拮抗剂,近期进行的人体PET获得了较为乐观的结果。Marner等[19]使用该显像剂对健康志愿者的研究发现,纹状体摄取率最高,在海马及额叶前部也有少量摄取,并认为摄取率与性别无关,但随年龄呈下降趋势。使用西酞普兰片(可促进内源性5-HT竞争性结合)后,摄取率未出现明显变化,说明该显像剂具有一定的抗干扰能力。近期,XuR等[20]还合成了高亲和力的SB207710,但尚未进行人体研究。

    • 早在2002年,研究者就合成了11C-DR4446(一种5-HT7拮抗剂),在离体研究和动物实验中取得了理想的结果,但之后未进行人体研究,且近期针对该受体的新PET显像剂研究还未获得成功。5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT可部分性激动5-HT7受体。

    • SERT是一种特异性的十二跨膜转运体,主要存在于5-HT能神经元胞膜上,依赖Na+/Cl-同向转运,司职5-HT的重摄取。其分布最密集的区域为中脑、背侧丘脑、下丘脑和纹状体,边缘系统,包括海马、杏仁核,扣带回前部中等分布,大脑皮层及小脑几乎没有分布。

      能阻断SERT的药物,包括SSRI类、非选择性三环类及可卡因、安非他明、芬氟明(fenflu-ramine)、亚甲二氧甲基苯丙胺等,阻断机制存在差异,但最终均可抑制5-HT重摄取,故已广泛用于抑郁症的治疗。使用SSRI会导致内源性5-HT骤增,5-HT1A自身受体激活,启动负反馈调节,削弱药物作用,故常联合使用吲哚洛尔抑制自身受体功能。Berney等[21]利用11C-methyl-L-tryptophan行PET发现,联合运用吲哚洛尔的抑郁症患者,服用SSRI 24 d后,额叶前部的5-HT代谢明显增强。

      11C-McN5652最早成功实现SERT PET,对SERT密集的区域显示良好,但存在着非特异性结合,且脑部代谢缓慢。随后,11C-DASB、11C-AFM等均在活体研究中取得了成功。11C-DASB在脑部代谢快,满足快速显像要求;11C-AFM选择性极高,体外和动物研究均获得了满意的结果,在SERT相对密度较低的区域也能较好显示[22]。同期,这个研究小组还合成了11C-AFA,主要分布区域为背侧丘脑和中脑,其次是纹状体、海马和皮质[23]。尽管其选择性仅与早期的11C-McN5652相当,但其代谢相对较快,还可实现18F标记,故也有相当广阔的临床应用前景。Shiue等[24]18F-AFA初步评价发现,其PET结果在脑部的结合率和图像质量与11C-AFA相仿。

    • 5-HT1A受体与抑郁症联系密切。利用11C-WAY100635对抑郁症患者的大量研究发现,NRD区域摄取下降均达40%以上,与尸检结果(因抑郁症自杀者,利用8-OH-DPAT)基本一致;进一步尸检研究发现,重症抑郁障碍(major depression disorder)患者NRD的大多区域尤其是头端,5-HT1A受体密度升高,尾端5-HT1A受体密度则降低。因此认为,抑郁症患者NRD区域的突触前5-HT1A受体密度较正常人显著升高[26],是主要的药物靶点。

      精神分裂症的研究结果存在一定争议。在5-HT1A受体的核素显像研究中,尸检观察到前额叶背外侧、颞叶内侧、扣带回前部和皮质运动区摄取显著增加,尤以额叶前部显著;但使用11C-WAY100635进行活体PET却发现摄取增加区域为颞叶中部。Yasuno等[26]进行的类似研究则显示杏仁核摄取减低;而Frankle[27]则未发现正常人与精神分裂症患者脑部结合率存在显著差异,受体PET均未得到与尸检类似的结果,这可能与使用的显像剂不同有关,也可能是受试者的病程及用药情况存在差异所致。Rasmussen等[28]利用18F-阿坦色对抗精神病药物的幼稚型精神分裂症患者行5-HT2A受体显像发现,额叶的摄取明显下降,男性患者上述区域的摄取与阳性症状呈负相关,而认知功能与摄取不存在明显的相关性。

      厌食症是一种致死率很高的精神疾病,分为禁食型和暴食型,两种类型可以合并发生,也可能从一种向另一种转变。研究发现,厌食症患者脑部5-HT1A、5-HT2A受体及SERT均有改变。暴食型厌食症患者康复后,扣带回、颞叶、额叶、顶叶及基底节的11C-WAY100635的结合率升高了20%~40%;而禁食型患者康复后结合率却无明显变化,提示两种类型在受体亚型水平的功能上可能存在差异,但由于目前缺乏大规模的研究,还需进一步论证。Galusca等[29]对禁食型厌食症患者和康复者进行18F-MPPF PET发现,右侧颞叶上部、额叶下部、顶叶岛盖和颞顶联合区对18F-MPPF的摄取升高,治愈后颞叶前部18F-MPPF的摄取持续偏高,提示上述区域5-HT1A受体密度增加;然而康复者的色氨酸水平已恢复正常,SERT与正常人无明显差异,以往使用11C-WAY100635研究所提示的禁食型厌食症康复者与正常人脑部5-HT1A受体分布不存在显著差异,故上述研究观察到的颞叶前部持续高摄取还可能与受体调节及突触释放功能异常有关。5-HT1A受体尤其是自身受体的增加也许可以解释SSRI对厌食症无效的原因:对于这些饮食障碍者,脑部色氨酸、体内激素水平必然会影响受体功能,因此推断SSRI对发作期厌食症之所以无效,可能是由于其仅能引起极轻微的5-HT浓度升高,而无法下调活性很高的5-HT1A受体。

      有文献报道,眶回的5-HT2A受体与攻击行为有关,Rosell等[5]使用11C-MDL100907 PET发现,有持续性攻击行为的患者脑背外侧前额叶皮质区域5-HT2A受体水平明显增加,而非持续性攻击行为脑部5-HT2A受体与正常人没有显著差异,且三组实验对象的其他脑区的5-HT2A受体水平也没有明显不同。

      对5-HT1A受体核素显像还发现,焦虑症表现为精神症状还是生理紊乱,与脑部5-HT1A受体下降的区域具有相关性。恐惧症患者扣带回前部和后部5-HT1A受体显像剂18F-FCWAY摄取下降;而社交恐惧症患者5-HT1A受体显像剂18F-FCWAY摄取下降的区域则出现在额叶中部皮层及杏仁核。创伤后应激障碍患者则未发现脑部5-HT1A受体有改变。Yatham等[6]使用5-HT2受体非选择性显像剂18F-司托哌隆对急性躁狂症研究发现,新近出现过躁狂发作的患者,其额叶、颞叶、顶叶以及枕叶皮质的5-HT2受体出现了显著下降,并以右侧显著。

      颞叶癫患者边缘系统5-HT1A受体显像剂摄取均出现下降,岛叶及颞叶中部摄取也有下降,而使用抗癫药物出现不良反应的患者则未观察到摄取有明显改变。Merlet等[30]18F-MPPF对顽固性颞叶癫患者行PET,发现癫灶的摄取都出现了显著降低,程度与病情密切相关。

      多数研究证实了阿尔兹海默病患者额叶的5-HT1A受体减少。Kepe等[31]使用18F-MPPF的研究则发现海马和NRD区域结合率较正常人显著下降,推测上述区域可能存在早期的神经细胞凋亡。可以肯定的是,5-HT1A受体显像剂的摄取下降程度与阿尔兹海默病临床症状密切相关。进一步的研究发现,阿尔兹海默病伴随轻度认知障碍的患者,其海马区域的摄取出现上升,但程度与使用量表测得的认知障碍程度无明显相关性。

      帕金森病患者中缝核群5-HT1A受体显著减少,程度与静止性震颤的严重程度相关。肌萎缩性侧索硬化症(amyotropic lateral sclerosis)患者大脑皮质及脑干中缝核5-HT1A受体出现广泛而显著的减少。

      研究还观察到慢性疲劳综合征患者大脑5-HT1A受体摄取广泛下降,并以海马显著。Derry等[32]对嗜睡症(narcolepsy-cataplexy)患者的研究发现,睡眠时全脑18F-MPPF的摄取显著低于清醒状态。

    • 综上所述,利用SPECT、PET进行活体5-HT受体核素显像,为神经系统疾病及脑功能的研究提供了广阔的舞台,越来越多性能优越的显像剂被研制出来。值得指出的是,迄今为止的5-HT受体显像研究中,均未出现不良事件,因为使用的显像剂多为拮抗剂,不产生生物学效应,且实际注射用的化学量极低,即使最大剂量的激动剂显像,也不会使受体饱和。

      分子生物学的发展大大促进了对5-HT受体结构的认识,临床药理学为核素显像剂的开发提供了思路,之前广泛开展的放射自显影研究等提供了受体的组织分布、生物学行为等信息,加上PET的普及、后处理技术的成熟,使5-HT受体核素显像成为了临床研究神经精神疾病的重要手段。目前以5-HT1A受体显像研究最多,并逐渐涉及行为等生理机能的研究。然而,迄今为止的研究结果仍存在着诸多分歧。

      除5-HT1A受体外,其他5-HT受体亚型研究得较少,有些停留在动物实验阶段,有些缺乏理想的显像剂,有些尚处于结构研究阶段。5-HT系统内部是互相联系的,如5-HT1A受体、5-HT2A受体及SERT都与厌食症有关;而5-HT5与5-HT1A受体在分布和功能上具有诸多相似性。此外,5-HT系统在中枢神经系统中与去甲肾上腺素、P物质、γ-氨基丁酸、脑啡肽等多种神经元形成突触联系或递质共存,还与多巴胺受体存在密切联系。因此,应整体性理解5-HT受体在中枢神经系统中的功能及与疾病的关系。

      目前的5-HT受体显像剂多为高亲和力的受体拮抗剂,无法提供准确的功能信息,并不同程度地受到受体活性、内源性神经递质的影响,因而显像所观察到的摄取的改变,既不能简单地描述成受体数量的改变,也不能认为完全是受体活性变化的结果。激动剂显像则能更有效地评价受体功能状态,但其亲和力低,而显像剂到达脑部的剂量本来就较低,这就在技术上对图像采集等方面提出了更高的要求。显像剂非特异性结合的现象也较为普遍,如8-OH-DPAT既是5-HT1A受体激动剂,又可以结合5-HT7受体;18F-MPPF在额叶也有分布,认为是非5-HT1A受体介导的。此外,脑局部血流量也会显著影响显像结果,有学者建议研究联合分析局部脑血流灌注显像进行校正。

      除了显像剂、PET设备、图像后处理等外在方法学因素,研究对象的情况也是造成结果差异的重要因素:抑郁症等精神疾患往往通过临床上的量表进行评估,不同的量表可能会影响最终诊断;病情的严重程度、病程长短和伴发症状对结果也会产生显著影响;而大多受试者常常已经开始服药治疗,药物必然会影响5-TH受体的功能状态,例如,一些尸检结果与在体研究的不符,就可能是由于尸检对象往往是病情严重、病程长并使用了多种药物的患者。

      总之,5-HT受体核素显像虽然存在诸多不足,但其安全有效、简单易行,是一种极具发展前景和临床应用价值的研究方法。尽管在许多方面尚未得出满意的答案,但5-HT受体核素显像已经使人们对精神和神经系统疾病的受体水平的认识迈出了一大步,同时也为临床药物研发和疗效评估提供了重要手段。未来,一方面需要进一步研究更为理想的显像剂,完善方法学;另一方面,还应拓宽研究领域,开展更多有关脑功能方面的探索。

参考文献 (32)

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