HT受体显像剂在神经系统疾病及脑功能研究中的应用V2.docVIP

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 2019/2/185-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（一） 概述5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）受体广泛分布于中枢神经系统，参与调节精神与情绪、自主神经系统功能、睡眠与觉醒、内分泌活动等，因此与疼痛、抑郁症、癫痫等困扰人类的诸多疾病具有广泛而直接的联系。随着5-HT受体核素显像剂的不断开发，利用SPECT、SPECT/CT、PET/CT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；作为重要的药物靶点，5-HT受体显像在药物研发和疗效评估方面也具有无可替代的价值；此外，还为脑功能的研究提供了全新的手段。本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。（二） 5-HT系统 概述20世纪40年代末，Rapport等人从血清中分离出了血清紧张素（serotonin），确定结构为5-HT。人体内绝大部分5-HT存在于消化道粘膜和血小板中，仅1-2%存在于中枢神经系统。5-HT与去甲肾上腺素、多巴胺同属单胺类神经递质，主用通过突触前膜量子式释放，与突触前膜及后膜上的5-HT受体作用发挥生物学效应。突触前膜上的Na/Cl依赖型转运体（serotonin transporter，SERT）选择性重摄取5-HT，部分重新进入囊泡储存，部分被单胺氧化酶（MAO）氧化，代谢产物为5-羟吲哚乙酸。5-HT神经元胞体主要集中在脑干背侧近中线的中缝核群（raphe nuclei），分为9个细胞群B19，尾侧核群（B14）位于延髓，发出下行纤维投射至脊髓，进行痛觉调制，同时影响脊髓中间神经元和运动神经元的脊髓通路；喙侧核群（B59）包括中缝背核（nucleus raphe dorsalis，NRD）和中缝中核（nucleus raphe median，MRN），投射纤维长而分散，上行支配脑的几乎所有区域，和来自蓝斑的投射一起，构成上行网状激活系统的一部分。 中枢5-HT系统的主要生理功能目前认为，中缝核的神经元放电频率维持觉醒状态；NRD头端的5-HT神经元主要参与慢波睡眠，而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，如中枢5-HT可促进PRL分泌，抑制LH分泌。体温调节方面，5-HT2受体介导升高体温，而5-HT1A受体则相反。在心血管系统，5-HT2受体介导交感神经兴奋，升高血压；而5-HT1A受体激活后则会降低血压，减慢心率。5-HT功能低下可构成精神失常发病倾向，而中枢去甲肾上腺素功能高低决定最终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。长期的慢性应激可导致海马等区域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”；还有学者提出情绪障碍的“单胺系统假说”，即心境与脑内单胺类物质NE、5-HT水平密切相关；主要的抗抑郁的药物SSRI、三环类、MAOI等，均可显著提高脑内单胺类递质的浓度。中脑中央灰质（PAG）、延髓头端腹内侧核群（RVM，包括中缝大核MRN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。在脊髓水平，5-HT直接或通过促进阿片肽释放抑制痛觉冲动传导；PAG能激活RVM的5-HT神经元，下行至脊髓背角抑制初级冲动。后来发现5-HT也介导部分易化效应，考虑与不同受体亚型激活有关，但总体表现为镇痛效应。目前认为，针刺主要通过激活脑干网状结构下行抑制系统，兴奋中缝核群的神经元，激活5-HT上行及下行痛觉调制通路实验镇痛效应。捣毁中缝核群或消除5-HT的作用（使用拮抗剂或抑制生物合成），针刺镇痛（acupuncture Analgesia，AA）效应明显减弱；使用5-HT受体阻断剂，AA效应几乎消失3。人或动物进行5-HT耗竭试验，或者在不同水平破坏脑干上行5-HT能通路，均可引起痛觉过敏。综上所述，脑部和脊髓水平的5-HT神经元活跃时，痛阈升高，发挥镇痛作用，并可加强吗啡、AA的效应。（三） 5-HT受体根据受体的功能、结构和信号传导等特性，目前公认将5-HT受体分为七种类型（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种不同亚型（见表1）。七大类型中，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，降低神经兴奋性；5-HT2受体耦联Gq/11蛋白，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。表1. 5-HT受体亚型及其概况受体亚型分布耦联蛋白/离子通道膜效应5-HT15-HT1A海马；NRD；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/o5-HT神经元自身受体5-HT1D基底节；扣带回Gi/o5-ht1E纹状体；杏仁核；额叶皮质5-ht1F5-HT25-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/115-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-ht55-ht5A 5-ht5B皮质；海马；嗅球；小脑Gi/o突触后抑制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去极化一、5-HT1受体5-HT1受体分为5-HT1A、1B、1D、1E、1F五个亚型，在突触前和突触后均有分布，脊髓背角也有少量分布。该受体与Gi/0耦联，下调cAMP，在突触前发挥自身受体作用，突触后则降低神经兴奋性。仅5-ht1E及5-ht1F受体蛋白尚未确定，也缺乏特异性配体，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，基因序列相对保守。在5-HT神经元及其投射区域均有5-HT1A受体分布，其中边缘系统最为密集，主要集中在海马、杏仁核及隔核，脑干中缝核群5-HT能神经元胞体上也有高密度分布，而基底节和丘脑分布较少。中缝核群的5-HT1A受体主要为突触前受体，在端脑则主要为突触后受体。利用核素显像剂对健康志愿者的研究提示女性脑部5-HT1A受体的密度高于男性，且与年龄没有明显相关性。麦角酰二乙胺（LSD）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，后者是一种较为理想的抗焦虑药物。Pindolol是一种受体阻滞剂，与5-HT1A有极高的亲和力，主要为拮抗作用，但对突触前受体也发挥较弱的部分性激动效应。5-HT1B受体最近方与5-HT1D受体区分开，前者主要分布在黑质、纹状体、基底节区及额叶皮质，为突触后受体，另外还有部分自身受体。5-HT1D受体的分布与5-HT1B受体相似，但密度远不及后者高，放射自显影研究发现其主要位于苍白球腹侧19，发挥自身受体的作用。舒马坦琥珀酸盐（Sumatriptan）在5-HT1受体激动剂中对5-HT1D受体选择性较好，用于治疗周期性偏头痛。二、5-HT2受体5-HT2受体可与Gq蛋白结合，激活磷脂酶C，介导缓慢去极化效应。目前已发现5-HT2A、5-HT2B、5-HT2C 3种亚型。该受体呈明显的年龄相关性，与行为和心血管功能调节有关。MDMA是一种成瘾药物，是SERT的底物，对5-HT2受体具有高亲和力。5-HT2A受体主要分布于皮质和基底节，嗅结节、屏状核等也有分布，激活后降低K+电导，兴奋神经元。还能作为异源受体调节ACh、DA、兴奋性氨基酸等递质。DOI、DOM、LSD等是该受体的激动剂，均具有致幻效应。MDL100907是该受体的高选择性拮抗剂。其它拮抗剂如氯氮平（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受体主要分布在边缘系统、基底节区、下丘脑及脉络丛。由于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受体具有拮抗作用。有学者认为5-HT2A/2C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的抗精神疾病药物的作用机制。三、5-HT3受体该受体为配体门控离子通道，由5个亚基组成，通道激活后允许Na+、K+自由进出，引起短暂的快速去极化。该受体主要分布在外周神经系统，在中枢主要位于极后区和低位脑干，皮质、杏仁核及海马也有极少量分布。激活5-HT3受体主要引起外周神经兴奋，参与痛觉反应和呕吐的发病。因此，恩丹西酮（ondansetron）等5-HT3受体拮抗剂在临床上用于缓解化疗后的恶心呕吐。有学者认为基底节区域的5-HT3受体与该区域的5-HT1A/1B、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27。四、5-HT4受体该受体主要与Gs蛋白耦联，引起神经元兴奋。在中枢，主要分布在嗅结节、伏核及纹状体等区域，可能与学习和记忆有关。在外周，激活5-HT4受体可以引起心率加快、胃肠道平滑肌收缩。药物激动5-HT4受体对AD及严重抑郁症有效。五、5-ht5受体及5-ht6受体目前仅发现了5-ht5 mRNA，具有5-ht5A、5-ht5B两种亚型，与Gi/o耦联，降低AC活性，下调神经兴奋性。5-ht5受体的分布情况、信号传递机制均与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。目前还未发现5-ht5受体的激动剂。目前尚未发现5-ht6受体亚型，其与Gs耦联，增加神经兴奋性。研究发现5-ht6受体与多种三环类药物有极高的亲和力。对抑郁症猴模型的研究发现，无论使用5-ht6受体激动剂还是拮抗剂，抗抑郁的效果一致，其机制还有待进一步研究。目前有关5-ht6受体的研究主要集中在药物研发领域。六、5-HT7受体5-HT7与Gs蛋白耦联，引起去极化，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，如阿米替林，是该受体的拮抗剂。（四） 5-HT受体的核素研究方法过去，主要通过受体-配体的剂量-效应关系研究受体的特性。随着克隆技术的发展，应用PCR定量分析受体mRNA广为开展，并因此发现了5-ht5、5-ht6等受体。近来，对受体蛋白三维结构的研究也逐步深入。但受体放射性配体结合分析仍是受体研究的核心方法。20世纪60年代起开始使用125I、3H进行受体放射性示踪研究，目前主要使用18F、11C、123I等放射性核素标记受体的拮抗剂、激动剂或内源性配体。相比酶、化学发光物质等标记物，放射性核素对配体结合特性影响最小。常用的放射性核素受体研究方法包括：直接定量分析受体的数量和亲和力；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；竞争结合实验比较不同配体的结合能力；利用SPECT、PET进行活体放射性核素受体显像，此时放射性配体也称为受体核素显像剂。目前5-HT受体的研究主要集中在核素显像剂的开发、生理与疾病状态下受体的改变以及后处理方法的改善等方面。除了化学性质稳定，利于显像和定量分析，受体核素显像剂还必须：具有高度选择性和亲和力；具有一定的脂溶性，能通过血脑屏障；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。受体最大结合容量Bmax、平衡常数Kd是两个基本参数。使用SPECT、PET进行活体受体显像后，既往通过分析动脉血或双核素法评价结合率（bingding potentials，BPs），基本公式为Bmax/Kd；后利用动力学模型校正血流及药物清除的影响，直接对固定断面（ROIs）进行半定量分析，以几乎没有5-HT受体分布的小脑作为参考区，BPs计算公式为(ROI一小脑)/小脑。其他常用的算法还包括SRTM、MRTM、SRTM/MRTM、SRTM2/MRTM2、NIGA、PIF等。此外，还常用SPM软件，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显像在临床的广泛开展。（五） 5-HT受体核素显像剂 目前，受体特异性核素显像剂的研究主要针对5-HT1、5-HT2、5-HT4、5-HT7受体，尤以5-HT1A受体显像最为突出。拮抗剂显像因其固有的优势应用广泛，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。一、5-HT1受体5-HT1受体五个亚型中，5-HT1A受体在脑部密度高，分布广，已经开展了较为深入的研究。5-HT1B受体显像剂已经在动物实验中取得了成功。5-HT1D、5-ht1E及5-ht1F受体尚无核素显像研究报道。5-HT1A受体核素显像剂5-HT1A受体核素显像剂主要分为两大类：受体拮抗剂WAY-100635的结构类似物；受体激动剂8-OH-DPAT的衍生物。激动剂结合时间短暂，目前成功实现受体PET显像的多为拮抗剂。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标记的WAY100635，其代谢产物不能自由通过血脑屏障，显像稳定。PET显像所显示的放射性摄取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，故11C-WAY100635成为目前最常用的活体5-HT1A受体PET显像剂5。DWAY是WAY100635的一种子代谢产物，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5 ，然因合成产率低，标记困难，限制了其临床应用。为了克服WAY100635在体内稳定性差，代谢速率快的缺点，研究者合成了产率高、体内特异性结合率高、相对稳定的11C-CPC222，但目前尚无进一步研究报道。11C-(R)RWAY是WAY100635的反酰胺产物，动物实验发现其结合稳定性不够，且作为P-糖蛋白底物，清除过快，不利于显像，联合运用P-糖蛋白抑制剂可以弥补这一不足，但尚没有人体研究报道。18F-FCWAY是WAY类似物，但在体内容易脱氟，联合运用miconazole（CYP450 2EI选择性抑制剂）可克服该缺点。18F-MeWAY不易脱氟，但目前尚只有动物实验报道。进一步研究发现，1-(2-(甲氧基苯基)哌嗪)（MPP）结构为WAY100635的药效团。1994年，Shiue6等人首先合成了18F-MPPF，其不仅具备11C-WAY100635的优点，还具有在脑部结合稳定，清除速率相对较慢，制备简单，生物半衰期长的特点。Passchier7等人研究健康人脑部18F-MPPF的分布情况，显示所见放射性分布增高区域与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（inject dose，ID）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BPs。Defraiteur8等人合成了去甲基的18F-DMPPF，小鼠活体PET显像提示静脉注射后15min，脑部摄取剂量为0.31%ID，并具有清除速率慢的优点。目前报道的99Tcm标记的5-HT1A受体显像剂主要采用“3+1”或“4十1”方案制备混配配合物，大多在体外获得了成功，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比较复杂，不利于推广应用。新近，张现忠等人9合成了99Tcm-BicineHYNIC/MPP2，在小鼠研究中获得了满意的数据，有望实现5-HT1A受体SPECT显像。拮抗剂是指对受体具有极高亲和力，结合后不产生生物学效应的配体，因此，拮抗剂显像可以提供受体的数量和亲和力信息，但却无法区分不同功能状态的受体亲和力高低。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，但有研究表明其同时也能激动5-HT7受体。8-OH-DPAT的类似物123I-8-OH-PIPAT、123I-BH-8-MeONPAT、11C-(+)S-20499、11C-LY-274601等；苯环哌嗪类如18F-FBP、11C-ORG-13063等均未取得理想的活体显像效果。最近合成的以11C或18F标记的S14506具有高选择性，但尚未进行活体研究。11C-MPT在狒狒研究中获得了成功，但因其洗脱速度过慢而无法对BPs进行有效评价，其未与血浆蛋白结合的部分也难以测量。故有研究者合成了MPT类似物11C-CUMI-101，基本克服了上述缺点，但对其它灵长类的研究发现脑部BPs较狒狒轻度下降，考虑是与内源性5-HT发生了竞争性结合。罗巴佐坦（NAD299）是一种亲和力中等的5-HT1A受体激动剂，与内源性5-HT易发生竞争性结合，因此11C-NAD299 PET显像可评价内源性5-HT功能状态10。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 11等人利用18F-F15599进行小鼠和猫的活体PET显像，发现放射性分布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蛋白不同而造成的。5-HT1B受体及5-HT1D受体核素显像剂Astra Zeneca20等人合成的11C-AZ10419369在5-HT1B受体在体研究中获得了较为理想的结果，但阻断实验使用的是CR127935，对5-HT1B及5-HT1D受体缺乏选择性，无法完全论证11C-AZ10419369在体内结合的特异性。SB-616234-A在体外研究已经取得了成功。新近，Nabulsi21等人使用拮抗剂11C-P943成功实现了恒河猴脑部5-HT1B受体PET显像，结果显示苍白球、枕叶皮层的BPs最高，基底节、丘脑居中，小脑最低，与已知的5-HT1B受体分布区域一致。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。体外实验表明P943与5-HT1D受体的结合率明显低于5-HT1B受体。尚无5-HT1D受体特异性显像剂的相关研究。二、5-HT2受体核素显像剂目前5-HT2A受体显像已经较为成熟，尚无5-HT2B及5-HT2C受体特异性核素显像的报道，研究发现18F- setoperone是一种非选择性5-HT2受体显像剂。早期曾使用123I-5-I-R91159进行5-HT2A受体SPECT显像，但缺乏解剖信息，如对厌食症的研究中，没有考虑到患者相应脑区神经元的缺失，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-altanserin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-altanserin相似的优良特性22。多巴胺D1受体显像剂11C-NNC112也可部分与5-HT2A受体结合。Debus23等人新近合成的(R)-18F-MH.MZ在小动物PET研究中取得了成功。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-HT15-HT1A8-OH-DPATGepirone5-CTBuspironeflesinoxanWAY 100635MDL 73005SDZ 216525spiperone11C-WAY10063511C-DWAY11C-CPC22218F-FCWAY18F-MeWAY11C-(R)RWAY8-OH-DPAT11C-MPT11C/18F-S1450611C-CUMI-10111C-NAD29918F-F1559918F-MPPF18F-DMPPF99Tcm-BicineHYNIC/MPP25-HT1BCP 93129RU 249695-CTSDZ 21-009SB 22428911C-AZ10419369SB-616234-A11C-P9435-HT1DSumatriptanL 694247CR 127935BRL 155725-ht1E5-ht1FLY3343705-HT25-HT2A-甲基-5-HTCP 94253DOIRU 24909酮色体MDL 100907LY 5385718F- setoperone18F-altanserin11C-MDL10090711C-NNC112(R)-18F-MH.MZ123I-5-I-R911595-HT2B-甲基-5-HTBW 723C68SB2047415-HT2C-甲基-5-HTMK 212美舒麦角SB2420845-HT32-甲基-5-HTphenylbiguanideOndansetronMDL 722225-HT4BLMU8SDZ 216454GR113808SB 20407011C-SB207145SB2077105-ht55-ht5A 5-ht5B5-ht6SB 2710465-HT7SB 25871911C-DR44468-OH-DPAT三、5-HT4受体核素显像剂目前研究最多的为11C-SB207145，属于受体拮抗剂，近期进行的人体PET显像获得了较为乐观的结果。Marner27等人使用该显像剂对16位健康志愿者的PET显像发现，纹状体摄取最高，在海马及额叶前部也有少量摄取，同时还发现，BPs与性别无关，但随着年龄呈下降趋势。使用citalopram（可促进内源性5-HT竞争性结合）后，BPs未出现明显变化，说明该显像剂具有一定的抗药物干扰能力。近期，Xu R40等人还合成了高亲和力的SB207710，但尚未进行人体研究。四、5-HT7受体核素显像剂早在2002年，研究者就合成了11C-DR4446，作为拮抗剂，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。而近期该受体的新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。（六） SERT5-HT转运体（SERT）是一种特异性的跨膜转运体，具有12跨膜结构，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。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，包括氟西汀等SSRI类，非选择性三环类（TCAs）及可卡因、安非他明、芬氟明（fenfluramine）、成瘾药物MDMA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。但使用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。故常常联合使用pindolol抑制自身受体功能。Berney 28等人利用11C-methyl-L-tryptophan PET显像发现，联合运用pindolol的抑郁症患者，服用SSRI 24日后，额叶前部的5-HT代谢明显增强。11C-McN5652是最早成功实现SERT PET显像的显像剂，对SERT密集的脑区显示良好，但存在着非特异性结合，且脑部代谢过于缓慢。随后，一系列的显像剂均获得了较为理想的在体研究结果，包括11C-DASB、11C-DAPP、11C-ADAM、11C-MADAM、11C-DAPA和11C-AFM，尤其是11C-DASB和11C-AFM，前者脑部代谢快，从而使快速显像成为可能；后者具有极高的选择性，在体外研究和体内动物实验均获得了满意的结果，对SERT相对密度较低的区域也可以很好地显示29。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，尽管其选择性仅与早期的11C-McN5652相当，但因其代谢相对较快，还可以实现18F标记，故也有相当的临床应用前景。Shiue30等人对18F-AFA初步评价发现，其PET显像在脑部的结合率和图像质量与11C-AFA相仿。（七） 5-HT受体核素显像的临床应用精神疾病5-HT1A受体与抑郁症联系密切。Shively12等人用18F-MPPF对抑郁症模型猴研究发现，杏仁核、海马、扣带回和中缝核的BPs明显下降。利用11C-WAY100635对抑郁症患者的大量研究中，NRD区域BPs下降均达40%以上，与尸检结果（因抑郁者自杀者，利用8-OH-DPAT）基本一致。进一步尸检研究发现，严重抑郁症患者（Major depression disorders，MDD）NRD的大部分区域，尤其是头端的BPs升高，尾端BPs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，且患者脑部18F-MPPF与5-HT1A受体的BPs不受色氨酸浓度的影响35，故突触前5-HT1A受体成为了主要的药物靶点SSRIs和azapirones等已经广泛用于抗抑郁治疗。观察抑郁症患者SSRI治疗后突触前5-HT1A受体变化可以早期评价药物疗效和预后。对抑郁症猴模型的研究发现，无论使用5-ht6受体激动剂还是拮抗剂，抗抑郁的效果一致，这提示5-ht6受体在抑郁症的发病中机制复杂。精神分裂症的研究结果存在一定争议，尸检结果观察到前额叶背外侧、颞叶内侧、扣带回前部和运动区出现了5-HT1A受体BPs显著增加，尤以额叶前部为主。但使用11C-WAY100635进行精神分裂症患者PET显像却发现BPs增加区域为颞叶中部。yasuno13等人进行的类似研究则显示杏仁核BPs减低，而frankle14等人未发现正常人与精神分裂症患者脑部BPs存在显著差异。活体受体PET显像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，也可能为病程及用药情况所致。Rasmussen24等人利用18F-altanserin对antipsychotic-naive型精神分裂症患者进行5-HT2A受体显像发现，额叶的BPs明显下降，在男性患者，上述区域的BPs与阳性症状呈负相关，而认知功能与BPs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。利用5-HT受体PET显像发现，厌食症患者脑部5-HT1A受体、5-HT2A受体及SERT均发生了改变。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 BPs升高了20-40%；但禁食型厌食症患者康复后BPs却无明显变化，提示两种厌食症在受体亚型水平的功能变化上可能存在差异，但由于目前尚缺乏大规模的研究，还需进一步论证。且两种厌食症可以合并发生，也可能从一种向另一种转变。利用18F-altanserin对厌食症的研究发现，5-HT2A受体BPs下降的区域主要出现在扣带回胼胝体膝部下方及周围、顶叶皮质、颞叶中部和枕叶，也有研究显示BPs保持正常。Bogdan Galusca18等人对禁食型的神经性厌食症患者和康复者进行18F-MPPF PET显像发现，右侧颞叶上部、额叶下部、顶叶岛盖和颞顶联合区的BPs升高，治愈后颞叶前部BPs持续偏高，提示上述区域受体5-HT1A受体密度增加；然而康复者的色氨酸水平已经恢复正常；SERT与正常人无明显差异；以往使用WAY100635的研究提示禁食型厌食症痊愈者与正常人脑部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，脑部色氨酸水平、体内激素水平必然会影响受体的功能。因此推断SSRI对发作期厌食症无效，可能由于其仅能引起极少的突触内的5-HT激动，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（impulsive aggression）有关，Rosell等人25使用11C-MDL100907进行研究发现：有持续性攻击行为的患者DFC区域5-HT2A受体BPs明显增加，而非持续性攻击行为和正常人脑部5-HT2A受体BPs没有显著差异。而三组实验对象的其他脑区的BPs也没有明显不同。有研究还证实了正常人的攻击行为与脑内5-HT1A受体密度无关。焦虑表现为精神症状还是生理紊乱，与脑部5-HT1A受体BPs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BPs下降（18F-FCWAY显像结果），而社交恐惧症（social anxiety disorder ，SAD)患者5-HT1A受体BPs下降区域则出现在额叶中部皮层及杏仁核。PTSD（创伤后应激障碍）患者则未发现脑部5-HT1A受体有改变。Yatham26等人使用5-HT2受体非选择显像剂18F- setoperone对急性躁狂研究发现，新近出现过躁狂发作的患者脑内额叶、颞叶、顶叶和枕叶皮质出现了显著的5-HT2受体活性下降，以右侧显著。神经疾病颞叶癫痫患者均出现边缘系统5-HT1A受体BPs下降，岛叶及颞叶中部也观察到BPs下降，而使用抗癫痫药物出现不良反应的者脑部BPs未见明显改变。Merlet15等人使用18F-MPPF对顽固性颞叶癫痫患者进行PET显像，观察到癫痫灶的BPs都出现了显著降低，程度与病情密切相关。然而后来有研究发现癫痫灶的P-糖蛋白上调，这可能是造成病灶摄取减低的重要原因之一。多数研究证实了AD（Alzheimer Disease）患者额叶存在5-HT1A受体减少。利用11C-WAY100635的研究中，对部分容积效应校正后，显示仅右侧颞叶中部BPs减低；Kepe16等人使用18F-MPPF对AD患者研究发现海马和NRD区域BPs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BPs下降程度与AD临床症状密切相关。进一步的研究发现，AD伴随轻度认知障碍的患者，其海马区域的BPs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(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)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症患者大脑5-HT1A受体BPs广泛下降，以海马显著。Derry17等人对嗜睡症（narcolepsy-cataplexy）患者研究发现，睡眠时全脑的18F-MPPF的BPs显著低于清醒状态。（八） 讨论及展望综上可见，受体核素显像为活体研究5-HT受体提供了可能，越来越多的性能优越的显像剂被研制出来用于疾病的研究。值得指出的是，迄今为止的5-HT受体人体显像研究中，均未出现不良事件，主要由于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-TH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显像的普及，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受体以外的受体研究较少，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CNS中与去甲肾上腺素、P物质、-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CNS中的功能及与疾病的关系。目前的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BPs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cCBF进行校正。除外显像剂、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的差异重要因素。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。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受体核素显像是一种安全有效，简单易行，虽然存在诸多不足，但极具发展前景和临床应用价值的研究方法。尽管在许多方面还未得出满意的答案，但5-HT受体核素显像已经使人类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1. 孙凤艳主编 医学神经生物学 上海科学技术出版社 20082. 李国彰主编 神经生理学 人民卫生出版社 20073. hui-chun wang et al. Research on receptors related to acupuncture analgesia and positron emission tomography radioligands：a review. Journal of Chinese Integrative Medicine, 7(6):575-581. 20094. Philipp T. Meyer et al. Simplied quantification of 5-HT2A receptors in the human brain with 11CMDL 100,907 PET and non-invasive kinetic analyses. NeuroImage 50 984993. 20105. Kumar JS, Mann JJ. PET tracers for 5-HT1A receptors and uses thereof. Drug Discov Today, 12 (17-18): 748-756. 20076. Shiue CY, et al. P-18F-MPPF: a potential radioligand for PET studies of 5-HT1A receptors in humans. Synapse 25(2):147154; 1997. 7. Passchier J, et al.Quantitative imaging of 5-HT(1A) receptor binding in healthy volunteers with (18)fp-MPPF. Nucl Med Biol 27(5):473476; 20008. Defraiteur, C. et al. Radiochemical synthesis and tissue distribution of p-18FDMPPF, a new 5-HT1A ligand for PET, in rats. Nucl. Med. Biol. 33, 667675.20069. 张现忠等，一种潜在5-HT1A脑受体显像剂99TcmBicine/HYNICMPP2的制备及其生物性能. 核化学与放射化学 31(4):206-211. 200910. Passchier J, van Waarde A. Visualisation of serotonin-1A (5-HT1A) receptors in the central nervous systemJ. Eur J Nucl Med, 28(1):113-129. 200111. Latitia Lemoine et al. 18FF15599, a novel 5-HT1A receptor agonist, as a radioligand for PET neuroimaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging 37:594-605.201012. Shively, C.A, et al. Behavioral depression and positron emission tomography-determined serotonin 1A receptor binding potential in cynomolgus monkeys. Archives of General Psychiatry 63, 396-403.200613. Yasuno, F. et al. Decreased 5-HT1A receptor binding in amygdala of schizophrenia. Biol. Psychiatry 55, 439444 ,200614. Frankle, et al. Serotonin1A receptor availability in patients with schizophrenia and schizo-affective disorder: a positron emission tomography imaging study with 11CWAY100635.Psychopharmacology189, 155164.200615. Merlet, I, et al. Statistical parametric mapping of 5-HT1A receptor binding in temporal lobe epilepsy with hippocampal ictal onset on intracranial EEG. Neuroimage 22, 886-896. 2004a.16. Kepe, V, et al. Serotonin 1A receptors in the living brain of Alzheimers disease patients. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America 103, 702-707. 2006.17. Derry, C, et al. Increased serotonin receptor availability in human sleep: evidence from an 18FMPPF PET study in narcolepsy. NeuroImage 30, 341-348. 2006.18. Galusca, et al. Organic Background of Restrictive-Type Anorexia Nervosa Suggested by Increased Serotonin1A Receptor Binding in Right Frontotemporal Cortex of Both Lean and Recovered Patients:18FMPPF PET Scan Study. BIOL PSYCHIATRY 64:10091013.200819. Varns K, Hall H, Bonaventure P, Sedvall G. Autoradiographic mapping of 5-HT1B and 5- HT1D receptors in the post mortem human brain using 3HGR 125743. Brain Res 915:4757. 200120. Pierson ME, Andersson J, Nyberg S, McCarthy DJ, Finnema SJ, Varns K, et al. Halldin