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神经精神疾病是世界范围内导致残疾的主要原因之一。最近，致幻剂作为治疗几种神经精神疾病的潜在疗法再次出现。在动物的行为水平上，除了这些药物特有的急性致幻作用之外，致幻剂已被证明诱导适应性，如减少被动应对、改善恐惧消除和减少焦虑样行为。以往研究中具有治疗性质的非致幻性致幻剂类似物的出现表明，不同的神经回路可能介导致幻剂的治疗和致幻性质，但这些假定的回路机制尚未确定。在此背景下，2024年11月14日，来自加州大学戴维斯分校的C. K. Kim研究团队在Science杂志上发表了名为“Isolation of psychedelic-responsive neurons underlying anxiolytic behavioral states”的文章揭示了经典致幻剂2,5-二甲氧基-4-碘苯丙胺（DOI）通过mPFC中不同的神经环路介导抗焦虑和致幻作用。
DOI是一种5-羟色胺2A受体（5-HT2AR）激动剂，先前的研究表明，5-HT2AR激活不仅介导致幻剂的致幻作用，而且有助于其对抑郁和焦虑样行为的有益影响。为比较致幻剂在5-HT2AR激活过程中和激活后的行为影响，使用基于5-HT2AR的荧光生物传感器——psychLight2来确定DOI在大脑中存在的时间进程。注射DOI后，荧光信号在30分钟内达到峰值，并在4小时内缓慢衰减，表明在小鼠血液和前脑中测得的DOI的半衰期为~2小时。在焦虑小鼠模型中，与盐水组相比，注射DOI 30分钟后，小鼠在埋珠实验（MBT）中的埋珠行为显著减少，在高架十字迷宫实验（EPM）中开放臂停留的时间更长。与此同时，DOI组小鼠在MBT期间显示出甩头反应（HTR）的升高。在给药6小时后，DOI组小鼠的埋珠行为仍显著低于对照组，但此时不存在HTR升高的表现。这些数据表明，虽然抗焦虑和致幻的表型都是由DOI引起的，但它们可能是部分分离的，因为只有抗焦虑作用比DOI在mPFC中的存在更持久。 图1 DOI除了致幻作用外，还能减少类似焦虑的行为鉴于之前对啮齿类动物的研究表明，直接刺激某些mPFC亚群可产生抗焦虑作用，因此作者推测DOI可能会增加mPFC神经元亚群的神经元活性，从而介导其抗焦虑特性。通过单细胞双光子成像，他们发现发现DOI立即增加了约54% mPFC神经元的放电，相比之下，14%不受DOI影响，32%被DOI抑制。
图2 记录和标记DOI激活的体内神经元群
接下来为检查这些DOI激活细胞的分子和功能特性，作者使用了一种新的分子技术——光和钙依赖性的整合器scFLARE2，神经活动整合器能够在急性实验时间窗口（1-15分钟）内对特定激活的神经元进行遗传标记。首先对mPFC中的神经元细胞类型进行分离聚类，确定了9个不同的神经元亚簇：第2/3层兴奋性神经元的2种亚型（L2/3-1和L2/3-2）、第5层兴奋性神经元的3种亚型（L5-1至L5-3）、第6层神经元的2种亚型（L6-1兴奋性和L6-2混合性），以及抑制性神经元的2种亚型（Sst/PV和Vip）。接着，结合snRNA-seq研究DOI激活过程中scFLARE2标记了哪些转录mPFC细胞类型。通过跨簇测序来检测TRE报道基因和scFLARE2 (tTA转录物)的表达，发现兴奋性簇L5-1和L6-1以及抑制性簇Sst/PV中TRE报告基因的平均表达和TRE报告基因阳性神经元的比例都增加，这些数据表明DOI仅优先激活mPFC中神经元亚型的子集。 ![]()
图3 scFLARE2标记神经元的snRNA-seq揭示DOI诱导的网络激活鉴于DOI靶向5-HT2AR，作者研究了TRE报告基因是否主要富集于表达5-HT2AR的神经元簇(Htr2a+)。通过绘制跨神经元簇的Htr2a转录本计数，鉴定出丰富表达Htr2a的神经元簇为L5-1、Sst/PV和L6-2。这些测序数据表明，DOI可能触发了特定神经元网络水平的激活，超出了那些被认为是通过5-HT2A受体(如L6-1簇)直接受致幻剂调节的神经元。 ![]()
图4 scFLARE2标记的神经元簇中5-HT2A受体的表达发现DOI在体内驱动mPFC神经元特定亚群的兴奋后，接下来研究这些神经元的活性与先前确定的抗焦虑行为表型之间是否存在因果关系。研究人员利用光遗传学技术来激活scFLARE2标记的DOI激活神经元，结果显示，与盐水组相比， DOI组小鼠在治疗30分钟后埋珠行为减少，这种效果没有持续到第二天。然而，在第2天光激活DOI标记的神经元后，小鼠的埋珠行为显著减少；EPM中小鼠在开放臂上花费的时间也显著增加。这些结果表明，给药24小时后光刺激mPFC中DOI激活的神经元足以再现药物的急性抗焦虑作用。此外，使用MDL100907阻断5-HT2AR后，再使用光刺激激活DOI标记的神经元并不会减少MBT中小鼠的埋珠行为，表明DOI的抗焦虑作用和DOI反应的抗焦虑网络的标记依赖于最初的5-HT2AR激活。最后，研究人员测试了刺激DOI激活的神经元是否会在小鼠中引发任何类似幻觉的行为。结果显示注射DOI的小鼠在第一天显示出强烈的HTRs；而在第二天光刺激DOI激活的神经元时，这些小鼠并没有增加HTRs。综上所述，mPFC中对DOI反应的神经元群体的重新激活足以驱动致幻剂的抗焦虑特性，而不会恢复其致幻作用。![]()
图5 DOI标记的神经元的再激活减少焦虑样行为而没有致幻副作用综上所述，该研究使用光和钙依赖性的整合器，在小鼠mPFC中标记了致幻反应神经元。通过单核RNA测序显示，致幻剂驱动多种细胞类型的网络水平激活，而不仅仅表达5HT2AR的细胞。光刺激激活这群标记的致幻反应mPFC神经元能够再现致幻剂的抗焦虑作用，而没有产生类似致幻的效果。这些发现揭示了致幻剂抗焦虑作用的特定细胞类型的环路机制，为开发具有治疗作用而无致幻副作用的药物提供了理论基础。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0666
方法检索教程
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