【文献解读】斑马鱼作为临床前精神活性分子筛选模型的潜力

文摘   科学   2024-07-19 17:01   江苏  


文献:Ilyin NP, Nabiullin AD, Kozlova AD, Kupriyanova OV, Shevyrin VA, Gloriozova T, Filimonov D, Lagunin A, Galstyan DS, Kolesnikova TO, Mor MS, Efimova EV, Poroikov V, Yenkoyan KB, de Abreu MS, Demin KA, Kalueff AV. Chronic Behavioral and Neurochemical Effects of Four Novel N-Benzyl-2-phenylethylamine Derivatives Recently Identified as "Psychoactive" in Adult Zebrafish Screens. ACS Chem Neurosci. 2024 Apr 29. doi: 10.1021/acschemneuro.4c00017. Epub ahead of print. PMID: 38683969.

杂志:ACS Chemical Neuroscience

影响因子:5

摘要

近年来,致幻药物因其对人类和动物大脑及行为的显著影响,成为了精神药理治疗中极具潜力的候选药物。除了实验室常用的啮齿类动物外,斑马鱼(Danio rerio)作为强大的模型生物,也被广泛应用于包括致幻药物在内的神经活性药物的筛选中。本研究中,我们测试了四种新型N-苄基-2-苯乙胺(NBPEA)衍生物,这些衍生物在苯乙胺部分具有2,4-和3,4-二甲氧基取代,且在N-苄基部分的苯环邻位具有-F、-Cl和-OCF3取代(分别为34H-NBF、34H-NBCl、24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)),评估了它们在成年斑马鱼中经过14天慢性治疗后产生的行为学和神经化学效应。虽然新型水箱测试行为数据显示24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)具有类似抗焦虑的效应,但神经化学分析显示所有四种药物均导致脑中去甲肾上腺素水平降低,且除34H-NBCl外,还导致多巴胺和血清素水平降低。我们还发现所有三种脑单胺的周转率均降低,但它们的代谢产物水平保持不变。综合而言,这些发现加深了我们对于新型NBPEA衍生物在中枢神经系统中的复杂行为学和神经化学效应的理解。

介绍

血清素能迷幻药物是强大的致幻剂,它们能够显著影响人类和动物的大脑功能及行为,引发感官、情感和认知方面的变化,伴随着社交性的改变、自我解体以及神秘体验。例如,裸盖菇素(Psilocybin)和二乙酰二胺类麦角酸(LSD)等迷幻药物近期显示出作为潜在的情绪障碍、焦虑症和创伤后应激障碍治疗手段的潜力。动物研究还表明,这些药物能够促进认知功能的改善,增强大脑皮层的可塑性和神经发生。

NBOMes是相对较新的一类合成药物,它们是苯乙胺的衍生物,在苯环的第二和第五位置带有甲氧基,在第四位置则带有各种亲脂基团。作为合成迷幻剂,25I-NBOMe及该类药物的其他成员已被广泛研究,展现出强大的血清素能活性。与传统迷幻剂相似,NBOMes对中枢神经系统(CNS)有强效作用,包括幻觉、意识改变、欣快感和感官及视觉效应。然而,这些药物也可能具有毒性,并可能导致严重的副作用甚至死亡,这引发了对其使用和滥用的担忧。无论是传统的血清素能迷幻剂(如LSD和裸盖菇素)还是NBOMes,它们通过激活5-HT2A受体来产生明显的CNS效应,该受体与各种认知、情感(如抑郁症)和精神疾病(如精神分裂症)密切相关。虽然NBOMes是高度选择性的5-HT2A受体激动剂,但它们也对其他受体如5-HT2C、α1肾上腺素能和H1组胺受体有高亲和力,但对多巴胺、血清素和去甲肾上腺素转运体的亲和力不高。

在啮齿类动物中,5-HT2A受体的激活会导致一种典型的“头部抽动”反应,这在LSD和裸盖菇素中较为常见,且也见于一些NBOMes(如25H-、25B-和25C-NBOMes)。

作为对啮齿类动物研究的补充,小型淡水硬骨鱼——斑马鱼(Danio rerio)是强大的体内神经科学研究和中枢神经系统药物发现的模型系统。斑马鱼实验对CNS药物筛选非常有用,因为这些鱼在遗传和生理上与人类具有高度相似性,成本效益高、易于饲养,繁殖和发育迅速,且对多种精神活性药物敏感,包括所有主要的迷幻药物类别,如血清素能迷幻剂、抗谷氨酸能解离剂、阿片类激动剂、以及抗胆碱能谵妄剂。

斑马鱼的焦虑样行为与其他常用模型物种和人类相似,且对促焦虑和抗焦虑因素具有双向敏感性。例如,斑马鱼的焦虑样行为可以通过暴露于新奇环境、捕食者、警报信息素、网追、过度拥挤和社会隔离等因素诱导。相反,传统抗焦虑药物、慢性抗抑郁药物、环境丰富化和社会互动等因素被广泛认为能够减少斑马鱼的焦虑样行为。新型水箱测试是一种常用的水生测试方法,用于评估成年斑马鱼的焦虑样行为。该测试通过测量鱼在“厌恶”的上部区域与“保护”的下部区域的活动情况来评估它们在新异环境中的探索活动,这与啮齿类动物的开放场地测试和其他基于新异性的范式在概念上相似。因此,在底部停留时间增加与斑马鱼的焦虑样状态增加相关联,而在顶部的探索活动增加则通常反映其抗焦虑样反应。对于研究迷幻化合物来说,斑马鱼的血清素系统具有高度的复杂性,并且在神经解剖和神经化学方面与哺乳动物有许多保守的特征。事实上,斑马鱼拥有在人类和啮齿类动物中发现的所有七个血清素受体家族(5-HT1-5-HT7),包括与迷幻效应最相关的那些,如5-HT2A5-HT2C5-HT1A。然而,由于鱼类在进化过程中发生了全基因组复制,大多数斑马鱼的血清素受体基因都存在重复。值得注意的是,通过斑马鱼5-HT1A5-HT1B5-HT2C受体正交体获得的脑表达谱揭示了其分布广泛且重叠。例如,htr1aa、htr1ab和htr1bd基因(分别编码斑马鱼的5-HT1A5-HT1B受体)已映射到缝际核、丘脑、下丘脑、后结节、小脑、视顶盖、网状形成物和腹侧端脑。斑马鱼5-HT2C受体基因(ht2cr)的正交体表达在橄榄体、下丘脑、背侧丘脑、后结节、端脑和嗅球中均有发现。重要的是,尽管存在一些物种差异,但这些关键血清素受体基因的表达谱通常与其哺乳动物同源基因的表达谱相似。与此一致的是,在斑马鱼脑切片中检测到放射性标记的5-HT1A激动剂[3H]8-OH-DPAT的结合,在下丘脑、视顶盖和端脑中观察到相似的密度值,与相同方案下小鼠脑中的密度值相似。到目前为止,尚无关于其他斑马鱼血清素受体基因表达谱以及斑马鱼血清素受体与血清素和血清能药物结合亲和力的数据。尽管如此,最近关于斑马鱼的各种血清素配体的研究报告了强而特异性的反应,这些反应类似于在哺乳动物中观察到的反应,这表明血清素受体在各物种间具有足够的结构和功能相似性。

利用斑马鱼试验日益增强的效用作为强大的体内药物筛选平台,我们最近测试了一系列具有2,4-或3,4-二甲氧基取代的苯乙胺和N-苯甲基的苯环正交位置上具有-OCF3-F、-Br和-Cl取代的10种新型N-苄基-2-苯基乙胺(NBPEAs)。通过测试其急性行为和神经化学作用,我们以前已经发现了四种有趣的神经活性化合物进行进一步分析(图1),包括两种具有明显益处的(抗焦虑/抗抑郁样)急性行为作用,增加脑内血清素和多巴胺周转率(N-(2-三氟甲氧基苄基)-2-(2,4-二甲氧基)乙基胺,24H-NBOMe(F))和N-(2-三氟甲氧基苄基)-2-(3,4-二甲氧基)乙基胺,34H-NBOMe(F));一种具有焦虑样特征但无明显的神经化学特征(N-(2-氟苄基)-2-(3,4-二甲氧基)乙胺,34H-NBF)的化合物;以及一种行为上无活性的化合物,其神经化学活动与24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)相似,即N-(2-氯苄基)-2-(3,4-二甲氧基)乙基胺(34H-NBCl)。它们能够穿过斑马鱼的血脑屏障进入大脑的能力以及化学合成、化学结构和分析数据已在之前报道过。通常在25X-NBOMe传统命名法中,X(即这里的氢)表示苯乙胺基团上第4位的取代物。然而,由于24H-和34H异构体在该位置上具有甲氧基团,因此它们也可分别被描述为24-和34-NBOMes。在此,我们将特别使用后一种命名法,以更清晰地展示图1。为了强调在苯乙胺部分的苯环上没有引入其他取代基(除两个甲氧基外),我们进一步强调了这一点。

图1 本研究中所测试的四种NBOMes化合物的结构式

鉴于对合成致幻药物使用和滥用的日益担忧,全面了解其体内长期慢性使用情况至关重要。本研究旨在在成年斑马鱼中,对24H-NBOMe(F)、34H-NBOMe(F)、34H-NBF和34H-NBCl进行慢性14天暴露后,对其行为和神经化学特征进行描述,探究中枢神经系统活动并评估这些新型NBOMes作为潜在中枢神经系统治疗方法的潜力。

材料与方法

材料与试剂

NBPEAs的合成与参考文献70类似,使用2,4-二甲氧基苯甲醛(98%)、3,4-二甲氧基苯甲醛(99%)、2-氟苯甲醛(97%)、2-氯苯甲醛(97%)、2-溴苯甲醛(98%)、2-(三氟)甲氧基苯甲醛(96%,Alfa Aesar,德国康德尔)、2-甲氧基苯甲醛(98%)、硝基甲烷(96%)、氢化锂铝(95%)、硼氢化钠(99%,Acros Organics,美国新泽西州费尔劳恩)、冰醋酸(≥99%,俄罗斯GOST 61-75)、盐酸(≥99%,俄罗斯GOST 3118-77)、氯化钠(≥99%,俄罗斯GOST 4233-77)、醋酸铵(≥98.5%,俄罗斯GOST 3117-78)和氢氧化钠(≥99%,俄罗斯GOST 4328-77,Reachem有限公司,莫斯科,俄罗斯)等。溶剂四氢呋喃(99.8%,Tathimprodukt有限公司,俄罗斯喀山)经过标准程序干燥和纯化。甲基氯化物等有机溶剂(≥99%,TU 2631-019-44493179-98)、丙酮(≥99%,TU 2633-018-44493179-98)、丙醇-2(≥99%,TU 2632-181-44493179-14,EKOS-1,莫斯科,俄罗斯)、乙醚(≥99%,TU 2600-001-45286126-11,Medhimprom有限公司,莫斯科,俄罗斯)和甲醇(≥99%,俄罗斯GOST 6995-77,Vekton有限公司,圣彼得堡,俄罗斯)等未经进一步净化即可使用。闪式色谱法使用高纯度级Merck硅胶(9385, 60Å, 230−400目,Merck KGaA, 德国达姆施塔特)进行。

简而言之,24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)由取代苯乙胺和2-(三氟甲氧基)-苯甲醛合成,34H-NBF由取代苯乙胺和2-氟苯甲醛合成,34H-NBCl由取代苯乙胺和2-氯苯甲醛合成。将取代的苯甲醛和CH2Cl2(40 mL)的混合物缓慢加入到取代的苯乙胺和CH2Cl2(40 mL)的混合物中,在0°C下冷却并搅拌4-5小时。通过气相色谱/质谱法(GC-MS)分析反应的完成情况和亚胺的形成。然后去除溶剂,将剩余物质溶解在80 mL纯甲醇中。将NaBH4(0.839 g,22.08 mmol)在1小时内加入溶液中,反应完成后,用20 mL蒸馏水使混合物中和,并蒸发有机相。然后加入3M水溶液氢氧化钠,用CH2Cl2提取产物,用水洗涤并干燥。通过向饱和有5M盐酸的丙烷-2-醇中加入5 mL盐酸,用二乙醚洗涤并干燥,得到盐酸盐。药物通过在高度纯度的Merck硅胶(9385,60Å,230-400目)上进行快速色谱法进行提纯,得到白色粉末盐酸盐。本研究中使用的分析数据已先前报道过。

动物和饲养环境

成年(3-5个月)的、实验上无经验的野生型斑马鱼(雄性:雌性比例为1:1)是从当地经销商(Axolotl有限公司,圣彼得堡,俄罗斯)处获得的。这些动物在标准条件下饲养至少3周,每组10 ~ 15条鱼,在Almazov国家医学研究中心(St. Almazov National Medical Research Center)水生设施的4 L水箱(2.5 ~ 3.75条鱼/L)中饲养。圣彼得堡,俄罗斯)。实验中使用的鱼缸采用了ZebTec Active Blue技术,配备有水处理装置(Tecniplast,美国西切斯特),并加入经过滤的恒温系统水,温度为27±0.5°C,pH值为7.4。饲养室内的照明设置为950-960 lx,由18瓦荧光灯管提供,遵循12/12小时的光暗循环。斑马鱼每天两次投喂小型食物颗粒Neon Micro Granules,适用于体长1-2厘米的鱼(Dajana Pet,捷克共和国博胡诺维奇),符合斑马鱼护理标准。本研究中使用的所有鱼均属于同一基线种群。在实验开始前,鱼至少需要适应两周。实验组饲养在含有0.2mg/L(N-(2-三氟甲氧基苄基)-2-(2,4-二甲氧基苯基)乙胺(24H-NBOMe(F),N-(2-三氟甲氧基苄基)-2-(3,4-二甲氧基苯基)乙胺34H-NBOMe(F),N-(2-氟苄基)-2-(3,4-二甲氧基苯基)乙胺(34H-NBF),或N-(2-氯苄基)-2-(3,4-二甲氧基苯基)乙胺(34-NBCl))的水中,而对照组则饲养在无药物的水中。本研究采用非近交种群选择,基于种群有效性的考虑及其与本研究的关联性。简而言之,虽然遗传控制模型(例如近交斑马鱼品系)是神经遗传学研究更可重复和可靠的体系,但研究中枢神经系统药物活性(如本研究)旨在模拟在“真实”人类遗传学异质性人群中测试药物。因此,使用非近交斑马鱼(如本研究所选用的)被认为是一种更具有人口有效性和转化相关性的方法,用于本研究的目。

本研究实验设计与本处描述的内容,以及数据分析和展示,均遵循了动物研究报告(动物体内实验报告指南)的ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指导方针,以及动物研究和测试规划的PREPARE(动物研究及实验程序规划:卓越建议)指导方针;请参阅伦理确认声明以获取关于研究中动物使用的批准和伦理细节。所有动物均使用随机数生成器(https://www.random.org/)随机分配到实验组。

行为测试

行为测试在治疗的开始后的特定天数进行,在11:00至14:00之间进行。测试前,所有鱼从饲养室运出,至少在测试室适应2小时。然后,每组的鱼单独进行5分钟的陌生水族箱测试(每组n=19-21)。完成行为测试后,鱼被放回各自的缸中。选择陌生水族箱测试是因为它被广泛用作行为测试,能显示出对斑马鱼焦虑和运动改变的敏感性,并且该测试遵循了参考文献52和95中描述的类似协议。该装置由丙烯酸制成的2L矩形水族箱组成,高20厘米,长20厘米,宽5厘米。水族箱内水深达19厘米,分为两个等效的虚拟水平部分,代表水族箱的顶部和底部。水族箱的前侧完全透明,便于在测试过程中观察动物,而后侧和侧面为非透明白色,旨在增强对比度并减少行为记录时的外部视觉线索。使用EthoVision XT11.5软件(Noldus IT,瓦赫宁根,荷兰)分析录制的视频并评估参数,包括平均速度(cm/s)、在水族箱顶部停留的时间(s)和静止不动的时间(s)。平均速度参数反映了类似于啮齿类动物测试的运动活动,而偏好在顶部停留则对应于抗焦虑样行为,在顶部停留时间增加表明焦虑减少。

脑神经化学

由于单胺在NBOMes对中枢神经系统的效应中起着核心作用,我们分析了斑马鱼全脑中去甲肾上腺素(NE)、血清素(5-HT)、多巴胺(DA)及其代谢物5-羟基吲哚乙酸(5-HIAA)、3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)和原儿茶酸(HVA)的浓度。我们还通过HPLC评估了5-HIAA/血清素、DOPAC/HVA和DOPAC/多巴胺比值,分别反映了大脑血清素和多巴胺的周转情况。

第14天,在行为测试后立即将鱼(n=9-11)在冰冷的冰水中安乐死并斩首,在冰上解剖,并储存在液氮中。在分析当天,将脑样本称重并放入每毫克脑组织中含有100ng/mL 3,4-二羟基苯乙胺(DHBA,内标)的0.1M高氯酸溶液(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)的10μL中。样品在半功率设置下超声处理10秒,然后进行离心和通过0.22μm Durapore-PVDF离心滤器(Merck Millipore,比尔里卡,马萨诸塞州,美国)进行过滤。使用CA-5ODS柱和配备碳WE-3 G电极和+650 mV施加电位的HTEC-500色谱仪(Eicom,圣地亚哥,加利福尼亚州,美国)进行HPLC分析,这与以前的研究相似。色谱的流动相由0.1M磷酸盐缓冲液、400mg/L辛基磺酸钠、50mg/L乙二胺四乙酸(EDTA)和17%甲醇组成,并用磷酸调节pH值为4.5(所有试剂均购自Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)。使用各DHBA样本浓度对浓度数据进行标准化处理,并以pg/mg脑组织重量表示。

统计分析与数据处理

本研究采用一般线性模型(GLM)来分析NBPEA治疗期间观察到的动态行为变化。GLM是一种回归方法的概括,它允许变量具有除正态分布以外的其他分布,因此适用于非正态数据分析。根据最低AIC分数,为每个模型选择了GLM分布和链接函数。对于总距离(厘米)、持续时间(秒)和条目数(n),最合适的选择是具有“identity”链接的高斯分布。选择逆高斯分布(逆平方链接)来分析冻结持续时间。为了分析日、组(治疗)和日×组交互作用的影响,我们对GLM拟合进行了Wald chi-square (χ2)检验(II型方差分析)(表1)。为了检查药物对测试日行为的影响,我们还对显著的GLM/Wald数据进行了事后成对比较,并使用邓氏p值调整进行多次比较(表S3和S4)。使用Kruskal-Wallis (KW)检验对单胺及其代谢产物的HPLC数据进行分析,然后对显著的KW数据进行后验邓氏检验进行成对比较(表S5)。使用ggplot2 R包版本3.4.2(https://ggplot2.tidyverse.org)构建图表。

神经精神药物活性的计算机评估

使用PASS(物质活性谱预测)软件2022版对所研究化合物的神经心理效应和相关的分子作用机制进行预测。PASS-2022根据化合物的结构式预测出超过8000种药理效应和作用机制,并基于包括超过160万个具有已知生物活性的结构在内的训练集进行预测。PASS数据库使用多级原子邻域(MNA)描述符来表示分子结构,并使用贝叶斯算法揭示结构-活性关系。通过留一法交叉验证计算的预测平均准确度(AUC)为0.93。预测结果是一系列生物活性列表,包括其具有活性的概率(Pa)和不具有活性的概率(Pi)。Pa值越高,Pi值越低,则实验研究中证实预测生物活性的可能性越大。使用PharmaExpert软件对预测结果进行分析,该软件包含超过15000种已知的机制-效应关系(表S1)。

结果

神经行为学检测

药物对斑马鱼焦虑样行为和运动有显著影响。使用Wald卡方检验对广义线性模型(GLM)进行分析,发现药物对斑马鱼在新型水族箱测试(NTT)中在顶部区域停留的时间、静止不动的持续时间以及总旅行距离有显著影响(p < 0.05;表1)。此外,总距离和顶部条目数均显示出明显的日效应,在所有终点处均无显著的日×组交互作用效应(p > 0.05;表1),这表明药物的行为学效应随时间相对稳定。本研究的补充数据也以表格形式呈现于补充表S1-S5中。

表1 使用第1、3和14天,治疗组(对照,34H-NBCl, 34H-NBF, 24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)),以及它们的交互效应作为预测因子,通过广义线性模型的Wald卡方检验计算出影响斑马鱼在新型水箱测试(NTT)中行为的显著因素

为了评估药物处理对新型鱼缸测试中斑马鱼行为的总体影响,我们计算了日因素水平的平均估计边际均值,并使用邓奈特检验对药物处理组与对照组进行了事后比较(图2和表S3及S4)。总体而言,暴露于24H-NBOMe(F)的鱼类在测试期间明显有更多的时间停留在鱼缸顶部(p < 0.001),而接受34H-NBOMe(F)治疗的鱼类在测试期间明显有更少的时间处于静止状态(p < 0.05)。相比之下,事后比较并未发现任何治疗组与对照组在总游动距离和顶部进入次数方面的显著差异。

图2 在治疗第1、3和14天的成年斑马鱼新水箱试验中,4种被测试的NBOMe药物的行为效应

神经化学效应

高效液相色谱(HPLC)分析显示,药物对脑内去甲肾上腺素、多巴胺和血清素水平有显著影响(KW检验,p < 0.05;表S5),事后Dunn检验显示,在24H-NBOMe(F)、34H-NBOMe(F)和34H-NBF组中,所有三种单胺水平均显著降低(p < 0.05 vs对照组)(图3和表S5)。三氟甲氧基取代的NBPEA效果最强,24H-NBOMe(F)使所有三种单胺水平降低10倍以上(与对照组相比,p < 0.001,Dunn氏检验)。有趣的是,34H-NBCl仅降低去甲肾上腺素水平(与对照组相比,p < 0.05,Dunn氏检验),而不影响多巴胺或血清素水平(p > 0.05,NS)。同样,24H-NBOMe(F)、34H-NBOMe(F)和34H-NBF也显著增加了脑内血清素的周转率,以血清素代谢物(5-羟基吲哚乙酸,5-HIAA)与血清素的比例来衡量(p < 0.05),而24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)也增加了多巴胺周转率,这反映在改变的3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)和均苯乙酸(HVA)与多巴胺的比例(图4)。然而,这些药物均未直接影响单胺代谢物DOPAC、HVA和5-HIAA(p > 0.05,KW检验;图3和表S5)。

图3 NBOMes对斑马鱼大脑单胺类及其代谢产物的影响,通过HPLC评估

 

4 4个被研究的NBOMes对斑马鱼脑单胺转换率的影响

为了补充体内四种NBOMes的行为和神经化学分析,我们还使用PASS Online 2022版本进行了体内活动的计算机模拟估计。该版本包含5000多种药物和作用机制的数据,预测了479种精神活性,预测准确率较高(Pa = 0.96;表S1)。对于34H-NBF和34H-NBCl,数据库预测具有抗应激/抗神经症(Pa = 0.601,Pi = 0.034和Pa = 0.610,Pi = 0.032)的活性;对于24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F),PharmaExpert软件评估的抗神经源性疼痛(Pa = 0.573,Pi = 0.009和Pa = 0.597,Pi = 0.008)。(见表2)。

表2 本研究中所测试的四种NBOMe化合物所预测的选定生物活性

讨论

据我们所知,这是首次利用斑马鱼进行新型NBPEA慢性效应的体内精神药理学筛查研究。我们研究了先前被认为具有潜在神经活性的四种化合物,如34H-NBF、34H-NBCl、24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F),我们发现24H-NBOMe(F)具有显著的抗焦虑样效应,而34H-NBOMe(F)的效应较弱,同时伴随着大脑单胺水平明显改变。虽然24H-NBOMe(F)、34H-NBOMe(F)和34H-NBF显著增加了大脑中血清素的周转率,但24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)也增加了多巴胺的周转率,而不会影响单胺代谢物DOPAC、HVA和5-HIAA的水平(图3和图4)。

一般来说,尽管一些非苯二氮卓类镇静催眠药物显示出潜在的药用特性,包括治疗精神障碍,但某些位置异构体的生物效应(如苯环正交位置除甲氧基以外的其他取代基)仍知之甚少。最近,25H-NBOMe和25H-NBF的位置异构体(包括本研究中使用的34H-NBF)在体外被证明具有激活5-HT2A受体的能力。有趣的是,苯乙胺基团中两个甲氧基的不同定位会影响这些药物在转染了人5-HT2A受体的293T细胞中招募βarr2和miniGαq的能力。此外,对于25H-NBOMe和25H-NBF异构体而言,与3,4-取代的异构体相比,具有2,4-甲氧基取代基的化合物在激活人5-HT2A受体方面显示出更高的活力和效率,这共同表明了NBPEA活性中2-甲氧基取代基的关键作用。相反,与它们的-NBOMe对应物相比,-NBF化合物的活性较低,这支持了2-取代基苯乙基环中的氧原子作为5-HT2受体亲和力的关键决定因素的作用。一方面,正交位置具有极性甲氧基或羟基的化合物可能表现出增强的神经营养活性,而各种位置的25H-NBOMe异构体也显示出对人类5-HT2A受体的高亲和力。在各种NBPEA衍生物中,根据在转染了相应蛋白质的人胚胎肾(HEK)293T细胞中招募βarr2和miniGαq的能力评估,24H-NBOMe是最有效的5-HT2A受体配体。虽然34H-NBOMe的效力较低,但与该受体的结合相对有效,而25H-NBF与经典致幻药(如LSD)和25H-NBF相比具有较高的亲和力但效率较低。

由于长期服用24H-NBOMe(F)的成年斑马鱼表现出强烈的类似抗焦虑行为,减少了在新型水族箱测试中的停留时间,因此,尽管34H-NBOMe(F)在本研究中同样具有抗焦虑作用,但其效果较弱,仅能减少斑马鱼的静止行为(图2)。这些药物长期暴露的行为影响通常与24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F)的急性行为影响一致,其中24H-NBOMe(F)在5mg/L浓度下具有抗焦虑作用,而34H-NBOMe(F)在20mg/L浓度下则无此作用。虽然在急性和慢性研究中均观察到34H-NBCl的行为不活跃(图2),但与本文报道的慢性作用不同,急性34H-NBF具有轻度焦虑作用。同样地,急性暴露于24H-NBOMe(F)、34H-NBOMe(F)和34H-NBCl中,但并非34-NBF中,会提高5-HIAA/serotonin和DOPAC/多巴胺的比例,表明这两种主要的脑单胺周转率有所上升。然而,慢性治疗中,所有四种药物均降低了去甲肾上腺素水平,除了34H-NBCl外,还降低了多巴胺和血清素水平,但并未改变其各自的代谢物(图3和图4)。同时,这些化合物(除34H-NBCl外)增加了血清素周转率,而两种NBOMe(F)化合物(24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F))也增加了多巴胺周转率,这与之前急性给药时该组化合物对单胺代谢的影响非常相似。由于许多研究显示在啮齿类动物中反复服用NBOMe类药物后行为和神经递质释放会产生耐受性,而我们在斑马鱼中的发现似乎与此相矛盾,这表明化合物在整个暴露期内的效果相对稳定(无显著的治疗×天数相互作用效应),这可能是由于物种或化合物之间的差异所致

总体而言,降低单胺水平和提高其周转率的潜力为24H-NBOMe(F)> 34H-NBOMe(F)> 34H-NBF > 34H-NBCl(图3和图4)。这些发现进一步证实了NBOMe(F)化合物在斑马鱼脑中增加单胺周转的显著能力,这需要在其他模型系统中进行更深入的研究。有趣的是,例如,NBOMe衍生物对神经化学的影响与谷氨酸能神经传递的增加有关,这又与5-HT2a受体超活化有关。尽管尚不清楚斑马鱼中是否存在这样的调节环路,但斑马鱼血清素和谷氨酸信号之间的重叠已被注意到。因此,通过评估谷氨酸能神经传递(如细胞外谷氨酸水平)进一步研究NBPEAs对斑马鱼的神经化学作用可能是有希望的。

总之,在斑马鱼中测试四种新型NBPEA(34H-NBF、34H-NBCl、24H-NBOMe(F)和34H-NBOMe(F))的慢性中枢神经系统影响,为这些最近合成的NBPEA在体内行为、神经化学和药理作用提供了有价值的见解,支持其中一些化合物作为潜在的抗应激剂。我们的发现也证实了斑马鱼作为小型精神活性分子临床前筛查的有前途的模型的巨大潜力。

原文地址:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschemneuro.4c00017?fig=agr1&ref=pdf

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苏州木芮生物科技有限公司(以下简称“木芮生物”)成立于2018年1月22日,是一家致力于以斑马鱼为模式生物提供生物医学基础科研服务、斑马鱼实验操作试剂盒、斑马鱼临床疾病模型、其他生物学实验试剂以及进行斑马鱼应用技术转化的高科技公司。
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