中缝正中核的功能研究进展

韩晓蒙，洪浩，唐苏苏

(中国药科大学药学院药理系，江苏 南京 211198)

中缝核位于脑干中线，贯穿中脑、脑桥和髓质，在显微镜神经解剖学早期就已经被发现。位于中缝核的一些核团，例如尾线性核(caudal linear nucleus,CLi)、中缝背核(dorsal raphe nucleus,DRN)和中缝正中核(median raphe nucleus,MRN)等，都具有延伸至前脑结构的投射[1]。其中，DRN由于其神经纤维投射脑区较多而得到了广泛的研究，其他中缝核脑区则相对被研究者所忽略。然而，有大量证据表明MRN同样具有细胞异质性以及广泛的传入和传出纤维，可能在情绪、记忆、摄食和睡眠等功能上起到重要调控作用。本文围绕近年来对MRN的功能研究进展进行综述，以期为后续研究提供参考。

1 MRN的解剖组织结构及主要纤维投射

MRN位于中脑下端和脑桥上端的中缝上，居内侧纵束的腹侧，隔结合臂交叉与中缝背核相邻，这里神经元体积中等偏小，排列密集[2]。从神经化学角度来看，MRN存在多种递质类型的神经元，其中表达γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的占37.2%，单独表达谷氨酸(glutamate,Glu)或5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)的分别占比26%和8.5%，共表达Glu和5-HT的占比12.8%[3]；除此之外，黑色素浓集激素(melanin-concentrating hormone,MCH)、食欲素(orexins)等神经肽在此处同样有较为丰富地表达[4-5]。MRN涉及神经环路复杂，主要接受来自下丘脑背侧和外侧，以及未定带(zona incerta,ZI)、中脑导水管周围灰质(periaqueductal gray,PAG)等脑干区域的投射，此外还有少量投射来自前额叶皮层(prefrontal cortex,PFC)的前扣带回和边缘前区；其下游脑区主要位于中脑和前脑，它对隔核-海马(septum-hippocampus)系统的调控作用也有报道[6-7]。

2 MRN的功能调节

2.1 情绪 抑郁症是一种严重的心理疾病，常见症状为快感缺失、社交回避和行为绝望，通常还会伴随着严重的焦虑症状，导致患者本身承受大量痛苦[8]。5-HT功能的下降与抑郁症形成密切相关。而海马(hippocampus,HIP)等与抑郁密切相关的脑区都接收到大量来自MRN的5-HT能神经元投射[7]，提示MRN的活性变化可能与抑郁症的进展密切相关。

21世纪之前的研究者们通过电解损伤或电刺激激活技术、药理学干预等手段，发现MRN核团的激活程度与啮齿动物焦虑程度呈现正相关[9]，近年来研究者们通过新的技术手段进一步探究MRN与焦虑的关系。Teissier等[10]发现，通过化学遗传分别激活和抑制MRN的5-HT能神经元，可相应地加重或减轻小鼠的焦虑症状，这一表现与干预DRN 5-HT神经元所起效应相反，Ohmura等[11]在探究MRN与焦虑相关的环路机制时，通过光遗传手段再次印证了此结果。在MRN，绝大多数5-HT神经元同时还表达Glu神经元标记物vGluT2，其兴奋性神经元在获得负面体验时被激活，并将信息传递到脑内厌恶中枢——隔核-海马系统，完成中转厌恶信息的作用[12]。Szonyi等[13]详细描述了MRN在脑内厌恶系统的上下游联系，通过分子生物学和光遗传手段验证了MRN兴奋性神经元激活与厌恶情绪之间的充分必要关系，并且进一步证明激活这些神经元可诱导小鼠出现攻击和抑郁样行为。然而，目前临床上广泛使用的药物选择性5-HT再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitor,SSRIs)，其作用机理是增加5-HT在突触间隙的停留时间，强化5-HT系统的作用，从而起到抗抑郁、抗焦虑等作用[14]。上述研究结果并没有与临床应用相一致，这似乎在提醒研究者们MRN在负面情绪方面的作用并不是单一的。Deakin[15]根据一系列基于5-HT功能的动物模型研究，推测重度抑郁症患者MRN活动不足，对HIP抑制作用降低，导致其过度活跃[15]。Johnston等[16]采用功能磁共振成像技术分析重度抑郁症患者脑区活动情况，验证了上述推测，并且进一步证明HIP过度活跃程度与抑郁症状严重程度呈正相关。

出现上述不同结果可能有多种原因。MRN分布着多种亚型的5-HT受体，这些受体的功能不尽相同。其中，5-HT 1A自受体位于5-HT神经元的胞体和树突上，激活它能使细胞膜电位出现超极化，抑制自身活动从而降低投射区细胞外5-HT水平，引发焦虑和抑郁等症状[17]；而当位于突触后膜的5-HT 1A受体被激活时，则会使小鼠在焦虑和抑郁方面的症状均有所减轻[18]。更复杂的是，还有一些位于突触后膜的5-HT受体会加重小鼠的焦虑症状，例如5-HT 2A和2C受体[11，19]。直接激活或抑制MRN会导致 5-HT系统的多种受体同时被干预，因此，不同实验条件下小鼠的表现可能会大不相同。为避免这一情况，部分临床上使用的抗抑郁药物可直接针对某一种或几种亚型的5-HT受体[20]，例如米氮平可非选择性拮抗5-HT 2型和3型受体，米安色林选择性拮抗5-HT 2型受体，而新型抗抑郁药物阿戈美拉汀只对5-HT 2C受体产生拮抗作用，具有更强的选择性，有效减少了可能产生的副作用[21]。

2.2 记忆 MRN可以通过调节杏仁核(amygdala,Amy)、HIP和PFC等脑区部分神经元活性，直接或间接参与记忆的形成以及提取过程[22]。早在1985年，Wirtshafter等[23]电解损伤大鼠的MRN，通过T迷宫实验观察到其空间工作记忆受损，初步猜测该结果可能与这里的5-HT神经元受损有关；Warburton等[24]在MRN注射5-HT 1A受体激动剂8-OH-DPAT，发现可以增强大鼠的空间工作记忆，证实了上述猜测。另外，Bernedo等[25]对患有阿尔茨海默病(alzheimer disease,AD)的狗进行了详细研究，发现其DRN和MRN的5-HT神经元数量相比于记忆正常的狗来说有明显减少。上述报道证明了MRN 5-HT神经元功能下降与记忆受损之间的充分必要关系，然而，还有一些报道得到的结果与上述结论并不相同。

促皮质素释放因子(corticotropin releasing factor，CRF)是一种由41个氨基酸组成的神经肽，在创伤后应激综合征(post-traumatic stress syndrome,PTSD)患者脑脊液中表达含量较多[26]。MRN中存在着CRF受体，同时又有证据表明CRF可能与5-HT神经元之间存在着某种联系[27]。Ohmura等[28]在大鼠MRN注射CRF，激活5-HT神经元上的CRF 2型受体，减弱MRN对腹侧海马(vHIP)5-HT能的输入，大鼠在情景恐惧条件反射实验中的凝滞时间(freezing time)增加，说明大鼠的恐惧记忆提取得到了强化。海马CA1所产生的波纹活动与记忆巩固相关，Wang等[29]发现MRN神经元直接影响背侧CA1的波纹活动，采用光遗传技术分别激活和抑制MRN神经元，会导致CA1波纹活动的减弱和增强，直接激活MRN神经元会干扰小鼠条件恐惧记忆的巩固阶段。综合上述报道可以发现，MRN对HIP不同位置的投射能调控条件恐惧记忆的不同阶段，并且5-HT功能增加会导致条件恐惧记忆受损。

上述报道提到激活MRN对HIP的5-HT能输入会干扰条件恐惧记忆，然而Balazsfi等[22]在情景恐惧条件反射实验中光遗传激活MRN，导致内侧前额叶皮层(mPFC)、Amy、导水管周围灰质(PAG)以及下丘脑室旁核(PVN)等脑区c-fos表达增加，强化了小鼠的长期恐惧记忆。记忆是大脑的一种高级动能，完整的记忆需要经过编码、巩固和提取3个阶段，每个阶段都由多个脑区协同调控，而不同脑区在记忆过程中所产生的效应并不相同[30]。产生上述矛盾结果的原因可能是MRN 5-HT能神经元投射到多个脑区，其下游脑区分别产生不同作用，导致结果不一。

在抗AD药物研发方面，临床前研究表明抑制5-HT 6型受体可通过增加胆碱能神经元活性来改善模型动物的认知能力，根据此机理研发的5-HT 6型受体抑制剂Idalopirdine，在临床Ⅱ期试验中发现其能够与胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐产生协同作用，显著改善AD患者的认知功能[31]。然而Ⅲ期临床试验并未重现临床Ⅱ期的阳性结果，多家药企均终止了相关试验[32]。这表明5-HT系统在记忆功能中起到的作用仍未被阐明，需进行更深层次的研究来为新药研发提供新的思路。

2.3 睡眠 MRN的5-HT能神经元在睡眠中的作用一直是有争议的。色氨酸羟化酶-2(tryptophan hydroxylase-2,TPH2)是5-HT合成的限速酶，早期的报道显示，切除中缝核或腹腔注射TPH抑制剂均可以导致睡眠减少[33-34]，这些结果支持5-HT神经元起到促进睡眠的作用。然而同样有报道支持5-HT神经元促进觉醒，例如大多数中缝核的5-HT神经元在睡眠阶段的快速动眼期(rapid eye movement,REM)保持沉默，非快速动眼期(non-rapid eye movement,NREM)活跃水平较低，而在清醒状态下是活跃的[35]。近年来，即使研究神经科学的技术飞速发展，但研究者们仍未就5-HT在睡眠中的作用达成共识。Oikonomou等[36]在TPH2敲除的斑马鱼和破坏中缝核的野生型斑马鱼中均观察到其睡眠稳态受到破坏，光遗传激活正常斑马鱼的中缝核5-HT神经元则会促进睡眠，上述结果在小鼠中同样的到了印证。而Murray等[37]发现破坏中缝核5-HT神经元，会使小鼠在环境温度较低的情况下发生失眠，在温暖的环境下不会导致失眠。由于哺乳动物自身产热离不开5-HT神经元，因此他们认为破坏中缝核5-HT神经元所导致的失眠是寒冷环境下体温过低所致，并不是因为直接促进小鼠觉醒。

除5-HT外，MRN还含有其他与睡眠相关的物质。起源于后外侧下丘脑和 ZI 的 MCH 与睡眠密切相关，作用于MRN的5-HT 和 GABA 神经元降低这些神经元的放电频率，在 MRN 注射 MCH 可促进 REM[38]。食欲素能神经元起源于外侧下丘脑，投射到包括MRN的若干个脑区，食欲素不足会导致小鼠突然进入睡眠，并伴随着REM的延长[39]。Hsiao等[40]发现对小鼠进行不可避免的足底电击(IFS)诱导失眠后，食欲素表达增加[4]，在MRN注射食欲素拮抗剂TCS-1102则会增加小鼠的REM，减少IFS引发的失眠。另外，直接在MRN注射食欲素可引起类似的失眠症状，而通过微透析可以发现在MRN注射食欲素B会引起细胞外5-HT的少量增加[4]，这表明MRN的食欲素可能与5-HT协同调控睡眠。近年来，陆续有通过调控食欲素系统来治疗失眠的药物进入临床试验或上市。由默克公司研发的舒伐宁(suvorexant)是世界上首个治疗失眠症的食欲素受体拮抗剂药物，在2014年的临床Ⅲ期试验中展现了显著优于安慰剂的治疗效果，并且耐受性良好，于同年在美国上市[41]。卫材公司研发的莱博雷生(lemborexant)则是另一款同种类抗失眠药物，分别于2019年和2020年在美国和日本上市[42]。上述两种药物的接连上市展现了食欲素系统在治疗失眠症方向上的光明前景。

2.4 成瘾 成瘾是一类症状的总称，包括药物成瘾、尼古丁成瘾、酒精成瘾等，它们的共同点是在形成过程中发生正强化，导致成瘾行为不断重复并成为习惯，最终具有了强迫性[43]。关于MRN在成瘾方面的报道主要集中在了尼古丁成瘾和酒精成瘾。有报道称酒精和尼古丁均会影响5-HT系统的功能，Jang等[44]在此基础上，进一步研究发现酒精和尼古丁会导致青春期大鼠脑内TPH2生成减少，进而降低5-HT系统的功能，而通过在MRN注射5-HT 1A受体激动剂或GABA受体激动剂均可以导致大鼠的自愿饮酒行为或引发与尼古丁相关的焦虑样表现[45-46]，这表明抑制MRN神经元会导致大鼠成瘾症状，从而双向验证了MRN 5-HT系统与成瘾之间的关系。然而，同样有报道表明成年酗酒者的MRN中TPH2的mRNA和蛋白水平更高[47]，可能是因为成年期相对于青春期来说，5-HT系统更不容易受到酒精等因素的影响，机体对被酗酒行为产生的损伤产生了一定的代偿作用。

通过某些途径间接干预MRN的5-HT系统同样可以引发成瘾症状，还可避免直接干预所产生的其他影响。CRF受体和GABA受体均可影响5-HT神经元活性，阻断MRN的CRF受体可抑制大鼠酒瘾发作引起的焦虑症状，同时这里的GABAA受体还参与了强化成瘾过程。使用CRF和巴氯酚分别激活MRN的CRF受体和GABAA受体，均可导致大鼠的酒精寻求行为[46，48]。此外，在环路水平上，MRN与脚间核(interpeduncular nucleus，IP)形成GABA能的双向投射，而IP与其主要输入脑区内侧缰核(medial habenula，MHb)是尼古丁成瘾的重要参与者，因此MRN可能通过调节IP活性，参与调控尼古丁成瘾症状[49]。

此外，MRN在药物成瘾方面还有少量报道。可卡因可拮抗5-HT转运体(serotonin transporter,SERT)，抑制5-HT再摄取，使人产生欣快感，进而出现正强化导致成瘾作用。DRN和MRN的5-HT神经元在可卡因引起的异常行为模式上起到不同作用，分别敲减DRN和MRN的SERT，可对应的导致小鼠长期(6 h)和短期(1 h)内的可卡因摄入增加[50-51]。

2.5 其他 MRN神经元种类众多，递质表型复杂，这也决定了其功能的多样性。除上述主要功能外，还有以下功能被报道：①摄食，大鼠处于饥饿状态时，MRN的c-fos表达增加，饱腹后表达减少，表明MRN神经元可能参与了调控进食的环路[52-53]。在MRN激活GABA受体使伏隔核和纹状体多巴胺代谢大幅增加，拮抗α1-肾上腺素受体增加了食欲素能神经元的活性，上述两种干预均可导致大鼠进食增加[54-55]；②癫痫，5-HT神经元可抑制边缘系统的异常放电，减轻癫痫发作的外显症状，MRN注射5,7-二羟色胺(5,7-DHT)选择性破坏5-HT神经元可引发大鼠癫痫症状[56]；③运动，MRN与基底神经节和小脑等与运动功能相关的脑区存在双向调节，目前有基于调节5-HT系统的治疗帕金森综合征等运动功能障碍的药物正在研发中[57]；④一些基本生命活动，包括呼吸、水稳态、体温维持和昼夜节律等[58-61]。

3 展望

MRN神经元在解剖学、神经化学和电生理上明显的异质性，使其较早就汇集了大量研究者的目光。由于早期研究技术条件的限制，对其投射、功能等的探究较肤浅。如今，过去研究常用的形态学、行为学以及功能成像技术都有了快速发展，而膜片钳、在体电生理以及多种遗传学等新技术的出现使得研究者们更加精准、详细地研究各脑区的作用机制。关于MRN还有许多未解之谜，笔者认为今后对其研究将主要集中在以下几个方面：①与MRN相关的神经环路，包括上下游不同脑区、不同递质投射的功能以及病理条件下这些环路突触可塑性的变化情况；②MRN的功能与多种调质、激素等物质相关，然而目前仅有少数几种得到了深入研究，例如食欲素、催产素等物质已被证明在其他脑区所调控的多种功能中起重要作用，因此在MRN对其进行深入研究同样具有重要意义；③MRN是调控行为、情绪和体内稳态等功能的一个重要脑区，目前对于它的研究还远远不够透彻，因此可能还有其他未知功能等待人们去阐明。