多巴胺和血清素通过激活5-HT1B受体来共同调节纹状体-黑质突触活动

《SCIENCE ADVANCES》：Dopamine and serotonin cotransmission filters striatonigral synaptic activity via 5-HT1B receptor activation

多巴胺（DA）通过抑制5-羟色胺（5-HT）再摄取，增加突触间隙5-HT水平，激活D1-MSN轴突的5-HT1B受体，从而频率依赖性抑制GABA释放，影响基底神经节输出功能，为帕金森病治疗提供新机制。

　　在本研究中，我们探讨了多巴胺（DA）在黑质网状部（SNr）中对GABA释放的调控机制。SNr作为基底神经节的重要输出核团，其活动对运动控制和行为调节至关重要。研究表明，DA通常被认为通过局部释放来影响SNr的神经活动，然而其具体机制仍未完全明确。通过一系列实验，我们发现DA对D1型中型多棘神经元（D1-MSN）的GABA释放具有频率依赖性抑制作用，并且这一效应与DA受体无关，而是依赖于5-HT1B受体的激活。这些发现为理解DA在基底神经节输出调控中的作用提供了新的视角，并为治疗帕金森病和其他与多巴胺相关的疾病提供了潜在的机制依据。

### 多巴胺对D1-MSN的抑制作用不依赖于多巴胺受体

我们首先通过研究D1-MSN突触的前突触光学记录，发现DA能够抑制GABA释放。具体而言，使用FM1-43这一荧光染料来标记回收囊泡，并通过双光子显微镜对突触融合过程进行实时监测。结果显示，在低频率的电刺激下，DA显著降低了FM1-43的荧光衰减速率，从而抑制了GABA的释放。然而，这种抑制作用在高频率刺激下被克服，表明其作用具有频率依赖性。进一步的实验表明，即使在DA受体拮抗剂存在的情况下，DA仍然能够抑制GABA释放，这表明该效应并非直接由DA受体介导。

此外，我们还发现，在遗传性D1受体缺失的Drd1a-/-小鼠中，DA对GABA释放的抑制作用依然存在。这进一步表明，DA的这一调控作用并不依赖于D1受体的激活。相反，我们通过一系列药理学和遗传学实验，发现DA的作用可能涉及5-HT1B受体的激活。在5-HT1B受体拮抗剂NAS-181存在的情况下，DA对GABA释放的抑制作用被显著削弱，从而支持了5-HT1B受体在DA调控中的关键作用。

### 多巴胺通过调节5-HT1B受体来抑制GABA释放

为了进一步验证DA通过5-HT1B受体对GABA释放的调控，我们进行了多种实验。首先，我们使用了两个光遗传学和膜片钳电生理学相结合的方法，对SNr神经元进行了研究。结果显示，DA能够显著减少D1-MSN的GABA释放，而这一效应在5-HT1B受体拮抗剂存在时被阻断。此外，通过研究5-HT1B受体激活对突触Ca2?流入的调控，我们发现DA对Ca2?流入的抑制作用同样具有频率依赖性。这种抑制作用在低频率刺激下显著，而在高频率刺激下则不明显，这与5-HT1B受体调控突触活动的特性一致。

我们还通过在体外和体内实验中使用g5HT3.0这一选择性5-HT传感器，发现DA能够显著增加SNr中的5-HT水平。通过比较DA与5-HT对GABA释放的调控作用，我们发现DA的抑制效应与5-HT的作用机制相似。这表明，DA可能通过影响5-HT的释放和再摄取，间接调控GABA的释放。

### 多巴胺促进5-HT释放的机制

为了探究DA如何促进5-HT的释放，我们分析了其对5-HT再摄取转运体（SERT）的影响。通过使用选择性SERT抑制剂citalopram，我们发现citalopram能够显著增加5-HT的释放，而DA的效应在citalopram存在时被减弱。这表明，DA可能通过抑制SERT来增加5-HT的外周浓度，从而影响其释放。然而，进一步的实验显示，DA的这一效应并不完全依赖于SERT，而是可能涉及其他机制，如促进5-HT从囊泡中释放或干扰其再摄取。

我们还发现，DA对5-HT的促进作用在不同区域的实验中存在差异。例如，在小脑切片中，DA对5-HT释放没有显著影响，这可能与小脑中缺乏SERT有关。这些结果支持了DA通过SERT依赖机制增加5-HT外周浓度的假设，但同时也提示了可能存在其他非SERT依赖的途径。

### 多巴胺和5-HT在基底神经节中的协同作用

DA和5-HT在基底神经节中的协同作用对行为调节至关重要。我们发现，DA能够通过激活5-HT1B受体来抑制D1-MSN的GABA释放，从而影响SNr的活动模式。这种频率依赖的抑制作用可能在选择特定运动行为中起到关键作用。例如，在低频率刺激下，DA抑制GABA释放，而在高频率刺激下，这一效应被克服，从而允许SNr的活动模式在不同频率下发生改变。

此外，DA对5-HT的调控作用可能与帕金森病的治疗相关。在帕金森病模型中，DA神经元的退化导致SNr中5-HT的调控作用受损，从而影响D1-MSN的GABA释放，进而导致运动障碍。我们的研究结果表明，DA通过5-HT1B受体对GABA释放的调控可能在帕金森病的治疗中起到重要作用，尤其是在使用多巴胺前体如左旋多巴时，其对运动症状的改善可能与5-HT的调控有关。

### 多巴胺对SNr中GABA释放的频率依赖性调控

在研究DA对SNr中GABA释放的调控时，我们发现其作用具有频率依赖性。在低频率刺激下，DA显著抑制了GABA的释放，而在高频率刺激下，这一抑制作用被克服。这一发现表明，DA可能通过频率敏感的机制调控SNr中的GABA释放，从而影响神经元的活动模式。这一机制可能与基底神经节中频率依赖的信号过滤有关，即通过选择性抑制低频率的GABA释放，DA可能促进了高频率活动的传递，从而支持特定的运动行为。

我们还发现，DA对5-HT释放的促进作用在体外和体内均具有相似的机制。通过使用g5HT3.0这一传感器，我们能够实时监测SNr中5-HT的浓度变化。结果显示，DA能够显著增加5-HT的外周浓度，这一效应在SERT抑制剂存在时被减弱，表明DA通过抑制SERT来促进5-HT的释放。此外，我们还发现，DA对5-HT释放的促进作用在不同频率下表现出不同的效果，这进一步支持了其频率依赖的调控机制。

### 多巴胺对5-HT释放的调控与运动行为的关系

DA对5-HT释放的调控可能对运动行为的形成和调控起到关键作用。在低频率刺激下，DA通过抑制5-HT的再摄取，增加了其外周浓度，从而抑制了D1-MSN的GABA释放。这一效应可能在运动行为的选择中起到关键作用，即通过频率敏感的机制，DA能够调节SNr中的神经活动模式，从而支持特定的运动行为。

此外，DA对5-HT释放的促进作用可能与某些神经精神疾病的治疗有关。例如，在帕金森病中，DA的减少可能导致5-HT调控的异常，从而影响D1-MSN的GABA释放，进而导致运动障碍。在这些情况下，通过恢复DA的水平，可能有助于改善5-HT的调控，从而缓解症状。此外，DA对5-HT的调控也可能影响某些心理兴奋剂相关的疾病，如抑郁症和焦虑症。

### 实验方法与数据分析

为了验证上述发现，我们采用了多种实验方法。首先，我们通过双光子显微镜和FM1-43染色，对D1-MSN突触的前突触活动进行了研究。随后，我们使用膜片钳技术记录了SNr神经元的GABA电流，并通过光遗传学手段诱导DA的释放，从而观察其对GABA释放的影响。此外，我们还使用了g5HT3.0这一选择性5-HT传感器，以监测DA对5-HT释放的调控。

在数据分析方面，我们采用了多种统计方法，包括t检验、方差分析（ANOVA）和配对t检验。这些方法帮助我们区分了不同处理条件下的效应，并确保了结果的可靠性。通过这些实验，我们不仅确认了DA对GABA释放的抑制作用，还发现了其与5-HT之间的协同调控机制。

### 未来研究方向

尽管我们已经取得了一些重要发现，但仍有一些问题需要进一步研究。例如，DA如何通过不同的机制（如促进5-HT释放或抑制其再摄取）来调控GABA释放，这一问题仍有待深入探讨。此外，DA对其他神经递质如去甲肾上腺素的影响也需要进一步研究，以全面了解其在基底神经节中的作用。

此外，DA对SNr中不同频率活动的调控可能在不同行为模式中具有不同的作用。例如，在某些行为中，DA可能通过抑制低频率活动来促进高频率活动的传递，从而支持特定的运动行为。这些频率依赖的调控机制可能在神经疾病的治疗中具有重要意义。

总之，我们的研究揭示了DA在SNr中通过5-HT1B受体对GABA释放的调控作用，这一发现不仅加深了我们对基底神经节功能的理解，也为相关疾病的治疗提供了新的思路。未来的研究需要进一步探索DA与5-HT之间的相互作用，以及其在不同神经活动模式中的具体机制。