在低体温动物模型中血清素转运蛋白（SERT）以及5-HTR1A和5-HTR2A受体的表达

《Neuroscience Letters》：Expression of serotonin transporter (SERT) and receptors 5-HTR1A and 5-HTR2A in an animal model of hypothermia

血清素转运体(SERT)及5-HT1A/2A受体在脑干raphe核、下丘脑和腹侧被盖区(VRN)的表达上调，免疫荧光证实DRN和ACC蛋白水平升高，支持血清素系统通过DRN-ACC轴调控体温的假说。

　　本研究探讨了前下丘脑和视前区在体温调节中的作用，并通过实验模型分析了这些区域中与血清素系统相关的分子表达变化。研究团队采用了一种创新的动物实验方法，即通过长期暴露于低温环境（4°C）来模拟寒冷条件下的体温调节反应，并在此基础上评估了血清素转运蛋白（SERT）以及两种血清素受体（5-HT1A和5-HT2A）在多个脑区中的表达情况。这些脑区包括脑干的血清素能核团、下丘脑、伏隔核（Acc）、视前区（POA）、杏仁核（Amy）、梨状皮层（Pir）等。实验结果显示，低温环境显著影响了这些脑区中相关分子的表达水平，尤其在脑干血清素能核团和下丘脑中，SERT和5-HT2A的表达量显著增加，而在伏隔核和杏仁核中则表现出部分变化，但未达到统计学意义上的显著性。此外，免疫荧光检测进一步揭示了低温条件下，血清素受体在特定脑区的表达水平上升，尤其是在脑干血清素能核团和伏隔核中表现更为明显。

### 研究背景与意义

血清素（5-羟色胺）是大脑中一种重要的神经递质，广泛参与调节多种生理和心理功能，包括情绪、睡眠、食欲、认知以及体温调节等。早在19世纪末，科学家们就发现前下丘脑和视前区在体温调节中扮演着关键角色。例如，Charles Richet和Aronsohn & Sachs通过在不同动物身上进行脑部损伤实验，发现这些区域的损伤会导致体温升高，从而提出了所谓的“升温中心”概念。随后，Barbour、Magoun和Hemingway等人利用热刺激或局部加热技术，进一步验证了这些区域在体温调节中的功能。

进入20世纪60年代至80年代，随着微电极技术的发展，科学家们能够直接记录前下丘脑和视前区中神经元的电活动，从而发现这些区域中存在约30%的热敏感神经元和不到5%的冷敏感神经元。这些发现表明，前下丘脑和视前区不仅是体温调节的关键区域，还可能通过复杂的神经网络与其他脑区协同作用，调控机体的体温变化。进一步的研究发现，这些区域的神经元中存在较高浓度的血清素和去甲肾上腺素，这促使Ulf von Euler提出，这些神经递质可能在体温调节中发挥重要作用。

近年来，随着对血清素受体功能的深入研究，科学家们发现特定的血清素受体激动剂或拮抗剂可以显著影响体温调节。例如，8-OH-DPAT是一种强效的5-HT1A受体激动剂，能够引起大鼠体温下降；而mCPP（meta-氯苯丙胺）则能诱导体温升高。这些研究不仅揭示了血清素系统在体温调节中的作用，还表明其可能与其他神经行为功能相关联。因此，本研究旨在通过构建一种低温暴露的动物模型，评估血清素相关分子在体温调节关键脑区中的表达变化，从而进一步揭示其在体温调节中的分子机制。

### 实验方法与流程

为了系统评估低温对血清素相关分子表达的影响，研究团队采用了两种主要的实验方法：定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）和间接免疫荧光技术。qRT-PCR用于检测目标基因在不同脑区中的mRNA表达水平，而免疫荧光技术则用于观察血清素相关蛋白在特定脑区的表达情况。

在qRT-PCR实验中，研究团队选取了10只实验组和10只对照组的CD1雄性小鼠。实验组的小鼠每天4小时暴露于4°C的低温环境中，持续一个月；对照组则保持在正常室温（20–23°C）下。实验结束后，小鼠被迅速处死，并在无菌条件下提取脑组织。提取的RNA随后通过RT-PCR技术进行扩增，并使用TaqMan? FAM-MGB探针检测目标基因的表达水平。实验过程中，研究团队还采用了DNase I处理RNA样本，以去除可能的DNA污染，并通过紫外吸收法检测RNA的纯度和浓度。

在免疫荧光实验中，研究团队选取了3只实验组和3只对照组的小鼠。通过使用戊巴比妥钠麻醉，小鼠被固定并进行脑组织切片。切片厚度为200微米，采用共聚焦显微镜进行观察。实验中使用了三种不同的血清素相关抗体（ASR-021、ASR-033和AMT-004），并结合二甲基亚甲基蓝（DAPI）作为细胞核标记物。为了确保实验的准确性，所有图像均在相同的显微镜条件下进行采集，并采用相同的参数进行分析。

此外，研究团队还使用了微型K型热电偶监测小鼠的直肠温度，以评估低温暴露对体温变化的影响。温度记录采用1秒间隔的方式，总共持续2小时，包括30分钟的正常室温、1小时的低温暴露以及再次的正常室温恢复期。通过分析这些数据，研究团队能够更直观地观察到低温暴露对体温的即时影响及其可逆性。

### 实验结果与分析

实验结果显示，低温暴露对小鼠的体温产生了显著影响。在1小时的低温暴露后，小鼠的直肠温度平均下降了1.3°C，并且在恢复至正常室温后，体温迅速回升。这表明低温暴露能够有效诱导体温变化，且该变化具有可逆性。这一结果与先前的研究一致，进一步支持了前下丘脑和视前区在体温调节中的核心作用。

在分子表达层面，qRT-PCR结果显示，低温暴露显著增加了脑干血清素能核团和下丘脑中SERT和5-HT2A受体的mRNA表达水平。相比之下，5-HT1A受体的表达变化在这些区域并不显著。这一发现表明，SERT和5-HT2A可能在低温诱导的体温调节反应中发挥更为关键的作用。此外，研究团队还发现，在伏隔核和杏仁核中，SERT的表达量在低温暴露下有所增加，但5-HT1A和5-HT2A的表达变化则不显著。

免疫荧光实验进一步验证了这些分子表达变化的可视化特征。结果显示，低温暴露下，SERT、5-HT1A和5-HT2A在多个脑区中的荧光强度均有所增加，尤其是在脑干血清素能核团和伏隔核中。然而，这些变化在统计学上并未达到显著水平，可能与样本量较小或荧光信号的量化难度有关。尽管如此，免疫荧光实验的优势在于其能够提供更精确的空间定位信息，有助于理解血清素相关分子在不同脑区中的分布模式。

值得注意的是，SERT的表达量在所有实验区域中均表现出显著的增加趋势。这一现象可能与血清素转运蛋白在神经元轴突末梢的分布有关，而mRNA的合成则主要发生在神经元的胞体中。因此，mRNA的表达变化可能与蛋白质的合成和运输过程相关联。此外，研究团队还发现，5-HT1A和5-HT2A受体在某些区域中的表达变化与SERT存在一定的重叠，这可能表明这些分子在体温调节中的协同作用。

### 研究讨论与延伸意义

研究结果不仅揭示了低温对血清素相关分子表达的影响，还为理解体温调节的神经机制提供了新的视角。例如，SERT和5-HT2A在脑干血清素能核团和下丘脑中的表达增加可能与这些区域在体温调节中的核心作用有关。同时，伏隔核中SERT的表达变化可能暗示了血清素系统在情绪调节和体温调节之间的潜在联系。此外，研究团队还指出，长期或反复的低温暴露可能增加血清素转运蛋白的表达，从而为抑郁症等心理疾病的发生提供可能的分子基础。

研究团队还提到，尽管实验方法具有一定的局限性，例如样本数量较少和荧光信号的量化难度，但这些方法仍然能够提供有价值的见解。此外，研究团队还指出，现有的研究表明，血清素受体在多个脑区中的分布与体温调节密切相关。例如，Beliveau等人通过PET和MRI技术发现，血清素转运蛋白（SERT）在脑干血清素能核团中表达最为密集，而在杏仁核和伏隔核中也表现出较高的表达水平。5-HT1A受体则在中脑和背脑桥区域、海马体和内嗅皮层中表达较为密集，而5-HT2A受体则在多个脑区中广泛分布。

此外，研究团队还引用了其他相关研究，表明血清素受体的激活可能对神经可塑性产生影响。例如，最近的研究发现，某些致幻剂（如LSD、迷幻蘑菇中的psilocybin）能够通过激活5-HT2A受体，促进神经元之间的连接变化。这进一步支持了血清素系统在体温调节和神经可塑性之间的潜在联系。

### 研究结论与展望

综上所述，本研究通过构建低温暴露的动物模型，系统评估了血清素相关分子在体温调节关键脑区中的表达变化。研究结果显示，SERT和5-HT2A的表达在低温条件下显著增加，尤其是在脑干血清素能核团和下丘脑中。这些发现不仅揭示了血清素系统在体温调节中的重要作用，还为理解其在情绪和行为调节中的潜在机制提供了新的线索。

尽管本研究存在一定的局限性，例如样本数量较少和荧光信号的量化难度，但其采用的多种实验方法（包括qRT-PCR和免疫荧光）为后续研究提供了坚实的基础。此外，研究团队还指出，SERT的表达增加可能与抑郁等心理疾病的发生相关，这一发现为未来的临床研究提供了重要的参考方向。

未来的研究可以进一步探索血清素相关分子在不同体温调节模式下的表达变化，以及这些变化如何影响神经网络的动态调节。同时，结合更先进的分子生物学技术，如单细胞测序或光遗传学，可以更精确地解析血清素系统在体温调节中的作用机制。此外，研究团队还建议，未来可以扩大样本规模，以提高实验的统计效力，并采用更精细的解剖学技术，以更准确地定位和分离特定的脑区。这些改进将有助于更全面地理解血清素系统在体温调节和情绪调节中的复杂作用。