同型香草酸在中前额叶皮层中的新兴神经调节作用：对焦虑的影响

《Behavioural Brain Research》：The emerging neuromodulatory role of Homovanillic acid in the medial prefrontal cortex: Implications for anxiety

HVA作为多巴胺代谢产物在mPFC中通过抑制钙通道发挥促焦虑作用，挑战其传统代谢废物的定位。

　　

王小红|孙璐|张忠宇|沈浩伟|陈雷|黄建梅|翟海峰

北京中医药大学中药学院，中国北京102488

摘要

Homovanillic acid（HVA）是多巴胺的主要末端代谢物，长期以来一直被认为是多巴胺能信号传导中的无活性副产物。然而，其在情绪调节中的潜在神经调节作用尚未得到充分探索。本研究调查了HVA在中前额叶皮层（mPFC）中的神经调节能力及其对类似焦虑行为的影响。我们采用了一种综合方法，在啮齿动物中结合了神经化学分析、立体定向微量注射和全细胞膜片钳电生理技术。通过高架十字迷宫（EPM）对大鼠的类似焦虑行为进行了表型分析，发现高焦虑个体的mPFC中HVA水平显著升高，而3-甲氧基酪胺（3-MT）水平降低，多巴胺、去甲肾上腺素、血清素及其主要代谢物水平没有变化。关键的是，将HVA（0.5或1.5 μg/侧） bilateral microinjected into mPFC of na?ve rats 引发了剂量依赖性的焦虑效应，表现为开放臂探索行为减少和进入EPM的次数减少。从小鼠mPFC切片中的深层锥体神经元记录的电生理数据显示，HVA（80 μM）能够抑制钙通道介导的平台电位。我们的发现表明HVA在mPFC中是一种活跃的神经调节剂，通过抑制钙通道来影响类似焦虑的行为，这挑战了其作为代谢废物的传统观点。

引言

焦虑障碍是全球最常见的神经精神疾病之一，但其潜在的神经化学机制尚未完全阐明[1]。多巴胺能系统，特别是在海马体和中前额叶皮层（mPFC）等关键边缘结构中，被认为在情绪调节（包括焦虑）中起着重要作用[2]。Homovanillic acid（HVA）作为多巴胺的主要末端代谢物，传统上被视为反映突触前多巴胺周转的被动生物标志物[3]。因此，在与焦虑相关的状况中观察到的HVA水平变化通常被解释为多巴胺动态紊乱的次要现象[4]。然而，一个基本问题仍未解决：这些HVA波动仅仅是多巴胺代谢改变的被动结果，还是HVA本身在调节焦虑相关的神经回路中发挥了主动的功能作用？这一关键区别挑战了传统的观点，并激发了我们对这种长期被忽视的代谢物潜在神经调节能力的探究。

本研究聚焦于mPFC，这是焦虑调节网络中的关键枢纽[5]。现有文献表明mPFC中的HVA水平与焦虑存在关联；例如，致焦虑的压力源已被证明会增加该区域的HVA水平[6]、[7]。然而，HVA是否在mPFC中起因果作用尚未得到验证。为此，我们首先评估了na?ve大鼠的先天焦虑表型是否与mPFC中的选择性神经化学变化相关，特别关注HVA。然后，我们通过直接在mPFC内微量注射HVA来评估其潜在的致焦虑效应。最后，为了揭示可能的机制，我们使用全细胞膜片钳记录技术研究了HVA对mPFC第五至第六层锥体神经元中钙通道功能的影响。通过这种多学科策略，我们旨在确定HVA是否作为独立的神经调节剂在mPFC中发挥作用，而不仅仅是其作为被动代谢副产物的传统身份。

部分摘要

动物

成年雄性Sprague-Dawley大鼠（260–280克）和CD-1小鼠（18–22克）来自北京维塔河实验动物技术有限公司（中国北京）。动物在标准条件下群养：12小时光照/黑暗周期，环境温度22±2°C，湿度50–60%，可自由摄取食物和水。经过至少3天的适应期后，所有实验程序均得以进行。所有动物实验均获得了生物医学伦理委员会的批准。

高焦虑大鼠mPFC中HVA水平升高

图1显示了大鼠在EPM测试中的类似焦虑行为。图1A和B分别展示了低焦虑组和高焦虑组大鼠的代表性运动轨迹。单因素方差分析显示，两组在开放臂停留时间（F_(1,18) = 165.851, p < 0.001）和进入开放臂的次数（F_(1,18) = 34.889, p < 0.001）方面存在显著差异。高焦虑组大鼠在开放臂停留的时间更短，进入开放臂的次数也更少。

神经化学分析

讨论

本研究结合了神经化学、行为药理学和电生理学方法，揭示了HVA在mPFC中调节类似焦虑行为方面的潜在神经调节作用。我们提供了三个主要证据：首先，表现出高焦虑表型的na?ve大鼠在mPFC中显示出HVA水平选择性地升高，而3-MT水平降低，其他单胺及其代谢物水平没有变化；其次，直接在mPFC内微量注射HVA……

结论

总之，我们的发现挑战了HVA作为惰性代谢产物的传统观点，证明它是一种在mPFC中主动促进类似焦虑行为的新兴神经调节剂。这一结论得到了高焦虑大鼠独特神经化学特征、HVA直接微量注射的致焦虑效应以及电生理学证据的支持，这些证据表明其作用机制涉及抑制锥体神经元中的钙通道。通过这些发现……

作者贡献声明

陈雷：方法学、实验设计。沈浩伟：软件、资源、方法学。黄建梅：写作 – 审稿与编辑、监督、资金获取、数据分析。翟海峰：写作 – 审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。王小红：写作 – 初稿撰写、方法学、实验设计、数据分析。孙璐：写作 – 初稿撰写、实验设计、数据分析、数据管理。张忠宇：软件、方法学。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：81173541（黄建梅）和81271473（翟海峰））的资助。

利益冲突声明

作者声明与本文的发表不存在任何利益冲突。

致谢

我们衷心感谢编辑和审稿人的宝贵意见和建议，这些意见和建议极大地提高了本文的质量。