Verhaltens- und molekularbiologische Untersuchungen zur Grundlage der Toleranz gegenüber serotonergen Halluzinogenen

Abstract

Serotonerge Halluzinogene (sHGs) wie Lysergsäurediäthylamid (LSD) werden in der gegenwärtigen Psychopharmakologie kontrovers diskutiert. Auf der einen Seite gibt es im Zuge des wiedererwachten Forschungsinteresses zunehmend Hinweise auf therapeutische Einsetzbarkeit; auf der anderen Seite kann der klinisch nicht-überwachte Missbrauch mit Schaden für Individuum und Gesellschaft einhergehen. Die psychedelische Wirkung von sHGs geht bei wiederholter Einnahme rasch verloren, ein als Toleranz bekanntes Phänomen. Einzig bisher bekannte Ausnahme ist Dimethyltryptamin (DMT), für welches vergleichbare Toleranz nicht nachgewiesen werden konnte. sHGs wirken primär über Aktivierung von Serotonin (5-HT) 2A Rezeptoren im (frontalen) Kortex (FC), sodass allgemein angenommen wird, dass die Herabregulation nämlicher Rezeptoren Toleranz-ursächlich ist. An experimenteller Evidenz mangelt es jedoch. In der vorliegenden Arbeit wurde multimethodal der Frage nachgegangen, ob LSD, DMT und/oder die 5-HT2-selektiven sHGs DOB bzw. DOI (Brom-/Iod-Dimethoxyamphetamin) Prozesse der 5-HT2A-Regulation anstoßen. Als Tiermodelle halluzinogener 5- HT2A-Aktivität wurden Shaking Behaviour sowie die in Interaktion mit umweltlicher Wärme auftretende Hyperthermie betrachtet. Mit den wichtigsten unserer Ergebnisse zeigen wir, dass Mehrfachapplikation von LSD bzw. DOB bei Ratten zu raschem Wirkungsverlust führt. Dieser ist – so demonstrieren Post-Mortem-Radioligand-Bindungen – von einer Abnahme der 5- HT2A-Bindungs- und/oder der 5-HT2-G-Proteinkopplungskapazität im FC begleitet. Ferner legt die von uns beobachtete Abnahme glutamaterger Bindungen nahe, dass Adaptationen in 5-HT2A-nachgeschalteten Systemen jene um 5-HT2A komplementieren. Infolge wiederholter DMT-Applikation ist weder in vivo noch hinsichtlich der G-Proteinkopplung in vitro Toleranz festzustellen; stattdessen tritt ein Anstieg der 5-HT2A-Bindungen auf. Untersuchungen in 5- HT2A-exprimierenden Zellsystemen unter Einsatz von Immunzytochemie, Transphosphatidylierungsmessung und RT-PCR ergänzen die Befundlage: Während LSD und DOI/-B 5-HT2ARezeptoren internalisieren, das endozytotisch relevante Enzym Phospholipase D (PLD) aktivieren und der 5-HT2A-Neusynthese entgegenwirken, erweist sich DMT als inaktiv. In toto unterstützen unsere Daten die Annahme, dass sHGs 5-HT2A-Rezeptoren sowohl auf molekularbiologischer Ebene als auch in Bezug auf physiologisches und Verhaltensoutput herabregulieren. Dass unsere Befunde mechanistische Schlussfolgerungen zur 5-HT2Aergen Bewusstseinsveränderung beim Menschen zulassen, findet dabei vor allem darin Bekräftigung, dass sich DMT hier wie da systematisch von anderen sHGs unterscheidet.

Serotonergic hallucinogens (sHGs) such as lysergic acid diethylamide (LSD) are controversially discussed in contemporary psychopharmacology. In the context of the recently revived scientific interest there is increasing amount of evidence suggesting therapeutic applicability. On the other hand, if abused in an unsupervised context, sHGs might pose a substantial threat to human health and society. Upon repeated administration, the psychedelic effects of sHGs rapidly diminish, a phenomenon known as tolerance. Only exception to the rule seems to be dimethyltryptamine (DMT), whose psychedelia appears unsusceptible to tolerance. As sHGs primarily act by activation of serotonin (5-HT) 2A receptors in the (frontal) cortex (FC), the downregulation of the given receptors is generally assumed to be the main toleranceunderlying principle. Experiment-based empirical evidence for this assumption – particularly for the classic sHGs – is sparse, though. In the work at hand, we in a multimethod approach pursed the question whether LSD, DMT, and/or the 5-HT2-selective sHGs DOB and DOI (bromo-/iodo-dimethoxyamphetamine), respectively, induce processes of 5-HT2A regulation. As animal models of hallucinogenic 5-HT2A activity, shaking behaviour and hyperthermia primed by increased ambient temperature were used. Amongst the most important results, we find that repeated application of LSD and DOB leads to a rapid loss of effects. Tolerance – as indicated by post-mortem radioligand-binding assays – is associated with a decrease in 5- HT2A binding- and/or 5-HT2-G-protein coupling capacity in the FC. Furthermore, a decrease in glutamatergic binding suggests that adaptations in systems downstream of 5-HT2A receptors might complement the primary ones surrounding 5-HT2A. Upon repeated DMT application, neither in vivo nor as to G-protein coupling in vitro tolerance can be detected; instead, an increase in frontocortical 5-HT2A binding is observed. Studies in 5-HT2A expressing cell systems engaging immunocytochemistry, transphosphatidylation assay, and RT-PCR round up the picture: Whereas LSD and DOI/-B internalise 5-HT2A receptors, activate the endocytotically relevant enzyme phospholipase D (PLD), and inhibit 5-HT2A re-synthesis, DMT fails. In toto, our data back up the assumption that sHGs both on a molecular biological as well as on a physio-behavioural-output level downregulate 5-HT2A receptors. Mechanistic implications of our results for 5-HT2Aergic alterations of human consciousness appear particularly favourable given that DMT, here as there, systemically differs from other sHGs.