PET Studies of Presynaptic Monoamine Metabolism in Depressed Patients and Healthy Volunteers

Abstract

No deranged presynaptic monoamine metabolism in the brain has been directly demonstrated in mood disorders, in spite of the rich but indirect pharmacological evidence for a decreased efficacy of monoaminergic synaptic transmission in depression, especially as for serotonin. The availability of ¹¹C-labelled 5-hydroxytroptophan (5-HTP) and L-DOPA, the direct percursors in the synthetic pathways to serotonin and dopamine, has allowed positron emission tomographic (PET) studies in 8 healthy volunteers and 6 patients suffering from unipolar depression. Main results indicate (1) decreased uptake of [¹¹C]5-HTP and [¹¹C]L-DOPA over the blood-brain barrier in depression (which is not altered by dietary tryptophan depletion in healthy volunteers), and (2) an increased utilization of [¹¹C]5-HTP (but not [¹¹C] L-DOPA ), in the lower region of the medial prefrontal cortex, mainly of the left side. This phenomenon presumably mirrors an increased synthesis of serotonin in this area and might represent a local compensatory increase in a situation of a general serotonergic hypometabolism. Analyses of interactions of both ligands between striatal and prefrontal areas suggest significantly stronger positive correlations in depression than in health, that could be interpreted as a less pronounced autonomy between brain regions in depression.

Zusammenfassung

Bei Gemütserkrankungen (z. B. Depressionen) ist bisher keine Störung des Monoaminstoffweehsels im Gehirn unmittelbar nachgewiesen worden, trotz reichlich vorhandener aber indirekter pharmakologischer Anzeichen herabgesetzter Wirksamkeit der monoaminergischen synaptischen Transmission bei Depression, insbesondere bei Serotonin. Die Verfügbarkeit von ¹¹C-markiertem 5-Hydroxytryptophan (5-HTP) und L-DOPA, die direkten Vorläufer der synthetischen Transmission swege von Serotonin und Dopamin, ermöglichte die Durchführung von positronenemissionstomographischen (PET) Studien bei 8 gesunden Probanden und 6 an unipolarer Depression erkrankten Patienten. Die hauptsächlichen Ergebnisse deuten darauf hin, daß (1) bei Depression die Aufnahme von [¹¹C]5-HTP und [¹¹C]L-DOPA über die Blut-Hirn-Schranke herabgesetzt ist (die bei gesunden Probanden dureh diätetisch bedingte Tryptophanverminderung nicht beeinflußt wird), und daß (2) eine erhöhte Verwendung von [¹¹C]5-HTP (nicht jedoch von [¹¹C]L-DOPA) stattfindet, und zwar im unteren Bereich des medialen präfrontalen Kortex, hauptsächlich linksseitig. Dieses Phänomen reflektiert wahrscheinlich eine erhöhte Synthese des Serotonins in diesem Bereich und könnte eine lokale kompensatorische Zunahme bei einer Situation eines allgemeinen serotonergischen Hypometabolismus darstellen. Analysen der Wirkungen beider Liganden zwischen striären und präfrontalen Bereichen deuten auf signifikant stärkere positive Korrelationen bei Depressionen hin als im gesunden Zustand; diese könnten als eine weniger ausgeprägte Autonomie zwischen den Hirnbereichen bei Depression gedeutet werden.