Serotonina (5-hydroksytryptamina, 5-HT) jest jednym z głównych neuroprzekaźników i hormonów tkankowych należących do amin biogennych. Produkowana jest głównie w komórkach enterochromatofilnych błony śluzowy jelit, a także w jądrach szwu mózgu, szyszynce i trombocytach. Serotonina powstaje na drodze enzymatycznych przekształceń prekursora L-tryptofanu. Najpierw dochodzi do addycji grupy hydroksylowej do tryptofanu w obecności enzymu hydroksylazy tryptofanowej. W wyniku tego powstaje 5-hydroksytryptofan (5-HTP), który następnie ulega dekarboksylacji katalizowanej przez dekarboksylazę 5-hydroksytryptofanową, przekształcając się w serotoninę. Jej funkcje są złożone i obejmują kontrolę krążenia krwi, pracy serca, regulację stanów emocjonalnych, snu czy pobierania pokarmu.
1. Receptory serotoninowe
Serotonina jest uwalniania do szczeliny synaptycznej i oddziałuje na siedem typów receptorów o różnych właściwościach: 5-HT1 – 5-HT7. Są one umieszczone na błonie komórkowej neuronów i innych komórek, na przykład mięśni gładkich. Wszystkie oprócz receptora 5-HT3 są receptorami metabotropowymi związanymi z białkiem G. Aktywność receptora 5-HT1 powoduje obniżenie poziomu komórkowego cAMP i ma wpływ hamujący. Natomiast receptor 5-HT3 jest receptorem jonotropowym, który pod wpływem serotoniny wywołuje szybką depolaryzację poprzez otwarcia kanału jonowego dla Na+ i K+ i pobudzenie neuronu.
2. Ośrodki serotoninergiczne
Neurony serotoninergiczne są zgrupowane głównie w jądrach szwu, w strefie pośrodkowej tworu siatkowatego pnia mózgu. Dzielą się na grupę górną leżącą w śródmózgowiu i w górnym odcinku mostu oraz dolną, zlokalizowaną w rdzeniu przedłużonym i dolnym odcinku mostu. Od ciał komórek serotoninergicznych odchodzą aksony, które rozgałęziają się do istoty szarej mózgu oraz rdzenia kręgowego.
3.1. Górna grupa ośrodków serotoninergicznych
Do górnej grupy ośrodków serotoninergicznych, mieszczącej się w śródmózgowiu i górnym odcinku mostu, należy jądro szwu grzbietowe i środkowe. Jądro grzbietowe szwu znajduje się w części przedniej istoty szarej otaczającej wodociąg mózgu i pokrywającej górną część komory czwartej. Jest najsilniej rozwinięte w dolnym odcinku środmózgowia, na wysokości jąder nerwu bloczkowego. Z kolei jądro środkowe górne szwu jest zlokalizowane nieco niżej i bardziej ku przodowi. Największy rozwój osiąga na granicy śródmózgowia i mostu. Ponadto komórki serotoninergiczne znajdują się w jądrze liniowym dolnym, zlokalizowanym pomiędzy jądrami czerwiennymi, oraz w górnym odcinku mostu, grzbietowo od wstęgi przyśrodkowej.
3.2. Dolna grupa ośrodków serotoninergicznych
Do dolnej grupy ośrodków serotoninergicznych należy jądro wielkie szwu, jądro ciemne szwu oraz jądro blade szwu. Jądro wielkie szwu znajduje się w dolnym odcinku mostu i częściowo w górnym odcinku rdzenia przedłużonego. Od strony przyśrodkowo-bocznej towarzyszy wstędze przyśrodkowej. Jądro ciemne szwu zajmuje niemal całą długość rdzenia przedłużonego. Z kolei jądro blade szwu jest najmniejsze i leży najbardziej z przodu w pobliżu piramid.
3. Projekcje serotoninergiczne
3.1. Projekcie wstępujące
Większość włókien wychodzących z jądra grzbietowego szwu i jądra środkowego górnego kieruje się do przodomózgowia, tworząc dwa pęczki – grzbietowy i brzuszny. Pęczek serotoninergiczny grzbietowy biegnie w istocie szarej okołowodociągowej, a brzuszny w obrębie nakrywki konarów. W strefie bocznej podwzgórza oba układy włókien ulegają przemieszaniu w obrębie pęczka przyśrodkowego przodomózgowia i biegną stąd do struktur przodomózgowia. Kierują się do kory mózgu, układu limbicznego i podwzgórza oraz do wzgórza i jąder podstawnych. W korze mózgu zakończenia serotoninergiczne rozmieszczone są nierównomiernie, z największym skupieniem w pierwszorzędowej korze wzrokowej. Wstępujące połączenia serotoninergiczne wpływają na liczne mechanizmy czynnościowe – uczestniczą m.in. w regulacji napięcia emocjonalnego, procesach związanych z pamięcią, uczeniem się i rytmem okołodobowym.
3.2. Projekcje zstępujące
Włókna serotoninergiczne zstępujące tworzą dwa pęczki – boczny i przedni (brzuszny). Pęczek boczny rozpoczyna się głównie w moście i w jądrze wielkim szwu. Biegnie stamtąd w tylnej części sznura bocznego i dociera ostatecznie do blaszek powierzchownych rogu tylnego rdzenia kręgowego. Jego główną funkcją jest modulacja przekazywania informacji bólowych. Natomiast pęczek serotoninergiczny przedni rozpoczyna się w rdzeniu przedłużonym, głównie w jądrze ciemnym szwu. Biegnie w sznurze przednim i kończy się w rogu przednim rdzenia. Wpływa on głównie na czynność neuronów ruchowych. Włókna serotoninergiczne unerwiają również istotę szarę pośrednią rdzenia kręgowego. Oprócz tego neurony serotoninergiczne znajdują się w móżdżku i licznych ośrodkach pnia mózgowia, takich jak ośrodek krążenia w rdzeniu przedłużonym. Unerwienie serotoninergiczne otrzymuje również istota czarna (bogata w dopaminę) i jądro miejsca sinawego (bogate w noradrenalinę), co świadczy o powiązaniu układu serotoninergicznego z układem dopaminergicznym i noradrenergicznym.