La serotonina (5-HT) influenza l’umore, il sonno, l’appetito e le funzioni cognitive; per questo motivo, in psichiatria e nelle neuroscienze, si misurano spesso i livelli di questo importante neurotrasmettitore. Misurare la serotonina è complicato: le analisi del sangue o delle urine generalmente non riflettono i livelli centrali (del SNC, ovvero del sistema nervoso centrale, cioè del cervello) e i diversi test rilevano diverse riserve di serotonina, ad esempio le riserve piastriniche, la serotonina libera nel plasma o i metaboliti generati durante la degradazione della serotonina. Di conseguenza, alcuni test riflettono la serotonina periferica (del corpo), altri suggeriscono solo indirettamente l’attività centrale (del cervello) e nessuno misura direttamente la quantità di serotonina nelle sinapsi cerebrali. Di seguito proponiamo una panoramica delle tecniche comunemente utilizzate per analizzare i livelli di serotonina, di ciò che ciascuna di esse può — e non può — rivelare sulla serotonina centrale rispetto a quella periferica, nonché dei loro principali limiti pratici.
Panoramica: perché è difficile misurare i livelli di serotonina
La misurazione della serotonina è complessa per diversi motivi. Innanzitutto, la serotonina si trova in due serbatoi distinti, separati dalla barriera emato-encefalica (BEE). La maggior parte della serotonina periferica viene prodotta nell’intestino e immagazzinata nelle piastrine, mentre il cervello produce la propria serotonina grazie a un enzima chiamato TPH2. Di conseguenza, le misurazioni della serotonina periferica spesso non riflettono i livelli di serotonina nel cervello. In secondo luogo, i ricercatori possono misurare sia la serotonina stessa, sia il suo principale metabolita, il 5-HIAA. Poiché il 5-HIAA riflette la quantità di serotonina in fase di degradazione, viene utilizzato come marcatore indiretto del ricambio, piuttosto che come misura diretta della quantità di serotonina effettivamente presente nel sistema nervoso centrale o a livello periferico.
In terzo luogo, la serotonina si degrada facilmente e si trova in concentrazioni molto diverse nel plasma, nelle piastrine, nel liquido cerebrospinale e nei tessuti; di conseguenza, il modo in cui i campioni vengono trattati e il test utilizzato possono alterare notevolmente il risultato. Obiettivi diversi richiedono metodi diversi: gli screening clinici (ad esempio, per i tumori carcinoidi), gli studi sulla neurotrasmissione cerebrale e gli esperimenti sugli animali relativi alla cinetica cerebrale utilizzano tecniche distinte e adeguate all’analisi dei livelli di serotonina.
Misure nel sangue periferico
Esamineremo ora i dosaggi nel sangue periferico più comuni utilizzati per valutare la quantità di serotonina al di fuori del cervello e del sistema nervoso centrale, cosa misura ciascun metodo, come ogni test misura esattamente la serotonina e i principali limiti interpretativi di ciascuno di essi.
Serotonina sierica
La serotonina sierica riflette la serotonina totale rilasciata dalle piastrine durante la coagulazione; i suoi valori sono quindi generalmente più elevati rispetto ai livelli di serotonina plasmatica, poiché le piastrine rilasciano la serotonina immagazzinata durante la formazione dei coaguli di sangue. La serotonina sierica viene misurata in laboratorio mediante ELISA (un test sierologico), mediante HPLC con rilevamento elettrochimico (un metodo di separazione e rilevamento chimico) o mediante LC-MS/MS (identificazione chimica ad alta precisione tramite spettrometria di massa).
La serotonina sierica riflette principalmente le riserve piastriniche e, indirettamente, la serotonina di origine intestinale; è quindi utile per questioni cliniche o di ricerca secondarie, ma non riflette i livelli di serotonina cerebrale. I risultati sono molto sensibili alla manipolazione del campione, in particolare ai ritardi nella centrifugazione, al tempo di coagulazione e alla temperatura. Inoltre, l’attivazione piastrinica durante l’estrazione può comportare una sovrastima dei livelli.
Serotonina plasmatica (povera di piastrine)
La serotonina plasmatica (deprivata di piastrine) misura la piccola quantità di serotonina libera circolante nel plasma dopo l’eliminazione delle piastrine. Viene analizzata mediante HPLC, LC-MS/MS o ELISA. Nel plasma sanguigno è presente solo una quantità minima e variabile di serotonina libera; essa è quindi utile solo per rispondere a determinate questioni specifiche relative alla segnalazione al di fuori del cervello ed è difficile da misurare con precisione. Per ottenere risultati precisi, è necessario ricorrere ad analisi altamente sensibili e manipolare i campioni con cura per evitare qualsiasi contaminazione da piastrine.
Contenuto di serotonina nelle piastrine
Il contenuto di serotonina nelle piastrine misura la quantità di serotonina immagazzinata all’interno delle piastrine. Per ottenerla, le piastrine vengono isolate mediante centrifugazione, le loro membrane vengono rotte e la serotonina viene quantificata tramite HPLC o LC-MS/MS e, talvolta, tramite test immunologico. Le piastrine assorbono la serotonina presente nell’organismo e la immagazzinano; di conseguenza, la quantità di serotonina in esse contenuta riflette la serotonina di origine intestinale e può variare in funzione del triptofano apportato dall’alimentazione, di alcuni farmaci e di alcune patologie. È importante notare che questo metodo continua a misurare le riserve periferiche e non la serotonina prodotta dai neuroni cerebrali.
Analisi delle urine e dei metaboliti
Di seguito sono riportate le analisi più comuni basate sull’urina e sui metaboliti che consentono di valutare il metabolismo della serotonina, ciò che misura ciascun metodo, come determinano i livelli di serotonina e i loro principali limiti interpretativi.
5-HIAA urinario (acido 5-idrossiindolacetico)
Il 5-HIAA urinario è il principale metabolita stabile della serotonina misurato nelle urine, solitamente prelevate durante la notte o nell’arco di 24 ore, e analizzate tramite HPLC o LC-MS/MS. Dal punto di vista clinico, si tratta del test di riferimento per la sindrome carcinoide, caratterizzata da tumori che producono un eccesso di serotonina. Livelli elevati indicano un aumento della degradazione periferica della serotonina. Fornisce poche informazioni sulla serotonina cerebrale, poiché riflette principalmente la produzione di serotonina da parte dell’organismo. I risultati del test possono inoltre essere influenzati dall’alimentazione e da alcuni farmaci, in particolare dagli alimenti ricchi di serotonina o di triptofano.
5-HIAA nel plasma o nel liquido cerebrospinale
Il 5-HIAA nel plasma e nel liquido cerebrospinale misura i metaboliti della serotonina nel sangue o nel liquido cerebrospinale mediante HPLC o LC-MS/MS. Il 5-HIAA plasmatico riflette il metabolismo periferico (corporeo) della serotonina, mentre il 5-HIAA nel liquido cerebrospinale — che deve essere prelevato tramite puntura lombare — costituisce il marcatore indiretto di routine più rappresentativo del ricambio della serotonina cerebrale nell’essere umano ed è stato associato ad alcuni disturbi psichiatrici e comportamentali. La puntura lombare è una procedura invasiva e la misurazione del 5-HIAA nel liquido cerebrospinale (LCR) riflette solo il ricambio complessivo della serotonina nel cervello, e non i livelli in specifiche aree cerebrali. I livelli dei metaboliti riflettono la quantità di serotonina che si degrada e viene eliminata nel corso del tempo, non i livelli di serotonina in ogni istante a livello delle sinapsi.
Misure cerebrali dirette e metodi di ricerca specializzati
Di seguito è riportata una presentazione dettagliata dei metodi diretti a livello cerebrale e dei metodi di ricerca specializzati utilizzati per studiare la serotonina nel sistema nervoso centrale, ciò che misura ciascun metodo, nonché i principali vantaggi e limiti di ciascuno di essi.
Microdialisi
La microdialisi, utilizzata principalmente negli animali, consiste nel prelevare campioni del liquido situato all’esterno delle cellule cerebrali in una piccola regione, inserendo una sonda minuscola, raccogliendo il liquido e misurando la serotonina tramite HPLC o LC-MS. Fornisce dati risolti nel tempo e specifici per ciascuna regione, utili per gli esperimenti sugli animali, ed è raramente utilizzata nell’uomo. Si tratta di un metodo invasivo e il campione prelevato sottostima generalmente il reale livello extracellulare di serotonina.
Imaging PET
L’imaging PET consiste nell’iniezione di un tracciante radioattivo che si lega ai recettori della serotonina o al trasportatore della serotonina. Lo scanner indica quindi dove e in che misura avviene tale legame. La PET mappa la disponibilità dei recettori o dei trasportatori nelle diverse regioni cerebrali e può rivelare alterazioni nella segnalazione, ma non misura la concentrazione effettiva di serotonina. Inoltre, l’imaging PET è costoso e complesso.
Analisi post mortem dei tessuti
I metodi post mortem consistono nell’analizzare campioni di tessuto cerebrale prelevati per misurare la serotonina, i suoi metaboliti, i livelli enzimatici (TPH1/TPH2) e la densità dei recettori mediante test biochimici, immunoistochimica, HPLC o LC-MS. Questi metodi forniscono informazioni molecolari dirette e dettagliate, ma possono essere effettuati solo dopo il decesso o nell’ambito di studi sugli animali.
Strumenti emergenti: biosensori e metodi elettrochimici
Nuove tecniche, come i sensori fluorescenti codificati geneticamente e le sonde elettrochimiche rapide, consentono di registrare le variazioni della serotonina in tempo reale con un’elevata risoluzione temporale, principalmente negli animali. Questi metodi sono promettenti per lo studio dei meccanismi, ma non costituiscono ancora strumenti clinici di uso comune.
Scelta del test e applicazioni cliniche rispetto alle applicazioni di ricerca
La scelta del test influisce sull’accuratezza. L’HPLC con rilevamento elettrochimico e la LC-MS/MS sono i metodi più specifici e sensibili, poiché separano e quantificano direttamente la serotonina e i suoi metaboliti. I test ELISA sono più facili da eseguire in alcuni laboratori clinici, ma possono presentare reazioni incrociate con altre molecole e rivelarsi meno affidabili a basse concentrazioni.
La scelta del metodo deve essere effettuata in base al tipo specifico di sostanza chimica o di componente da misurare, alla concentrazione prevista, al grado di specificità richiesto per i risultati e alle attrezzature disponibili. Per lo screening clinico di un eccesso di serotonina periferica (ad esempio, nell’individuazione dei tumori carcinoidi), è preferibile dosare il 5-HIAA urinario delle ultime 24 ore mediante LC-MS o HPLC, oppure la serotonina plasmatica con un rigoroso controllo preanalitico. La ricerca sulla serotonina centrale si avvale generalmente del 5-HIAA nel liquido cerebrospinale (LCR), della tomografia a emissione di positroni (PET) o della microdialisi invasiva negli animali. Gli studi sulla serotonina periferica si basano sul contenuto piastrinico e sulle analisi del plasma o del siero.
Precauzioni essenziali per l’interpretazione e raccomandazioni pratiche
I dosaggi periferici non riflettono in modo affidabile la serotonina cerebrale, poiché la barriera emato-encefalica separa le riserve di serotonina centrale e periferica, e diversi enzimi (TPH1 rispetto a TPH2) controllano la sintesi della serotonina in ciascuna di esse. I livelli dei metaboliti della serotonina riflettono il ricambio e la clearance complessivi, e non la segnalazione sinaptica in un dato momento. I risultati ematici sono molto sensibili alle condizioni di manipolazione (ad esempio, i tempi di prelievo, la temperatura e l’attivazione piastrinica) e possono essere alterati in modo diverso rispetto alle misurazioni cerebrali da farmaci, quali gli SSRI e gli inibitori della MAO, o dall’alimentazione.
Scegliete il test più adatto alla domanda da porsi. Utilizzate i metaboliti del liquido cerebrospinale o le tecniche di imaging cerebrale per i processi centrali, e le analisi del plasma, delle piastrine o delle urine per i problemi periferici. Optate per l’HPLC o la LC-MS/MS per una maggiore precisione, ove possibile, e standardizzate il prelievo e il trattamento — ad esempio, il digiuno, il momento del prelievo, l’anticoagulante, nonché la velocità e la temperatura di centrifugazione — al fine di ridurre la variabilità.
Selezione e interpretazione dei metodi di misurazione dei livelli di serotonina
Non esiste un livello universale di serotonina nell’organismo: i valori variano a seconda dei tessuti. Scegliete un metodo analitico in base alla necessità di ottenere informazioni sulla serotonina periferica o cerebrale e a ciò che è più importante: precisione, invasività, risoluzione temporale o fattibilità clinica. Scoprite i vantaggi e i limiti di ciascun metodo — sangue, urina, liquido cerebrospinale, tecniche di imaging e tecniche cerebrali dirette — per interpretare correttamente i risultati e scegliere il test più adatto alle esigenze cliniche o di ricerca.
