长春应化所在天然致幻剂化学生态学与趋同演化研究方面发表前瞻性观点论文
中国科学院长春应用化学研究所化学前沿交叉实验室王晓辉研究团队受邀在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）发表题为“Chemical Ecology and Convergent Evolution of Natural Hallucinogens: From Ecological Defense to Conserved Neural Targets”的前瞻性观点论文即将上线。该论文从化学生态学、比较基因组学、生物合成逻辑和演化生物学等多学科视角出发，系统阐述了天然致幻剂在植物、真菌和动物中的多次独立起源、生态功能及其作用于保守神经靶点的演化基础。
长期以来，天然致幻剂主要因其对人类感知、情绪和认知的强烈影响而受到关注。经典致幻剂如裸盖菇素、麦斯卡林、N,N-二甲基色胺（DMT）及其相关天然产物，在精神疾病治疗、神经可塑性调控和意识科学研究中展现出重要价值。然而，从自然界自身的角度看，一个更基础的问题仍然悬而未决：为什么植物、真菌和动物会反复演化出能够强烈调节动物神经系统的化合物？这些分子在其原始生态环境中承担何种功能？它们为何能够以痕量剂量作用于包括人类在内的消费者体内高度保守的神经递质系统？
该文章认为，天然致幻剂并非偶然生成的“化学意外”，而应被置于生态互作与协同演化的框架中理解。植物、真菌和动物在长期演化过程中反复利用有限的代谢构件，通过羟基化、甲基化、磷酸化、异戊烯基化等模块化修饰，产生结构多样的精神活性化合物。这些化合物可能参与防御捕食者、威慑取食者、调节共生关系、影响跨界通讯以及应对环境胁迫等生态过程。由于动物神经系统中的血清素能系统及其他神经调节通路在演化上高度保守，天然致幻剂得以通过靶向这些古老而广泛存在的神经系统节点，产生强烈而可被选择保留的生态效应。
动物同样可以将神经活性小分子纳入防御体系。索诺兰沙漠蟾蜍（Incilius alvarius）腮腺分泌物中含有5-MeO-DMT、蟾毒色胺以及蟾蜍二烯羟酸内酯类强心甾体等成分，构成多组分化学防御体系。论文提出，强心甾体可能通过快速心血管效应和催吐作用产生急性威慑，而色胺类成分可能造成显著的感知和定向障碍，两类成分共同形成强烈而持久的厌恶体验，从而促进捕食者学习性回避。此外，哺乳动物体内也存在DMT相关代谢与信号研究线索，提示内源性精神活性分子可能参与应激反应、细胞保护和神经可塑性调节等过程，但其生理功能仍需进一步实验证实。
在生物合成层面，文章指出，天然致幻剂虽然结构类型多样，却共享相对有限的代谢“语法”。莽草酸途径为色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等芳香族前体提供来源，异戊二烯途径提供萜类构件，一碳单位则主要由S-腺苷-L-甲硫氨酸供给。在不同生物界中，反复被调用的酶类包括磷酸吡哆醛依赖性脱羧酶、细胞色素P450羟化酶、O-和N-甲基转移酶、激酶、异戊烯基转移酶以及参与Pictet-Spengler缩合或非核糖体肽合成的酶系统。正是这种共享的模块化生物合成逻辑，使植物、真菌和动物能够在不同生态背景下反复“发明”具有精神活性的天然产物。
文章也强调，当前关于天然致幻剂生态功能的证据仍存在重要空白。许多假说仍需要野外生态学、遗传学、行为学和化学生物学的联合验证。特别是在真实生态系统中，特定致幻分子是否直接改变特定消费者行为、是否提高生产者适合度、是否驱动长期协同演化，仍需要通过遗传定义的消费者模型、原位化学生态实验和跨物种比较研究加以检验。因此，该论文并非简单将人类经验外推至自然界，而是提出一个可检验的综合理论框架。
综上，该文章提出，天然致幻剂是生态选择、分子约束和神经生物学机会共同作用的产物。它们在自然界中的持续存在，反映了生产者生物对保守神经靶点的反复利用，也反映了模块化生物合成、基因簇移动、酶家族扩增、水平基因转移和多效性生态功能之间的复杂互动。该观点为理解天然致幻剂的生态起源、演化路径和生物学功能提供了统一框架，也为天然致幻剂的发现、可持续生产、药物开发和伦理化应用提供了新的理论依据。
长春应化所是国内致幻剂研究领域的主要推动力量。近年来，王晓辉研究员团队围绕致幻剂结构改造、受体药理、脑区环路机制、神经可塑性调控及临床前转化等方向开展了系统研究，已在Nature、National Science Review、Molecular Psychiatry、Brain等国内外高水平期刊发表致幻剂相关论文三十余篇，在国际学术界产生了广泛影响。
