研究揭示戒毒期大鼠可卡因渴望增强的分子机制

背景介绍

滥用药物的复发问题是药物成瘾治疗中的一个重大挑战。据相关研究，药物成瘾的复发行为通常是由与药物使用相关的环境线索所触发的，这一现象也被称为药物渴望的“孵化”现象，即随着戒断时间的延长，由线索诱导的药物寻找行为逐渐增强。无论是在人类还是动物模型中，像可卡因、海洛因、甲基苯丙胺、酒精和尼古丁等物质都表现出类似的孵化现象。研究这些模型对于揭示持续性药物渴望和复发的机制具有重要意义。

文章来源

本文由Ziqing Huai及其团队撰写，作者来自复旦大学基础医学院、国家医学神经生物学重点实验室、教育部脑科学前沿研究中心、复旦大学华山医院等机构，于2024年2月22日在线发表于《Progress in Neurobiology》期刊。

研究目的

本研究旨在揭示在可卡因戒断后的特定神经元集合（neuronal ensembles）中发生的分子变化以及这些变化如何促进药物渴望的增强。研究者通过标记由可卡因条件性位置偏好（CPP）训练激活的伏隔核（nucleus accumbens, NAC）的神经元集合，探讨其在戒断期不同时段内的活动变化。

研究方法

实验动物和CPP实验

实验鼠为C57BL/6J小鼠，通过条件性位置偏好（CPP）实验来评估可卡因的奖励效应。训练包括预测试、条件训练和测试阶段，使用10 mg/kg的可卡因进行训练。测试在不同的戒断时间（1天、7天、14天、21天、28天等）后进行，观察小鼠在可卡因配对区和盐水配对区的停留时间。

神经元集合标记

通过立即早期基因驱动的细胞标记技术，在使用阿考尼尔（arc）基因启动子的双转基因小鼠（Arctrap鼠）中标记由可卡因条件性位置偏好训练激活的神经元集合，评估神经元集合在戒断期不同时段内的活动变化。

免疫组化与实验数据分析

使用C-Fos蛋白进行免疫组化染色，检测神经元的激活情况。通过荧光显微镜成像和细胞计数软件分析神经元集合的活动变化。此外，研究还使用核糖体标记策略（Ribo-tag）对不同时间点的mRNA进行提取和定量PCR，以分析与突触可塑性相关的基因表达变化。

实验结果

伏隔核神经元集合在CPP测试中的活动增强

CPP测试显示，随着戒断时间的延长，小鼠对可卡因配对侧的偏好显著增强（如21天和28天后）。C-Fos免疫组化的结果显示，在21天戒断之后，伏隔核神经元集合的激活比例显著增加，与CPP测试中的偏好增强高度相关。

抑制伏隔核神经元集合的突触传递减少对可卡因的偏好

通过转基因小鼠和病毒载体介导的神经元抑制技术，研究显示在伏隔核神经元集合中表达四甲基氯化氨（Tetx，这是一种抑制神经递质释放的毒素）可显著减少戒断21天后小鼠对可卡因配对侧的偏好。

树突棘密度增加和GRIN1基因表达上调

实验还发现，伏隔核神经元在戒断21天后表现出树突棘密度的显著增加。通过Ribo-tag技术，检测到GRIN1（NMDA受体的一个亚基）的mRNA表达在伏隔核神经元集合中显著上调。

特异性敲低或失能GRIN1基因减少对可卡因的渴望

研究进一步通过基因敲除或突变的方法，显示特异性地敲低或失能伏隔核神经元集合中的GRIN1基因可显著减少戒断期小鼠的药物渴望。这一结果通过CPP和自我给药实验模型在多个时间点重复得到证实，表明NMDA受体在增进药物渴望中的重要作用。

结论与研究意义

结论

本研究揭示了伏隔核神经元集合在长时间戒断后可卡因渴望增强中的关键角色，并且发现NMDA受体亚基GRIN1的上调在这一过程中发挥了重要作用。通过特异性敲低或阻断GRIN1基因表达，能够减少药物渴望，为治疗药物成瘾提供了潜在的分子靶点。

意义

了解戒断期神经元集合和分子机制的变化对揭示持续性药物渴望和复发的机制具有重要意义。GRIN1的高表达与突触塑性变化提供了新的干预靶点，可能为药物成瘾的治疗带来新的希望。本研究不仅扩展了我们对药物成瘾神经生物学机制的理解，对开发新的药物依赖治疗方法具有重要的应用价值。

研究亮点

1. 揭示了长时间戒断后伏隔核神经元集合的活动增强和树突棘密度增加。
2. 发现了NMDA受体亚基GRIN1在伏隔核神经元集合中的上调与药物渴望的增强密切相关。
3. 通过基因敲除或突变方法确认了GRIN1在药物渴望中的关键作用，为药物成瘾的治疗提供了新的分子靶点。