應激與記憶相關的嗎啡心理依賴及復發的腦機制

隨著對犯罪生物基礎的深刻理解，藥物中毒的欲望和復吸行為等心理依賴問題日益突出。在成癮藥物作用下,神經系統發生長時程適應性改變,這種長時程的神經適應性改變,成為以強迫性覓藥和復吸為核心特征的依賴行為的物質基礎。特別是異常學習記憶的快速形成、長久保持和高度喚醒,與成癮行為的發生與發展有著重要關系。這種聯系體現在行為、細胞分子及基因表達與調控等不同方面。本課題圍繞學習、記憶、情緒及應激等心理因素與復發的關系,建立了阿片類物質心理依賴的多種動物行為模型。在此基礎上,從情緒相關學習、記憶在成癮行為中的作用,不同神經核團與神經遞質系統活動性的改變,應激相關因素易化的成癮易感性,自然獎賞與成癮藥物獎賞相關記憶的比較研究等方面,對應激與記憶相關的嗎啡心理依賴及復發的腦機制進行了系列研究。研究內容主要包括如下幾個方面:1)空間及正負性情緒相關學習記憶與成癮行為獲得、保持及受環境調控的復發動機的關系;2)習慣化學習與習慣形成與阿片類物質心理依賴的關系;3)環境應激對成癮行為獲得、保持的影響及其中樞機制;4)成癮易感性的行為遺傳學基礎及其與后天環境因素的交互作用;5)學習記憶活動與藥物心理依賴關系大鼠及小雞模型的比較研究;6)人類成癮患者情緒異常激活的功能影像學研究等。探索環境記憶或應激事件與心癮產生,激活之間的本質聯系,研究其生物本質,以尋找有效的對抗方法。1中毒的學習和記憶的作用以及相關腦結構1.1東南角水迷學習能力研究表明成癮藥物導致的腦內神經遞質系統的長時程適應性改變,其中大部分和腦內學習記憶環路的激活及分子改變存在重要的重合。藥物成癮的異常學習假說認為,強迫性覓藥行為的形成、保持與復吸行為的發生,和成癮藥物作用下所形成的異常學習記憶有重要關系。在嗎啡產生其致癮性的同時,也改變動物腦內的學習記憶分子并影響動物的學習能力。這種在成癮藥物作用下改變了的學習記憶能力,會使成癮相關環境線索及用藥動機突顯,影響到成癮行為的保持和復吸行為的發生。我們實驗室的研究工作表明,高空間學習能力的大鼠,較之低空間學習能力大鼠,其嗎啡精神獎賞CPP效應顯著為高,提示兩者至少存在著部分相同的神經機制。研究同時表明,嗎啡以劑量依賴性的方式影響動物在Morris水迷宮學習任務中的獲得能力。嗎啡對動物空間學習能力的影響部分通過海馬-中隔的膽堿系統調控。東莨菪堿加重10mg/kg嗎啡對空間學習能力的損害,此效應可以被膽堿酯酶抑制劑毒扁豆堿部分逆轉,提示嗎啡導致的動物空間學習能力的損害,部分通過膽堿M受體系統類藥物在成癮行為及學習記憶能力損害中的治療作用與前景(圖1、圖2)。1.2與情緒相關的存儲和藥物中毒1.2.1第4步:第5次元添加cea,2逃避藥物戒斷產生的負性情緒是產生強迫性覓藥行為的重要原因之一。戒斷狀態下非條件負性情緒的產生或條件性負性情緒的喚起,在成癮藥物復吸行為的產生中起到重要作用。我們以條件性位置厭惡(CPA)為藥物戒斷產生負性情緒狀態的行為模型,研究CPA形成和表達的相關腦結構及神經遞質基礎。研究發現,小劑量納絡酮可以誘發嗎啡處理大鼠產生CPA效應;同時在中央杏仁核(CeA)呈現c-fos表達的增加,說明CeA參與嗎啡戒斷誘發的厭惡效應。另外,在海洛因成癮患者的功能核磁共振研究中發現,負性情緒圖片誘發腹內側前額葉(VMPFC)的異常激活,中央杏仁核激活程度減弱(圖3)。說明VMPFC-CeA環路參與嗎啡戒斷誘發的非條件負性情緒及厭惡效應的產生。為了確認CeA中參與負性情緒產生的具體神經機制,我們采用6-OHDA特異性損毀CeA的DA神經元。結果發現,損毀CeA的DA系統顯著抑制CPA的形成(圖4),表明CeA的多巴胺系統參與CPA效應的獲得。研究同時發現,拮抗CeA的D1受體,可以阻斷CPA的形成,而阻斷D2受體沒有明顯作用(如圖5)。以上結果表明中央杏仁核的D1受體參與嗎啡戒斷導致的厭惡效應的產生。研究還表明,除外DA系統外,谷氨酸系統也參與負性情緒的產生過程,NMDA受體拮抗劑MK-801阻斷急性嗎啡戒斷導致CPA效應的獲得,但是并不影響此效應的表達。研究結果表明,谷氨酸系統促進嗎啡戒斷導致厭惡性情緒的產生,而當厭惡性情緒產生后,其條件性喚醒不受谷氨酸系統的調控,提示條件性負性情緒的喚起與非條件性負性情緒的產生可能存在不同的神經機制,其具體作用機制還有待進一步研究。抑郁癥和藥物成癮存在著顯著的共病現象。盡管各種成癮藥物導致的戒斷癥狀顯著不同,但其存在的抑郁性情緒及行為表現卻是相同的。提示在成癮藥物戒斷下出現的抑郁性神經機制改變可能和戒斷之后的復吸動機關系密切。研究初步發現,抑郁狀態削弱嗎啡CPP的建立;伏隔核注射D1受體激動劑SKF38393能顯著逆轉抑郁狀態對嗎啡CPP建立的影響,D2激動劑quinpirole無明顯作用(圖6)。蒼白球區注射D1激動劑SKF38393、D2激動劑quinpirole都無明顯作用。結果提示,抑郁對嗎啡獎賞學習的弱化作用,是通過中腦腹側被蓋-伏隔核中伏隔核D1受體介導的,而黑質-紋狀體DA神經傳導通路不參與此過程。關于抑郁與成癮的相互作用及其機制更深入的研究正在進行當中。1.2.2鞏固和促進正性情緒記憶的效能追求成癮藥物產生的正性情緒體驗是使用成癮藥物的始動因素。由病理性正性情緒所強化的異常學習、記憶的獲得與鞏固是成癮產生的前提條件,其中基底外側杏仁核在情緒相關記憶方面起重要作。我們的實驗以條件性位置偏愛(CPP)為正性情緒研究模型,探討了基底外側杏仁核的DA傳入纖維,在嗎啡CPP效應的記憶鞏固中的作用。結果發現,嗎啡CPP訓練后立即在基底外側杏仁核給予選擇性D1受體拮抗劑SCH23390顯著抑制了嗎啡的CPP效應,而訓練后2個小時給藥則無此效應,提示D1受體系統的激活參與到嗎啡CPP記憶的鞏固過程。干擾此記憶鞏固過程可以顯著消退嗎啡的成癮行為效應。基底外側杏仁核與中央杏仁核的DA受體,兩者在正性情緒記憶的提取與再鞏固中的作用正在研究當中。精神獎賞CPP效應存在顯著的個體差異。我們應用基因芯片技術,考察了高、低精神獎賞CPP表達大鼠腦內基因表達的差異。結果發現,45條基因序列參與CPP效應的表達,其中29條基因序列在D1受體拮抗劑SCH23390作用下表達下調,并導致大鼠嗎啡CPP效應顯著下降(如圖7)。在檢測到的29條差異表達基因中,經聚類分析發現有兩類大鼠嗎啡精神獎賞效應的易感性基因,一類為編碼細胞結構及非免疫類功能相關蛋白的序列,另一類為編碼免疫功能相關蛋白的序列。提示嗎啡作為外源性物質可調控免疫系統與神經內分泌功能,進而影響嗎啡精神獎賞CPP效應。在上述29條差異表達基因序列中,7條序列為未在GENDBANK中登錄的新基因序列。由于藥物成癮獎賞與自然獎賞過程存在許多共同的神經基礎,因此尋找相對特異、對自然獎賞無明顯影響的治療藥物非常困難。而正性情緒記憶的獲得是成癮產生的前提條件,通過加速成癮藥物的代謝來降低其精神獎賞效應,是控制由偶然用藥過渡到強迫性覓藥,治療藥物成癮的有效途徑。可卡因水解酶(CocE)能夠加速可卡因的代謝,我們通過轉基因技術制造CocEcDNA轉染大鼠,考察其對可卡因的代謝與行為效應的影響,結果發現大鼠血漿內酶活性在轉染后第5～7天增加到3000倍,濃度達到100mU/ml,半衰期33小時。此酶的活動性相當于3mg/kg純化可卡因水解酶的作用,可以顯著增強可卡因代謝,增加藥物血漿清除率,降低可卡因的精神興奮及其心血管效應(如圖8)。上述結果提示,通過轉基因技術加速成癮藥物代謝的基因治療方法具有很好臨床應用前景。1.3皮質酮與光照相關的記憶研究和小學習識的形成雖然在藥物成癮的研究中常用哺乳類動物作為實驗對象,但成癮藥物的獎賞及致癮作用等在其它較低等的生物(包括鳥類)中也同樣存在。小雞視覺辨別力強,神經系統早熟,紋狀體多巴胺系統非常發達,便于進行神經結構方面的研究。我們實驗室的前期研究工作表明,暗孵育雞胚,生后在被動回避任務和辨別任務中存在行為損害,在E19-20日給予光照或給予皮質酮可以顯著逆轉這種損害;皮質酮受體拮抗劑RU38486和蛋白合成抑制劑anisomycin可以逆轉皮質酮或光照所促進的記憶保持,提示皮質酮和光照促進的小雞記憶保持通過皮質酮受體介導,并通過相應的蛋白合成影響小雞生后記憶任務的完成[12～14]。同時,我們實驗室還建立了嗎啡作用下小雞的聯想性學習記憶模型,將嗎啡產生的精神獎賞效應與特定顏色的小塑料珠建立聯結,嗎啡產生的精神運動興奮性通過小雞的啄珠行為加以表現,用來考察成癮相關學習記憶的神經生物學機制。研究發現,一日齡小雞能夠形成明顯的嗎啡CPP效應及嗎啡的精神運動興奮性與行為敏感化效應。多巴胺轉運子拮抗劑諾米芬新顯著增加嗎啡處理小雞的自發活動量,多巴胺D1受體拮抗劑SCH23390能阻斷嗎啡誘導小雞CPP的表達,而D2受體拮抗劑雷氯必利沒有作用。說明多巴胺D1受體參與小雞的嗎啡精神獎賞效應的聯想學習。進一步研究發現,小雞的旁嗅葉球(LPO)和中間內側上紋狀體腹核(IMHV)在條件性位置偏愛及條件性精神興奮性中具有重要作用,其中LPO的D1和谷氨酸NMDA受體、IMHV的NMDA受體同時參與上述兩種聯想性學習(如圖9),而LPO的D2受體參與精神興奮性的聯想性學習,而IMHV的D1受體參與精神獎賞的聯想性學習(如圖10)。以上結果提示,在嗎啡精神獎賞作用的聯想性學習和與嗎啡條件性精神運動興奮性的聯想學習之間存在著分離效應。2受體刺激、易受刺激和藥物中毒2.1爭議是否可以進行合理的藥物成成癮作用動物的新穎尋求行為相當于人類的感覺尋求狀態。動物的新穎尋求行為增加動物探索新環境事物的機會,且和與成癮易感性有重要關系的中腦DA系統的活動性有重要關系。動物在新穎環境中動物運動的多少不能代表新穎尋求能力的高低,其中混雜著動物在新穎情景中應激反應性。為了更好研究新穎尋求與成癮之間的關系,我們采用Morris水迷宮,通過連續適應,排除動物對應激反應的差異性,然后在迷宮內加入新穎物體建立了測量新穎尋求的行為模型。研究表明,新穎尋求高的大鼠嗎啡CPP效應更強,而新穎環境中的自發運動與嗎啡CPP無明顯的相關關系(如圖11),表明新穎尋求行為可以有效地預測動物的成癮藥物獎賞效應。進一步研究表明,不論在大鼠青齡期還是成齡期,高新穎尋求的大鼠其嗎啡CPP效應都較低新穎尋求動物更強(圖12),說明動物不同年齡發展階段的新穎尋求都可以預測動物的成癮性易感性。研究同時還發現,青齡期新穎尋求高的大鼠在成齡期后嗎啡CPP效應更強;考慮到動物的新穎尋求行為和人類的感覺尋求行為有重要關聯,存在著相同的生物學基礎,上述研究結果為成癮易感人群的早期發現、甄別和社會控制提供了一定的依據。2.2環境反應對藥物中毒的影響和機制2.2.1應激程序有利于更好地發揮精神興趣效應應激不僅能誘發成癮動物在戒斷后的復吸,同時也促進成癮現象的發生及發展。我們的研究表明,在輕微應激環境中自發運動性較高的大鼠(HR與LR大鼠),對嗎啡存在著更高的急性精神興奮運動性,動物在更短的時間內產生行為敏感化反應。同時在連續給藥下,動物保持在更高的精神興奮狀態。長時程戒斷后,應激反應性較高的動物,依然維持更高水平的精神運動興奮效應。上述研究結果一致性地提示,對應激具有較高易感性的動物,其成癮性更強,復吸的可能性更大。研究同時還發現,外源性行為應激,如社會擁擠程序,可以顯著增加嗎啡的急性精神興奮效應,但存在明顯的個體差異,其中HR大鼠嗎啡精神興奮效應增加程度更大,而LR大鼠不存在此效應(如圖13)。結果表明,應激程序不僅從整體上易化了嗎啡的精神興奮效應,同時擴大了HR和LR大鼠在嗎啡精神興奮效應上原本存在的個體差異性(如圖14)。這些研究結果提示,先天和后天的共同作用,決定了動物對成癮藥物的最終的易感性。2.2.2應激-麻黃-海馬ca1區強迫性覓藥行為是成癮的本質特征。動物在形成藥物依賴行為后,會不惜代價地追求藥物使用。我們實驗室根據覓藥動機與逃生動機對抗的原理,首次建立了Morris迷宮量化覓藥動機模型。該模型通過求生與覓藥動機的對抗,測量成癮大鼠強迫性用藥行為的強度。結果發現,在成癮的早期階段,嗎啡和皮質酮反復同時用藥,大鼠尋找站臺的潛伏期顯著延長,大鼠逃生行為減弱,并導致了戒斷后嗎啡持續覓藥行為增強(如圖15)。提示應激狀態增強了動物的覓藥動機。海馬是調節應激反應的關鍵腦區,海馬神經元的突觸可塑性的變化在強迫性覓藥行為的產生與觸發中起重要作用。我們進一步研究應激和嗎啡對活體動物海馬CA1區突觸效能的影響,探討應激調節覓藥動機的中樞神經機制。結果表明,應激易化了低頻刺激導致的突觸效能降低,而急性嗎啡卻導致了突觸效能增強。值得注意的是,應激使急性嗎啡的效應從突觸效能增強轉變成了突觸效能抑制,并且阻礙了低頻刺激誘導的突觸效能降低。這種突觸可塑性可被糖皮質激素受體拮抗劑RU38486或NMDA受體拮抗劑AP-5阻斷。慢性嗎啡成癮后,急性嗎啡所致的突觸效能增強和應激易化的突觸效能均降低,但應激后急性嗎啡導致的突觸效能降低沒有改變(如圖16)。上述結果提示,在應激條件下,海馬突觸可塑性對阿片類藥物成癮異常記憶的形成和發展中起著關鍵性作用。2.2.3皮質酮對地理壓力的影響應激可以在下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)不同層次上影響成癮藥物的精神興奮性。我們的研究表明,急性注射皮質酮促進嗎啡的急性精神運動,多次注射皮質酮對嗎啡的行為敏感化效應沒有影響;束縛應激增加嗎啡的精神運動興奮性,但對嗎啡的條件性精神興奮性、行為敏感化無顯著影響。結果提示,皮質酮在急性精神運動中起重要作用,但不參與行為敏感化過程。應激在HPA軸其他層次上調控成癮藥物行為效應的機制有待進一步研究。2.2.4藥物敏感試驗盡管成癮相關行為效應受到藥物相關環境的巨大調控,此效應依然以成癮藥物作用下腦內神經元無條件敏感化效應為基礎。此效應在行為上表現為隨著連續給藥,動物的精神興奮性逐步升高。且連續給藥形成的無條件神經元敏感化及行為敏感化與強迫性覓藥行為的最終形成有著重要關系。我們的研究表明,嗎啡以劑量依賴的方式逐步增加動物的精神興奮性(圖17),且這種精神興奮性的逐漸增加表現出顯著的個體差異性。對微弱應激環境產生較高的運動性反應的大鼠較之低反應大鼠具有更高的行為敏感化效應,同時在經過長時程藥物戒斷后,其行為敏感化效應維持更長時間(圖18)。依據藥物成癮的精神興奮性理論,其維持更久的神經適應性改變及行為敏感化效應應該和動物戒斷后的復吸行為有重要的因果關系。3nmda受體抗劑自然獎賞與成癮藥物獎賞的比較研究,可以揭示成癮的特異性神經過程,并發現兩者共同與分離的神經機制。選擇性干預成癮藥物的異常獎賞效應,避免對自然獎賞功能的影響,可為臨床成癮行為治療提供依據。我們的研究表明,大鼠經過條件性訓練,對嗎啡與食物獎賞記憶的獲得沒有顯著差異,但對嗎啡獎賞記憶保持的時間更長。成癮藥物所引起的異常學習記憶可能是導致成癮長期存在的重要原因。研究還發現,納絡酮顯著增強大鼠的嗎啡CPP效應,但對食物CPP沒有影響;NMDA受體拮抗劑MK-801完全抑制嗎啡CPP的表達,但增強食物CPP的表達(如圖19);MK-801能顯著降低納絡酮對嗎啡CPP表達的增強作用。這些證據提示,內源性阿片或谷胺酸系統對自然和藥物獎賞記憶的調控存在機制上的分離。中樞機制的研究進一步表明,MK-801對食物CPP表達的促進作用是通過外側下丘腦NMDA受體來調節的,而MK-801抑制嗎啡渴求是通過調節伏隔核NMDA受體來實現的。同時還發現,外側下丘腦到伏隔核的黑色素濃集素(MCH)投射,對食物與嗎啡渴求存在相反的調節作用。激活伏隔核的MCH受體促進食物CPP,抑制嗎啡CPP(如圖20)。結果提示,外側下丘腦到伏隔核的MCH投射參與食物與成癮藥物渴求的表達。推測外側下丘腦的MCH投射可能是食物渴求發動與終止負反饋環路的重要環節之一。MCH在治療阿片類藥物成癮以及肥胖癥等方面,具有一定的應用潛力。4成