長期服用甲基苯丙胺對(duì)線粒體呼吸代謝和氧化還原穩(wěn)態(tài)分子機(jī)制詳解

引言：

吸毒將導(dǎo)致其腦功能和代謝的改變。其中多巴胺中腦邊緣系統(tǒng)直接或間接地介導(dǎo)了甲基苯丙胺和其他成癮物質(zhì)的成癮特性。

甲基苯丙胺（METH），是冰毒的有效成分，注射后，其血漿濃度在幾分鐘內(nèi)達(dá)到峰值，且有較長的半衰期（約10小時(shí)），有助于其成癮，并產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用。冰毒暴露會(huì)導(dǎo)致線粒體電子傳遞鏈的功能改變，并降低一些線粒體復(fù)合體亞基的表達(dá)，也可以增加活性氧（ROS），影響氧化還原穩(wěn)態(tài)，并導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元的損傷，長期服用甲基苯丙胺對(duì)線粒體呼吸代謝和氧化還原穩(wěn)態(tài)的功能改變尚不清楚。
美國馬里蘭州馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)系聯(lián)合俄克拉荷馬醫(yī)學(xué)研究基金會(huì)發(fā)表了標(biāo)題為“Long-term methamphetamine self-administration increases mesolimbic mitochondrial oxygen consumption and decreases striatal glutathione ”的文章，通過使用高分辨率呼吸測定法來確定線粒體復(fù)合物的耗氧率（OCR）及其相應(yīng)的過氧化氫（H₂O₂）的產(chǎn)生，研究了長期暴露于冰毒自我給藥對(duì)其大腦線粒體功能的影響。

本研究旨在確定富含多巴胺的中腦邊緣區(qū)對(duì)長時(shí)間冰毒給藥引起的線粒體氧化還原穩(wěn)態(tài)不平衡的敏感性。首先，訓(xùn)練小鼠長期暴露于甲基苯丙胺，并收集大腦腹側(cè)紋狀體（vST）和腹側(cè)中腦（vMB）的樣本，使用HPLC檢測還原型和氧化型谷胱甘肽（GSH）的的變化。然后，通過其線粒體復(fù)合體對(duì)耗氧率（OCR）和過氧化氫產(chǎn)生的檢測，來評(píng)估這兩個(gè)區(qū)域的線粒體復(fù)合體的功能。

實(shí)驗(yàn)方法：
 

1. 成年雄性小鼠，注射甲基苯丙胺，幾周后取其腦組織樣本（約2-5毫克）至加有皂苷的（50μg/mL）緩沖液X（含7.23 K₂EGTA, 2.77 CaK₂EGTA, 20 imidazole, 0.5 DTT, 20 taurine, 5.7 ATP, 14.3 PCr, 6.56 MgCl₂–6H₂O, 50 K-MES）中進(jìn)行透化30 min，后用緩沖液Z（含105 K-MES, 30 KCl, 10 K₂HPO₄, 5 MgCl₂–6H₂O, 0.5 mg/ml BSA）進(jìn)行3x5min沖洗。用Oroboros O2k同時(shí)檢測其OCR和線粒體過氧化氫的產(chǎn)生（需安裝檢測過氧化氫的綠色熒光模塊）。

2. 檢測艙室中加入熒光指示劑AmR, HRP

3. 依次添加底物和抑制劑，順序如下：

谷氨酸(GLU)、蘋果酸(MAL)-復(fù)合體I主導(dǎo)的電子傳遞鏈底物，測LEAK呼吸

二磷酸腺苷(ADP)-ATP合酶底物，開啟磷酸化過程

琥珀酸(SUC)-復(fù)合體II底物

魚藤酮(ROT)-復(fù)合體I抑制劑

抗霉素A(AA)-復(fù)合體III抑制劑，關(guān)閉電子傳遞

抗壞血酸（ASC）和N、N、N‘、N′-四甲基對(duì)苯二胺（TMPD）-復(fù)合體IV底物

4. 使用Datlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
與未注射動(dòng)物的腦組織相比，腹側(cè)紋狀體（vST）和腹側(cè)中腦（vMB）的無任何試劑的基礎(chǔ)組織呼吸均增加；長期冰毒暴露組小鼠的組織OCR檢測中觀察到各個(gè)復(fù)合體活性增加。

圖.甲基苯丙胺（METH）給藥后的線粒體呼吸
 

結(jié)論：

此研究表明甲基苯丙胺給藥促進(jìn)氧化環(huán)境，從而消耗GSH水平；此外發(fā)現(xiàn)，中腦邊緣區(qū)域達(dá)到了更高的線粒體呼吸代謝，但這種較高的代謝狀態(tài)并不會(huì)增加線粒體產(chǎn)生的過氧化氫。因此將線粒體代謝的增加解釋為中腦邊緣系統(tǒng)的適應(yīng)過程，是由于冰毒暴露的持續(xù)壓力可維持多巴胺的釋放。此外，OCR正成為與行為和藥理學(xué)操作相關(guān)的多巴胺回路激活的一個(gè)指標(biāo)。因此，我們關(guān)于中腦邊緣區(qū)域線粒體呼吸增加的數(shù)據(jù)可能反映了該通路參與調(diào)節(jié)甲基苯丙胺的強(qiáng)化效應(yīng)，也是一種維持大腦生理多巴胺功能的代償機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

Dominguez-Lopez S, Ahn B, Sataranatarajan K, Ranjit R, Premkumar P, Van Remmen H, Beckstead MJ. Long-term methamphetamine self-administration increases mesolimbic mitochondrial oxygen consumption and decreases striatal glutathione. Neuropharmacology. 2023 Apr 1;227:109436. doi: 10.1016/j.neuropharm.2023.109436. Epub 2023 Jan 21. PMID: 36693561; PMCID: PMC10080784.