成癮藥物心理依賴及復發(fā)的腦機制研究

成癮藥物心理依賴及復發(fā)的腦機制研究

 

摘  要  圍繞學習、記憶、情緒及應激等心理因素與復發(fā)的關系，應用阿片類物質心理依賴研究條件性位置偏愛，條件性位置厭惡，Morris 水迷宮量化覓藥動機模型，行為及條件性行為敏感化等多種動物行為模型，從情緒相關學習、記憶在成癮行為中的作用，不同神經(jīng)核團與神經(jīng)遞質系統(tǒng)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藥物心理依賴及復發(fā)的腦機制進行了系列研究。

隨著對成癮行為生物基礎認識的逐漸深入，藥物成癮相關的渴求和復吸行為等心理依賴問題，受到了越來越多的重視。在成癮藥物作用下，神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生長時程適應性改變，這種長時程的神經(jīng)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(fā)生與發(fā)展有著重要關系。這種聯(lián)系體現(xiàn)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(fā)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(jīng)核團與神經(jīng)遞質系統(tǒng)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藥物心理依賴及復發(fā)的腦機制進行了系列研究。研究內(nèi)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(huán)境調控的復發(fā)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(huán)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(huán)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(huán)境記憶或應激事件與心癮產(chǎn)生，激活之間的本質聯(lián)系，研究其生物本質，以尋找有效的對抗方法。

1 學習、記憶在成癮行為中的作用及其相關腦結構

1.1 空間學習記憶能力與成癮行為效應的關系 研究表明成癮藥物導致的腦內(nèi)神經(jīng)遞質系統(tǒng)的長時程適應性改變，其中大部分和腦內(nèi)學習記憶環(huán)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(fā)生，和成癮藥物作用下所形成的異常學習記憶有重要關系。在藥物產(chǎn)生其致癮性的同時，也改變動物腦內(nèi)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(huán)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(fā)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， 其藥物精神獎賞CPP效應顯著為高，提示兩者至少存在著部分相同的神經(jīng)機制[1]。研究同時表明，藥物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。藥物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(tǒng)調控。東莨菪堿加重10 mg/kg藥物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[2]，提示藥物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(tǒng)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 情緒相關學習記憶與藥物成癮

1.2.1 負性情緒記憶與成癮行為效應及其腦機制 逃避藥物戒斷產(chǎn)生的負性情緒是產(chǎn)生強迫性覓藥行為的重要原因之一。戒斷狀態(tài)下非條件負性情緒的產(chǎn)生或條件性負性情緒的喚起，在成癮藥物復吸行為的產(chǎn)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(chǎn)生負性情緒狀態(tài)的行為模型， 研究CPA形成和表達的相關腦結構及神經(jīng)遞質基礎。研究發(fā)現(xiàn)，小劑量納絡酮可以誘發(fā)藥物處理大鼠產(chǎn)生CPA效應； 同時在中央杏仁核 （CeA）呈現(xiàn) c-fos 表達的增加，說明 CeA 參與藥物戒斷誘發(fā)的厭惡效應[3]。另外，在海洛因成癮患者的功能核磁共振研究中發(fā)現(xiàn)，負性情緒圖片誘發(fā)腹內(nèi)側前額葉（VMPFC）的異常激活，中央杏仁核激活程度減弱[4]（圖3） 。說明VMPFC-CeA環(huán)路參與藥物戒斷誘發(fā)的非條件負性情緒及厭惡效應的產(chǎn)生。為了確認 CeA 中參與負性情緒產(chǎn)生的具體神經(jīng)機制， 我們采用6-OHDA特異性損毀CeA 的DA神經(jīng)元。結果發(fā)現(xiàn)，損毀CeA 的DA系統(tǒng)顯著抑制CPA 的形成（圖 4） ，表明 CeA 的多巴胺系統(tǒng)參與CPA 效應的獲得[5]。研究同時發(fā)現(xiàn)，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[6]（如圖5） 。以上結果表明中央杏仁核的 D1 受體參與藥物戒斷導致的厭惡效應的產(chǎn)生。研究還表明，除外DA系統(tǒng)外，谷氨酸系統(tǒng)也參與負性情緒的產(chǎn)生過程，NMDA受體拮抗劑MK-801阻斷急藥物物戒斷導致CPA 效應的獲得， 但是并不影響此效應的表達[7]。研究結果表明，谷氨酸系統(tǒng)促進藥物戒斷導致厭惡性情緒的產(chǎn)生，而當厭惡性情緒產(chǎn)生后，其條件性喚醒不受谷氨酸系統(tǒng)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(chǎn)生可能存在不同的神經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)卻是相同的。提示在成癮藥物戒斷下出現(xiàn)的抑郁性神經(jīng)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(fā)現(xiàn)，抑郁狀態(tài)削弱藥物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(tài)對藥物 CPP建立的影響，D2激動劑quinpirole無明顯作用（圖6）。蒼白球區(qū)注射 D1 激動劑 SKF38393、D2 激動劑 quinpirole 都無明顯作用 [8]。結果提示，抑郁對藥物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(jīng)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 正性情緒記憶與藥物成癮效應 追求成癮藥物產(chǎn)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(chǎn)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，在藥物CPP效應的記憶鞏固中的作用。結果發(fā)現(xiàn)，藥物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 顯著抑制了藥物的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(tǒng)的激活參與到藥物CPP記憶的鞏固過程。干擾此記憶鞏固過程可以顯著消退藥物的成癮行為效應[9]�；�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(nèi)基因表達的差異。結果發(fā)現(xiàn)，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，并導致大鼠藥物 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(jīng)聚類分析發(fā)現(xiàn)有兩類大鼠藥物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。提示藥物作為外源性物質可調控免疫系統(tǒng)與神經(jīng)內(nèi)分泌功能，進而影響藥物精神獎賞 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[10]。 由于藥物成癮獎賞與自然獎賞過程存在許多共同的神經(jīng)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(chǎn)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�？煽ㄒ蛩�解酶（CocE）能夠加速可卡因的代謝，我們通過轉基因技術制造 CocE cDNA 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(fā)現(xiàn)大鼠血漿內(nèi)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）[11]。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 小雞成癮行為效應的腦機制 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(jīng)系統(tǒng)早熟，紋狀體多巴胺系統(tǒng)非常發(fā)達，便于進行神經(jīng)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藥物作用下小雞的聯(lián)想性學習記憶模型，將藥物產(chǎn)生的精神獎賞效應與特定顏色的小塑料珠建立聯(lián)結，藥物產(chǎn)生的精神運動興奮性通過小雞的啄珠行為加以表現(xiàn)，用來考察成癮相關學習記憶的神經(jīng)生物學機制。研究發(fā)現(xiàn)，一日齡小雞能夠形成明顯的藥物 CPP 效應及藥物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藥物處理小雞的自發(fā)活動量[15]，多巴胺 D1 受體拮抗劑 SCH23390 能阻斷藥物誘導小雞 CPP 的表達，而 D2 受體拮抗劑雷氯必利沒有作用[16]。說明多巴胺 D1 受體參與小雞的藥物精神獎賞效應的聯(lián)想學習。進一步研究發(fā)現(xiàn)，小雞的旁嗅葉球（LPO）和中間內(nèi)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(lián)想性學習（如圖 9），而LPO 的 D2 受體參與精神興奮性的聯(lián)想性學習，而IMHV 的 D1 受體參與精神獎賞的聯(lián)想性學習（如圖10）[17]。以上結果提示，在藥物精神獎賞作用的聯(lián)想性學習和與藥物條件性精神運動興奮性的聯(lián)想學習之間存在著分離效應。

2 應激、易感性與藥物成癮

2.1 新穎尋求與成癮藥物易感性 動物的新穎尋求行為相當于人類的感覺尋求狀態(tài)。動物的新穎尋求行為增加動物探索新環(huán)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(tǒng)的活動性有重要關系。動物在新穎環(huán)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(xù)適應，排除動物對應激反應的差異性，然后在迷宮內(nèi)加入新穎物體建立了測量新穎尋求的行為模型。研究表明，新穎尋求高的大鼠藥物CPP效應更強，而新穎環(huán)境中的自發(fā)運動與藥物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藥物 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(fā)展階段的新穎尋求都可以預測動物的成癮性易感性 [18]。研究同時還發(fā)現(xiàn)，青齡期新穎尋求高的大鼠在成齡期后藥物CPP效應更強[19]；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(lián)，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(fā)現(xiàn)、甄別和社會控制提供了一定的依據(jù)。

2.2 環(huán)境應激對藥物成癮的影響及機制

2.2.1 應激與成癮藥物的精神興奮運動效應 應激不僅能誘發(fā)成癮動物在戒斷后的復吸，同時也促進成癮現(xiàn)象的發(fā)生及發(fā)展。我們的研究表明，在輕微應激環(huán)境中自發(fā)運動性較高的大鼠（HR與LR大鼠），對藥物存在著更高的急性精神興奮運動性，動物在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生行為敏感化反應。同時在連續(xù)給藥下，動物保持在更高的精神興奮狀態(tài)。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[20]。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(fā)現(xiàn)，外源性行為應激，如社會擁擠程序，可以顯著增加藥物的急性精神興奮效應，但存在明顯的個體差異，其中 HR 大鼠藥物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藥物的精神興奮效應，同時擴大了 HR 和 LR 大鼠在藥物精神興奮效應上原本存在的個體差異性 [21]（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應激調控覓藥動機的中樞機制

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(jù)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(fā)現(xiàn)，在成癮的早期階段，藥物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，并導致了戒斷后藥物持續(xù)覓藥行為增強（如圖15）[22]。提示應激狀態(tài)增強了動物的覓藥動機。 海馬是調節(jié)應激反應的關鍵腦區(qū)，海馬神經(jīng)元的突觸可塑性的變化在強迫性覓藥行為的產(chǎn)生與觸發(fā)中起重要作用。我們進一步研究應激和藥物對活體動物海馬CA1區(qū)突觸效能的影響，探討應激調節(jié)覓藥動機的中樞神經(jīng)機制。結果表明，應激易化了低頻刺激導致的突觸效能降低，而急藥物物卻導致了突觸效能增強。值得注意的是，應激使急藥物物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。慢藥物物成癮后，急藥物物所致的突觸效能增強和應激易化的突觸效能均降低，但應激后急藥物物導致的突觸效能降低沒有改變（如圖16）[22]。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(fā)展中起著關鍵性作用。

2.2.3 皮質酮參與應激調控藥物成癮過程

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藥物的急性精神運動，多次注射皮質酮對藥物的行為敏感化效應沒有影響[23]；束縛應激增加藥物的精神運動興奮性，但對藥物的條件性精神興奮性、行為敏感化無顯著影響[24]。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 成癮藥物的無條件神經(jīng)元敏感化與成癮易感性

盡管成癮相關行為效應受到藥物相關環(huán)境的巨大調控，此效應依然以成癮藥物作用下腦內(nèi)神經(jīng)元無條件敏感化效應為基礎。此效應在行為上表現(xiàn)為隨著連續(xù)給藥，動物的精神興奮性逐步升高。且連續(xù)給藥形成的無條件神經(jīng)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，藥物以劑量依賴的方式逐步增加動物的精神興奮性[25]（圖 17），且這種精神興奮性的逐漸增加表現(xiàn)出顯著的個體差異性。對微弱應激環(huán)境產(chǎn)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(jīng)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(jù)藥物成癮的精神興奮性理論，其維持更久的神經(jīng)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。

3 自然獎賞與成癮藥物獎賞相關記憶的比較研究

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(jīng)過程，并發(fā)現(xiàn)兩者共同與分離的神經(jīng)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(jù)。我們的研究表明，大鼠經(jīng)過條件性訓練，對藥物與食物獎賞記憶的獲得沒有顯著差異，但對藥物獎賞記憶保持的時間更長[26]。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(fā)現(xiàn)，納絡酮顯著增強大鼠的藥物CPP效應，但對食物CPP沒有影響；NMDA受體拮抗劑MK-801完全抑制藥物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藥物CPP表達的增強作用[27]。這些證據(jù)提示，內(nèi)源性阿片或谷胺酸系統(tǒng)對自然和藥物獎賞記憶的調控存在機制上的分離。圖19 外周MK-801促進食物CPP表達抑制藥物CPP表達[28]

 

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(jié)的，而MK-801抑制藥物渴求是通過調節(jié)伏隔核NMDA 受體來實現(xiàn)的 [28]。同時還發(fā)現(xiàn)，外側下丘腦到伏隔核的黑色素濃集素（MCH）投射，對食物與藥物渴求存在相反的調節(jié)作用。激活伏隔核的 MCH 受體促進食物 CPP，抑制藥物 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[26]。推測外側下丘腦的 MCH 投射可能是食物渴求發(fā)動與終止負反饋環(huán)路的重要環(huán)節(jié)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 研究展望

大量研究證明，在成癮藥物作用下，腦內(nèi)形成的長時程適應性改變是藥物依賴行為形成的基礎。其中藥物戒斷后所形成的繼時性改變，更成為藥物心理依賴的本質，同時驅動復吸行為的發(fā)生。其中和環(huán)境應激和情緒相關學習記憶的異常表達，是藥物成癮長期存在的重要原因 [25]。已經(jīng)形成的成癮相關記憶可逆性的變化及成癮相關環(huán)境應激對成癮行為的易化及其所喚醒的復吸行為及其神經(jīng)機制，成為目前成癮研究的熱點，包括如下幾方面的問題，一，既然成癮行為的發(fā)生以神經(jīng)元的無條件敏感化為基礎，環(huán)境因素在其中只是起到對此敏感化是否表達和在多大程度上表達的作用，那么環(huán)境線索誘發(fā)的復吸行為和無條件神經(jīng)元敏感化的關系及其神經(jīng)機制是什么？二、成癮藥物作用下，情緒相關學習記憶的異常形成及表達和藥物依賴過程中所形成的無條件神經(jīng)元敏感化的關系是什么？三、既然成癮記憶的形成是一個動態(tài)的過程，什么因素能夠促進記憶的鞏固，具體的作用機制是什么？四，基于臨床治療的意義，已經(jīng)形成的成癮記憶在什么狀態(tài)下可以削弱或刪除？具體作用機制是什么？五，相對于自然獎賞相關的記憶，成癮相關記憶的神經(jīng)機制是否有特異性？針對這些問題研究已經(jīng)取得重大進展[28~34]。但對具體作用機制的闡明尚存在分歧，有待進一步研究。