【客户文章】《Biological Psychiatry》南方医科大学张璐团队发现药物成瘾的新机制

在世界范围内，药物成瘾已成为日益严重的社会问题。据联合国《2018年世界毒品报告》显示：2016年全世界毒品成瘾人数首次达到2900万，每年约20万人死于吸毒。同样地，药物成瘾也已成为我国重大的社会问题。据《2017年中国毒品形势报告》显示：截至2017年底，我国有吸毒人员255.3万名，其中滥用甲基一苯一丙胺（methamphetamine，METH）等新型合成毒品人员仍居首位。METH已成为继海一洛因之后的国内第二大成瘾性药物。然而，针对METH成瘾机制目前仍未完全阐明，缺乏有效的治疗药物。
 

近日，南方医科大学张璐教授课题组在精神病领域顶.级期刊《Biological Psychiatry》上发表题为“Dopamine D1 and D2 Receptors Differentially Regulate Rac1 and Cdc42 Signaling in the Nucleus Accumbens to Modulate Behavioral and Structural Plasticity After Repeated Methamphetamine Treatment”的研究成果。该研究首次报道了多巴胺D1和D2受体通过差异性调节小GTP酶家族成员Rac1和Cdc42活性，从而介导METH诱导的条件性位置偏好（conditioned place preference, CPP）和中型棘突神经元（medium spiny neurons, MSNs）的结构重塑。该成果丰富了药物成瘾的机制研究，提示多巴胺受体至下游的信号分子通路（例如Rac1/Cdc42）可能是治疗药物成瘾的潜在靶点，为药物成瘾的治疗提供新的思路。

 

毒品诱导的神经元结构重塑的分子机制备受关注，但是METH诱导的结构重塑的分子机制知之甚少。研究团队围绕多巴胺受体信号通路在METH诱导的行为及结构重塑中的调控机制，进行了如下研究：

研究人员首先运用转基因小鼠D1 flox小鼠（Drd1 loxp/loxp）和D2 flox（Drd2 loxp/loxp）小鼠，结合Cre-LoxP重组酶系统，将表达Cre的AAV工具病毒立体定位注射至伏隔核(Nucleus,Accumbens, NAc)实现局部敲除D1R或D2R，精确地研究NAc区D1R和D2R在METH诱导的行为和结构重塑中的作用。研究发现NAc局部敲除D1R或D2R抑制METH诱导的CPP和活动能力，但是D1R和D2R差异性的调控METH戒断后行为重塑。

进一步，研究人员探讨NAc区D1R或D2R敲除对METH诱导的NAc区MSNs神经元的结构重塑的影响，发现D1R敲除或D2R敲除本身对MSNs的树突复杂性，分支长度和数量并没有显著影响；但是D1R敲除或D2R敲除显著抑制了METH诱导的树突复杂性、分支长度和数量增加的趋势以及METH诱导的MSNs树突棘重塑。

图2. NAc区D1R或D2R敲除抑制了METH诱导的MSNs结构重塑
 

针对METH诱导的行为重塑的分子机制，发现伏隔核Rac1和Cdc42通路差异性调控METH诱导的行为重塑。

针对METH诱导结构重塑的分子机制，发现伏隔核Rac1和Cdc42通路差异性调控METH诱导的结构重塑。

接下来，利用NAc局部敲除D1R（NAc Drd1KO）或D2R（NAc Drd2KO）小鼠，以及Rac1和Cdc42突变病毒，探究NAc区D1R和D2R是否通过调节Rac1和/或Cdc42信号通路参与METH诱导的行为重塑。研究发现NAc区D1R和D2R差异性调节Rac1和Cdc42信号参与METH诱导的CPP而不是活动能力增强。

图5-1. NAc局部敲除D1R或D2R影响了METH诱导的Rac1和Cdc42信号

图5-2. NAc区D1R和D2R差异性调节Rac1和Cdc42信号参与METH诱导的CPP
 

利用NAc局部敲除D1R（NAc Drd1KO）或D2R（NAc Drd2KO）小鼠，以及Rac1和Cdc42突变病毒，探究NAc区D1R和D2R是否通过调节Rac1和/或Cdc42信号通路参与METH诱导的结构重塑。发现D1R激活Rac1和Cdc42，而D2R抑制Rac1同时激活Cdc42，从而促进METH诱导的结构重塑。

在此项研究中，团队使用了枢密的工具病毒（AAV9-hSyn-Cre-mCherry,AAV9-hSyn-mCherry），联合运用NAc区局部敲除多巴胺D1（NAc Drd1KO）或D2受体（NAc Drd2KO）的小鼠以及Rac1和Cdc42的活性或无活性突变病毒发现：1）NAc区D1R通过激活Rac1和Cdc42信号通路，D2R通过抑制Rac1而激活Cdc42信号通路介导METH诱导的CPP和结构重塑；2）D1R和D2R均不通过Rac1或Cdc42信号通路介导METH诱导的活动能力增加；3）NAc区D1R敲除抑制了Rac1信号从而加剧了METH戒断引起的空间学习记忆的损害，而D2R不通过Rac1或Cdc42信号通路参与METH戒断引起的焦虑行为。

图7. NAc区D1R和D2R通过差异性调节Rac1和Cdc42通路参与METH诱导的行为及结构重塑
 

南方医科大学基础医学院张璐教授和张琳教授为论文通讯作者，硕博连读研究生凃耿红为论文第一作者。此研究获得国家自然科学基金、广东省自然科学基金重点项目、广东省高等学校珠江学者项目支持。
 

如有相关实验需求，或了解更多产品，欢迎扫码咨询！