早期社会隔离增强吗啡奖赏相关记忆的表观遗传机制研究

Opioids dependence (OD) is a complex disease influenced by both environmental and genetic factors. Early social isolation (ESI) is an important environmental factor that increases the susceptibility for OD, whereas, the mechanisms underlying its effects are unclear. Our previous experiments found that ESI enhanced morphine reward-related memory and decreased the total DNA methylation level in nucleus accumbence. Considering the crucial roles of epigenetic modifications within mesolimbic area in molecular and behavioral neuroplasticity in drug addiction, and the potential mediation between epigenetic modifications and the genes expression alterations in mesolimbic area induced by ESI, we proposed that ESI may contribute to associative reward learning via epigenetic mechanisms. In the present study, we sought to screen out the specific DNA methylation and/or histone modification within mesolimbic area of mice that are caused by interaction between ESI and associative learning of morphine reward using methylation sequencing and ChIP-sequencing. Moreover, we plan to evaluate the roles of candidate epigenetic modifications in formation, extinction, and recall of morphine reward-related memory via the gain- and loss- of- function of epigenetic modification related enzymes and lentivirus-mediating gene overexpression. This study will develop a new strategy for analyzing the causal relationship between adverse early-life experiences and addiction susceptibility, and provide the theoretical foundation for the recognization of susceptible population for OD and individualized preventive and therapeutic management of OD.

阿片依赖（OD）是由遗传和环境共同促发的严重疾病。早期社会隔离（ESI）是增加OD易感性的重要环境因素，但其作用机制尚不清楚。我们前期实验发现ESI显著增强成年后小鼠吗啡关联性奖赏学习，并可降低成瘾关键脑区伏隔核内整体甲基化水平。基于中脑边缘区（ML）内表观遗传修饰在成瘾相关神经可塑性中的重要作用，以及表观遗传修饰可介导ESI引起的ML脑区持久基因表达改变，我们推测ESI可能通过表观遗传机制来增强吗啡奖赏相关记忆。本课题拟采用基因组甲基化测序和染色质免疫共沉淀-测序技术，筛选ESI和吗啡奖赏学习协同产生的小鼠ML脑区内特定DNA甲基化和组蛋白修饰；并应用表观遗传相关酶抑制剂和慢病毒过表达载体，分析特定修饰在吗啡奖赏中的作用。本项目识别不良经历促发成瘾易感的表观遗传机制，揭示吗啡奖赏记忆长期维持所需的时空特异性基因表达方式，为进一步识别OD易感人群、制定个体化防控措施提供理论依据。

阿片依赖是由遗传和环境共同促发的严重疾病。早期社会隔离（ESI）是增加阿片依赖易感性的重要环境因素，但其作用机制尚不清楚。我们前期实验发现出生3周至6周单独饲养，可显著增强成年后小鼠吗啡关联性奖赏学习记忆形成，并可降低成瘾关键脑区伏隔核内整体甲基化水平，本项目进一步分析ESI促进吗啡奖赏相关记忆形成中的表观遗传机制。我们采用吗啡条件性位置偏爱模型，诱导小鼠形成吗啡奖赏记忆，分析ESI和吗啡对位置偏爱的效应。此后，应用全基因组甲基化测序识别ESI、吗啡处理及其交互作用对小鼠脑内伏隔核和海马内甲基化修饰作用。我们研究发现3周的ESI处理，小鼠垂体-下丘脑-肾上腺（HPA）轴对应激的反应敏感，束缚应激10分钟后小鼠血清内皮质醇上调较正常鼠更加显著，并伴有基础状态下血清内多种促炎症因子上调（IL-1β，TNF-α等）。ESI同时间断给予糖皮质激素受体拮抗剂，可以削弱社会隔离对吗啡奖赏记忆形成的促进作用。伏隔核和海马内表达分析证实，社会隔离联合吗啡可导致多种基因表达改变，特别是海马中DNA甲基化转移酶（DNMT）3b在表达上调，而糖皮质激素受体（GR）基因下调。此外，检测甲基化测序发现伏隔核和海马内大量基因甲基化水平改变，包括海马内糖皮质激素受体基因17外显子甲基化水平增加。我们进一步在大鼠中验证糖皮质激素受体基因甲基化，发现慢性吗啡可以上调GR基因17外显子甲基化水平，并下调基因表达。DNMT抑制剂5-aza本身不引起行为和分子改变，但是海马内5-aza可以逆转慢性吗啡诱导的GR基因17外显子甲基化水平上升和表达下调，并削弱社会隔离对吗啡奖赏记忆形成的促进作用。此外海马内5-aza可以削弱慢性吗啡诱导的HPA轴响应，并且降低吗啡依赖后纳洛酮促发的躯体依赖症状强度。本项目识别出大量早期不良经历促发成瘾易感的表观遗传修饰靶点，并且正式GR基因在吗啡依赖形成中的关键调控作用，为进一步识别OD易感人群、制定个体化防控措施提供理论依据。