中脑腹侧被盖区线粒体稳态调控吗啡负性强化的作用及机制研究

Morphine, a clinic analgesic, has strong addictive properties that limits its application. Morphine withdrawal-induced negative reinforcement contributes to drug abuse and addiction. Recent researches supported that repeated exposure to the addictive drugs induces mitochondrial dysfunction. However, the function and cellular mechanism of mitochondrial homeostasis in regulating drug addiction is unclear. Our preliminary data indicates that neuronal ensembles activated by drug exposure regulate addiction memory and related emotions. Thus, we speculate that the mitochondrial energy dysregulation in morphine-activated neuronal ensembles mediates the negative reinforcement during withdrawal. Here, we use the immediate early gene (IEG) promoter-induced labelling and manipulation systems to investigate the role of VTA morphine-activated ensembles in negative reinforcement. Combined with the engram-specific translatomic analysis, electrophysiology, mitochondrion trace and GCaMP6 detection in vivo, we assess the mitochondrial dysregulation in the remolding of morphine-activated neuronal ensembles during the development of negative reinforcement. Genetic manipulation and pharmacological intervention will be used to investigate the molecular mechanisms. This study will provide novel therapeutic treatment for morphine addiction.

吗啡是临床常用的镇痛药物，因其较强的成瘾性而应用受限。吗啡戒断诱发的负性强化是吗啡滥用和成瘾的重要因素。成瘾药物长期暴露诱发成瘾相关脑区线粒体功能障碍，然而线粒体功能稳态调节在药物成瘾中的作用和细胞机制不明。我们近期发现，药物暴露激活的神经元集群参与调控成瘾记忆和相关情绪，在此基础上，我们提出VTA脑区吗啡激活的神经元集群的线粒体能量代谢参与调控吗啡戒断诱发负性强化的假说。我们拟采用即早基因驱动的标记技术，标记或操纵吗啡激活的细胞集群，结合小鼠吗啡戒断的行为学研究、转录组分析、电生理记录，以及线粒体示踪和钙信号在体记录等技术，探究吗啡戒断诱发负性强化过程中线粒体能量代谢的适应改变对神经元集群的分子和环路可塑性的调控；并利用基因敲除和药理学干预解析具体分子机制，为治疗吗啡成瘾提供新的干预靶点和思路。

成瘾性药物戒断过程中的负性强化和渴求孵育是造成药物滥用和成瘾的重要因素。成瘾药物暴露激活的神经元集群编码了药物的相关信息，在药物的长期使用和戒断过程中会发生偏向性的特异性变化，这些信号通路和可塑性的适应性变化调控了成瘾相关行为。我们发现腹侧被盖区吗啡激活的神经元集群选择性地投射到NAc，通过多巴胺依赖机制介导正性强化效应。而阿片药物长期使用后，中央杏仁核CRH神经元和腹侧被盖区介导奖赏的神经元集群之间形成的抑制性环路联系选择性加强，导致厌恶等负性强化产生。此外，还发现长期吗啡给药后，吗啡激活的多巴胺能神经元集群的线粒体形态碎片化、功能下调和融合基因表达下调介导的分裂和融合动力学过程受损，导致吗啡神经元集群功能障碍，是负性强化产生的内因。使用线粒体保护剂Mdivi-1可以抑制吗啡慢性给药引起的线粒体形态和功能的改变，也能抑制吗啡长期使用引起的吗啡镇痛耐受，减少戒断引起的躯体症状和负性情绪等副作用。提出吗啡激活的神经元集群线粒体能量代谢和稳态的改变参与调控阿片药物镇痛耐受和依赖。在完成计划任务的情况下，我们进一步研究介导可卡因渴求孵育的神经元集群机制和关键分子，发现长期戒断后，伏隔核可卡因奖赏激活的神经元集群Kir2.1通道的表达和功能下调，引起神经元集群兴奋性上调，介导可卡因长期戒断后的觅药动机增加。我们的研究揭示了药物记忆印迹细胞集群在长期戒断过程中兴奋性适应性改变的分子基础，Kir2.1通道可作为可卡因脱毒治疗后防复吸的新药靶。项目执行期间共发表标注基金号的科研论文3篇，其中以第一作者在Molecular Psychiatry (2021, 2023)杂志上发表论文2篇。培养博士后1名，博士1名，硕士1名。研究成果为成瘾复吸的干预策略提供了新的理论依据，对药物戒断诱发的情感障碍的治疗提供新思路。