自噬参与毒品成瘾的分子机制研究

Drug addiction is a chronic, relapsing brain disease that characterized by compulsive drug use, sensitization and dependence. Albeit there are many studies, the exact mechanism of addiction remains insufficiently resolved. Recently, we found that autophagy played an active role in the development of neurodegenerative disease, such as Parkinson disease (Autophagy 2015). Morphine could induce mitochondrial dysfunction and led to autophagy (Autophagy 2013). However, we have no idea about whether autophagy is actively involved in addiction, or just a by-product of the addiction process. In this study, we aim to answer this question, and to elucidate the molecular mechanism of autophagy induced by morphine. Based on the mouse animal models, we will first verify whether the autophagy induced by morphine is specific for brain regions and/or neurons. Then, we will reconstruct the regulation network and gene expression pattern that controlled the autophagy induced by morphine in the primary neurons by using RNA-seq. Finally, by using the conditional knockout mouse models of autophagy genes Atg5 and Atg7, we will further explore the effects of autophagy on synaptic plasticity, neurotransmitter release, and addictive behaviors (such as reward effect, behavioral sensitization and withdrawal symptom). Our results will uncover the role of autophagy in the pathogenesis of addiction and may provide helpful information for opiate withdrawal therapy.

毒品成瘾是一种慢性易复发脑病，表现为强制性用药、敏感化和依赖，其机制至今未明。我们前期研究显示自噬在神经退行性疾病中发挥重要作用（Autophagy 2015）；成瘾过程中吗啡诱导线粒体功能异常，进而导致自噬（Autophagy 2013），但自噬是否参与成瘾，亦或是成瘾的副产物没有阐释。本研究中我们希望解决这一问题，明确吗啡成瘾过程中自噬的作用。我们拟利用小鼠成瘾模型，首先验证吗啡诱导的自噬是否具有脑区和神经元特异性，随后在原代神经元上研究吗啡诱导自噬的分子机制，并通过转录组测序来筛选吗啡诱导的自噬的上游控制通路。最后，通过条件性敲除自噬相关基因小鼠模型，研究自噬在特异性神经元突触可塑性、神经递质释放以及吗啡成瘾行为（如奖赏效应、行为敏感化和戒断症状）中的作用，确认吗啡诱导的自噬参与成瘾。研究结果将能阐释吗啡诱导自噬产生的分子机制，为成瘾的治疗提供思路与科学依据。

毒品成瘾是一种慢性易复发脑病，表现为强制性用药、敏感化和依赖，其机制至今未明。吗啡是阿片类毒品的典型代表，研究吗啡成瘾的作用机制能为阐明阿片类毒品成瘾的分子机制以及临床治疗提供新的思路和理论依据。本项目从小鼠成瘾模型出发，首先确认吗啡诱导的自噬参与成瘾而非成瘾副产物，随后在原代神经元上研究吗啡诱导自噬的分子机制，吗啡会导致ATG5和ATG7蛋白表达显著上调，从而促进多巴胺能神经元中ATG12-ATG5 complex形成和Atg5和Atg7依赖的自噬活性增强。Atg5和Atg7依赖的自噬通过调控多巴胺能神经元的树突棘密度、树突复杂度和树突总长度进而调控成瘾行为学。多巴胺能神经元中特异性敲除Atg5或Atg7基因，能拯救吗啡诱导的自噬介导的树突可塑性改变，最终阻断吗啡诱导的成瘾行为学，包括吗啡奖赏效应、行为敏感化、疼痛耐受和戒断症状。另一方面，我们还发现自噬在吗啡成瘾和镇痛耐受形成过程中发生不可逆；褪黑素可通过抑制NLRP3炎症小体的激活，从而缓解吗啡诱导的小鼠镇痛耐受行为。目前项目任务书的研究工作内容已经全部完成，同时深入研究了自噬在吗啡镇痛耐受过程中的作用机制。项目执行期内培养毕业博士研究生2人，硕士研究生1名，在影响因子>9的领域权威SCI期刊发表标署本项目资助的论文2篇（Autophagy 2017, 13: 1496-1511 [当期封面文章]；Redox Biology 2020, 34: 101560），申请国家发明专利2项。团队成员2人次入选中国科学院青年创新促进会。我们的研究结果深入阐述了吗啡诱导自噬产生的分子机制，有望为成瘾的治疗和临床镇痛提供新的思路与科学依据。