丰富环境抑制吗啡依赖行为的神经机制-动物模型脑功能成像研究

阿片类药物（如吗啡）成瘾既是重大社会问题，也是科学研究的热点。药物依赖研究的关键问题是发展能有效抑制药物生理依赖和心理依赖的方法及相关机制的研究。近年来，大量动物行为实验的结果表明丰富环境（enriched environment，EE）暴露不仅可降低阿片类药物的奖赏作用、破坏其易感性，还能抑制药物渴望和心理依赖行为（CPP模型）。但关于EE抑制药物成瘾的神经生物学机制的研究还不多见。在本项目中，我们拟采用在前期基金项目支持下所发展的锰离子增强磁共振成像（MEMRI）技术，结合c-Fos、DA及NMDA受体免疫组织化学等手段，研究1）网络水平上的吗啡自然戒断和心理依赖的神经机制；2）急性和长期EE暴露对大脑不同脑区功能活动水平的影响；3）在上述两项研究基础上，通过实验设计，在网络水平上阐明EE抑制吗啡依赖行为的神经生物机制。部分技术路线具有原始创新性，有望取得突破性成果。

药物依赖研究的关键是发展能有效抑制生理依赖和心理依赖的方法。本项目利用锰离子增强磁共振成像（MEMRI），结合动物行为、免疫组织化学等手段，探究了丰富环境（EE）暴露影响吗啡成瘾的神经生物学机制。首先，我们利用MEMRI在全脑范围内探测了吗啡生理戒断反应、吗啡心理依赖、短期丰富环境暴露相关的脑功能活动。结果发现：吗啡生理戒断伴随有边缘系统、中脑及基底节多巴胺系统、岛叶和杏仁等脑区的激活以及后外侧丘脑的抑制；吗啡心理依赖相关的脑功能活动与生理戒断反应有部分重合，但也存在显著不同，主要涉及背侧纹状体、体感运动皮层和后顶叶联合皮层等。类似地，我们检测了一周EE暴露对脑功能活动的影响。结果显示海马CA3和DG亚区、伏隔核（NAc）、腹侧被盖区（VTA）、黑质（SN）、中脑导水管周灰质（PAG）、体感皮层、顶叶联合皮层以及杏仁核等多个脑区显著激活；且相关的激活脑区中c-Fos阳性免疫表达细胞数显著增加；VTA、SN、PAG等多巴胺能神经元集中的脑区内酪氨酸羟化酶（TH）表达显著上调。从上可知：吗啡生理戒断反应、吗啡心理依赖、短期EE暴露均涉及海马和多巴胺系统的激活。海马是大脑中记忆环路的核心，同时参与对环境变化的响应。EE环境具有新奇性和复杂性，较长时间的EE暴露可能造成海马功能与结构可塑性改变，从而影响或干扰药物成瘾相关记忆的形成和提取，从而改变吗啡戒断行为的表现。富含多巴胺能神经元的VTA、SN、腹侧纹状体等脑区构成与药物成瘾密切相关的奖赏通路。而EE暴露也显著激活这些脑区，说明EE可以拮抗吗啡戒断所引发的多巴胺能神经元的异常活动，从而改变吗啡戒断行为。再者，EE造成PAG显著激活，而PAG神经元富含鸦片受体。所以，EE暴露也可能通过调节PAG内鸦片受体的活动来影响吗啡成瘾戒断行为。最后，我们在吗啡成瘾动物模型中发现，感觉功能，特别是嗅觉功能，极大地影响吗啡成瘾戒断行为的表现。例如，嗅觉剥夺既可以钝化吗啡药效，抑制吗啡诱导的成瘾行为，也能够抑制环境刺激诱发的复吸行为。而暴露于EE的动物其所接受到的感知觉刺激的丰富性远胜于标准环境，所以EE也有可能通过改变动物的感知觉行为或习惯来影响药物成瘾戒断行为。总之，本研究在系统水平揭示了EE影响吗啡成瘾戒断行为的神经生物学机制可能与海马、多巴胺能奖赏通路以及嗅觉系统有关，为进一步深入研究相关的细胞、分子机制提供了基础数据和重要提示。