水通道4在阿片成瘾中的作用及可能机制研究

The opioid addiction (commonly known as drug of abuse) is a serious threat to human health and social stability, which is one of the major psychiatric diseases. However, the neurobiological mechanisms has not been fully elucidated, lack of effective medicine. The expression of aquaporin 4 (AQP4) is specifically in the astrocytes. Our previous studies showed that AQP4 involved in the activation of astrocytes, and more, the opioid-induced self-administration was significantly reduced in AQP4 knockout mice, which suggested that AQP4 may be involved in regulating the function of astrocytes in the process of opioid addiction, but the neurobiological mechanisms has not yet been elucidated. Based on the previous finding, the project investigate the temporal characteristics of the brain AQP4 expression and its relationship with addictive behavior by self-administration model mice, combined with optogenetics research; then, research the functional changes of astrocytes during opioid addiction and the involvement with AQP4; at last, investigate the activated astrocytes how to participate in the process of addiction and the possible pathophysiological mechanisms. This study may clarify the new astrocyte mechanisms of opioid addiction with AQP4, and will provide the new target for opiate addiction and develop a new direction and new ideas.

阿片成瘾（俗称吸毒）的神经生物学机制尚未完全阐明，缺乏有效干预措施，是严重威胁人类健康和社会稳定的重大精神疾病之一。水通道4（AQP4）脑内主要表达于星形胶质细胞。本实验室前期研究发现，AQP4参与了星形胶质细胞激活过程，AQP4敲除小鼠对由阿片引起的成瘾行为反应显著减弱，提示AQP4可能通过调节星形胶质细胞的功能参与阿片成瘾的进程，但对其发挥上述调节作用的神经生物学机制尚未阐明。本项目拟在前期工作的基础上，利用小鼠自身给药模型，结合光遗传学技术研究阿片成瘾进程中脑内AQP4表达的时空特征及其与成瘾行为的关系；在此基础上，在上游研究阿片成瘾过程中星形胶质细胞的功能改变及与AQP4的关系；在下游研究星形胶质细胞的上述功能改变又是如何参与阿片成瘾病理生理学过程及可能的机制。此研究将有助于阐明AQP4参与阿片成瘾的星形胶质细胞新机制，并有可能为阿片成瘾治疗药物的研发提供新方向和新思路。

阿片成瘾的神经生物学机制尚未完全阐明，缺乏有效干预措施，是严重威胁人类健康和社会稳定的重大精神疾病之一。研究发现水通道蛋白4（AQP4）参与了星形胶质细胞激活过程，并且AQP4敲除后对由阿片引起的躯体依赖反应显著减弱，提示AQP4可能通过调节星形胶质细胞的功能参与阿片成瘾的进程，但AQP4是否调控阿片成瘾行为及神经生物学机制尚未阐明。通过本项目研究发现，AQP4敲除后降低了对吗啡和海洛因阿片类物质的反应性，行为学型为，显著减弱了吗啡和海洛因诱导的高活动性，进而显著降低了吗啡诱导的行为敏化行为，而且在海洛因诱导的小鼠自身给药行为中，显著降低了自身给药行为的形成和复吸。综上表型分析所述，AQP4敲除后显著减弱了阿片类物质的成瘾性。在神经生物学机制研究中，首先通过清醒动物微透析实验发现，AQP4敲除后显著降低了吗啡诱导的伏隔核内多巴胺（DA）含量的升高，减弱了吗啡的奖赏作用。因此在AQP4影响DA的重吸收和释放两方面的分子调控机制开展研究，结果发现：多巴胺转运体（DAT）这一关键分子在AQP4敲除后较野生型显著升高，加快了吗啡诱导的DA的重吸收从而降低了奖赏作用，而AQP4敲除后是如何影响DAT的上调这一机制仍在进行中；另一方面，在神经元兴奋释放DA的研究中，发现采用吗啡诱导的行为敏化模型中，在点燃期测试后对成瘾关键脑区取材，发现野生小鼠中前额叶皮层和伏隔核的Toll样受体4（TLR4）和星形胶质细胞激活标志物（GFAP）经吗啡处理后发生显著性变化，而AQP4敲除后显著逆转变化。阿片类物质可直接作用于TLR4分子并激活该分子从而启动炎症通路释放炎性因子，同时激活星形胶质细胞和神经元，其中TLR4与AQP4共表达在星形胶质细胞中，而AQP4敲除后改变了TLR4的表达，因此减弱了对星形胶质细胞和神经元的兴奋性减少DA的释放，导致奖赏作用的减弱从而降低成瘾性。