青春期甲基苯丙胺暴露对小鼠脑发育的影响以及作用机制研究

Previous studies found that addictive drugs exposure during adolescence caused adverse effects on the development of the brain, and led to increased risk of psychiatric disorders and addiction behaviors in adulthood. However, the effect of adolescent methamphetamine (METH) exposure on the brain development of mice as well as the underlying mechanism remains unclear. This proposal will establish mice model of adolescent METH-induced sensitization and examine the effects of adolescent METH exposure on their anxiety-like behavior, impulsive behavior, spatial learning and memory/working memory, as well as the sensitization of the METH re-exposure in adult using the behavior methods of elevated plus maze, Y maze, Morris’ water maze, and open field. Meanwhile, the morphological methods of the transmission electron microscope (TEM), and laser confocal scanning microscopy (LCSM) are used to detect the changes of neuronal plasticity in the nucleus accumbens (NAc) and the prefrontal cortex (PFC). Besides, we will examine the changes of DNA methylation regulation–related genes by using of Real-time qPCR and Western Blot. Furthermore, to explore the regulatory role of the DNA methylation in brain development of mice after adolescent METH-exposed, we will perform bioinformatic analyses of the signal transduction pathways involved by these genes. With a combination of above strategies, our research will lay a solid foundation for revealing the underlying neurobiological mechanism of METH addiction.

已有证据表明，青春期成瘾药物暴露对大脑发育会产生影响，导致成年后精神障碍和再次成瘾的风险增高，但其确切机制尚不清楚。为探讨青春期甲基苯丙胺（METH）暴露对小鼠脑发育的影响及作用机制，本项目拟通过构建METH行为敏化小鼠模型，运用旷场、高架十字迷宫、Y迷宫及Morris水迷宫等行为学方法，观察青春期METH暴露小鼠成年后焦虑与冲动样行为及学习记忆的变化，以及对再次METH暴露的反应。同时，利用透射电镜、激光共聚焦等形态学方法，观察小鼠成年后前额叶皮质和伏隔核神经元的改变；利用RT-qPCR、Western blot等分子生物学方法，检测DNA甲基化相关基因Dnmt1，Dnmt3a/b，Mecp2 mRNA及蛋白在上述脑区的表达变化；利用生物信息学方法研究这些基因的信号传导通路，探讨DNA甲基化在青春期METH暴露影响小鼠脑发育过程中的调控作用，旨在为揭示METH成瘾的神经生物学机制奠定基础

本项目主要研究了青春期小鼠甲基苯丙胺（methamphetamine, METH）暴露对其成年后情绪、认知及成瘾行为的影响，并探讨了小鼠伏隔核（nucleus accumbens, NAc）和海马（hippocampus, HPC）中DNA甲基化相关基因以及神经元可塑性在上述过程中的变化及其潜在信号通路。本项目明确了青春期METH暴露小鼠在成年后更易出现焦虑抑郁样行为以及对再次METH暴露敏感性更高，发现了上述行为改变与NAc中DNA甲基化相关基因Dnmt1、Dnmt3a/b和Mecp2的表达变化以及突触密度的增加相关；确定了青春期METH暴露会损害小鼠成年后的记忆能力，这与HPC可塑性相关基因的表达降低，突触超微结构的改变以及神经元数量的减少有关。同时本项目还发现青春期雌性小鼠持续METH暴露至孕期，会提高其雄性子代成瘾样行为并损害学习记忆；通过全基因组甲基化测序，本项目还获得了与之相关的DNA甲基化位点以及差异DNA甲基化基因表达谱；通过进一步分析验证，本项目初步明确了雌性小鼠从青春期持续至孕期的METH暴露可能造成DNA甲基化印记的改变引发神经系统发育基因的表达变化，从而影响子代小鼠成瘾行为和学习记忆能力。研究结果对揭示毒品的危害及其机制，预防青少年滥用毒品具有重要的社会价值和意义，同时也为有效干预及治疗METH成瘾提供了潜在分子靶点和策略。项目原计划目标全部完成：发表SCI论文6篇，国内核心期刊论文1篇；为本学科培养博士研究生4名，硕士研究生3名；在研期间邀请1名国外本领域的知名专家指导交流，合作发表SCI论文3篇；并选派1名博士研究生前往新加坡国立大学-美国杜克大学医学院神经科学与行为障碍学系进行为期一年的联合培养。通过本项目研究工作的实施，课题研究团队之间的协同促进作用得到明显加强，研究能力和水平进一步得到提升，为深入研究药物依赖机制和防治打下了坚实基础。