海马突触骨架重塑及PICK1蛋白表达调控吗啡戒断负性记忆形成的分子机制研究

The formation of aversive learning and memory attributes to the abnormal addictive behaviors, which leads to long-term adaptations such as synaptic transmission and neuronal architectural plasticity in addiction-related brain regions. We adopt the Pavlovian animal model Conditioned Place Aversion as it's a powerful tool to investigate the molecular mechanisms of neural and synaptic plasticity involved in aversive memory formation. Previous work has demonstrated the involvement of actin cytoskeleton rearrangements in amygdala and hippocampus in response to conditioned morphine withdrawal, and we also demonstrated the molecular mechanism of actin rearrangement in the amygdala. However, the hippocampus has a different mechanism in regulation of aversive memory formation. In this project, we try to understand the mechanisms related with actin rearrangement in the hippocampus. We focus on the regulatory function of PICK1 in actin polymerization、AMPA receptor phosphorylation and endocytosis, as well as its function on LTD formation and aversive memory formation and consolidation. This project is a further research based on previous studies, which contributes to a better understanding of the molecular foundation of addictive behaviors, and provides us with new ideas for addiction research and therapy.

成瘾性药物戒断后，所产生的负性情绪记忆是导致强迫性用药的主要原因，会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化。本课题采用巴普洛夫条件位置厌恶模型，主要研究吗啡戒断负性情绪记忆中突触可塑性的分子机制。前期研究结果表明，杏仁核和海马脑区的突触骨架actin的结构可塑性变化参与了吗啡戒断负性记忆的形成。并且在杏仁核脑区的研究揭示了骨架重塑对学习记忆的调控作用，而海马脑区的记忆形成的分子机制与之有所不同。因此，在本项目研究中，申请者将进行海马脑区与骨架actin重排相关的机制研究，重点研究PICK1蛋白对actin骨架的调控，及其通过调节谷氨酸AMPA受体的磷酸化及内吞，进一步调控神经元细胞LTD的产生，最终影响海马脑区负性记忆的形成及巩固。本项目是在之前研究基础上的进一步深入，有助于更深层次的阐明成瘾行为形成的分子基础，能够为成瘾的研究和治疗提供新思路。

复吸是阿片成瘾的主要特征，药物戒断诱发的负性情感是复吸的主要因素。研究发现消退学习可以有效降低药物戒断相关性线索的影响进而防止复吸，但是消退学习的生物学机制，尤其是急性吗啡戒断引起的负性记忆消退机制仍不清楚。Cofilin是调控突出骨架蛋白actin聚合及解聚的重要分子，研究发现动物前脑敲除cofilin蛋白影响动物相关性学习记忆，提示cofilin在学习记忆中发挥重要功能。本研究主要围绕海马脑区cofilin蛋白在急性吗啡戒断负性记忆消退学习中的作用及作用机制展开。条件位置厌恶模型（conditioned place aversion，CPA）是一个研究吗啡负性情绪记忆敏感模型。条件位置厌恶的消退学习与经典的巴普洛夫实验相似，在CPA已经建立起来的基础上把动物重复曝露于条件配对时的伴药盒，而不给予药物刺激，使动物进行消退学习。利用CPA模型我们发现消退训练可显著性提高吗啡依赖动物的CPA值，证明消退训练可以有效降低急性吗啡戒断引起的厌恶情绪。在此基础上我们提取动物的背侧和腹侧海马组织，检测发现消退训练可以促进背侧海马cofilin的磷酸化，而不影响腹侧海马cofilin的磷酸化水平。为了验证cofilin的活性状态确实会影响动物的CPA消退行为，我们使用cofilin的激活剂多肽片段Tat-S3抑制内源性cofilin的磷酸化表达，检测其对CPA消退行为的影响。我们发现在动物进行消退训练前背侧海马注射Tat-S3可以有效抑制cofilin磷酸化，明显抑制动物的CPA消退行为。通过蛋白质胶联反应我们又进一步发现消退训练可促进背侧海马AMPA受体在突触膜上的表达，而这种AMPA受体上膜的现象可以被cofilin的激活剂Tat-S3所抑制。上述研究表明背侧海马cofilin蛋白的磷酸化参与调控急性吗啡戒断负性记忆的消退学习，调控机制可能与抑制AMPA受体上膜有关。