Neuron专家点评丨李晓明组发现成瘾治疗的新通路靶点，未来或可有效缓解吗啡成瘾
点评丨袁逖飞（上海市精神卫生中心研究员）
责编丨迦溆
吗啡的化学式。图片引自：https://www.beachhouserehabcenter.com/long-term-effects-of-morphine-abuse/
吗啡（morphine），是一种阿片类物质（opioids），在临床上广泛用于止痛。然而，由于长期使用吗啡这类药物会产生耐受性，降低吗啡的镇痛效果，并且会使机体对吗啡产生心理以及躯体的依赖性而最终导致成瘾（吸食吗啡后会产生和鸦片相似的快感，并且吗啡比鸦片更容易成瘾），给社会带来了较大的损失。那么临床上是否可以特异性地阻碍吗啡奖赏，而不影响其镇痛效果，从而有效地缓解吗啡耐受呢？为了更好发挥吗啡的镇痛作用，减少和阻断吗啡成瘾的危害，就必须对吗啡的作用机制进行更深入的研究。
图片引自：https://wbee.radio.com/fighting-opioid-epidemic
1月10日，浙江大学医学院李晓明教授实验室在Neuron杂志上发表了题为Rostral and Caudal Ventral Tegmental Area GABAergic Inputs to Different Dorsal Raphe Neurons Participate in Opioid Dependence的研究论文，发现了从腹侧被盖区（VTA，ventral tegmental area）到中缝背核（DRN，dorsal raphe nucleus）投射的两条平行行的抑制性神经通路。一条是从腹侧被盖区的头端到中缝背核的抑制性神经元，另一条是从腹侧被盖区的尾端到中缝背核的五羟色胺能神经元。在大脑中，神经通路指脑某个区域的一群神经元到另一区域的神经元的连接通路，这些通路的激活和抑制是大脑发挥功能的一种方式。他们进一步发现，前一条通路特异地参与吗啡成瘾， 激活它可以显著减低对吗啡的耐受和成瘾性，但不影响吗啡的镇痛效果。该研究不仅帮助人们更好地理解大脑中这两个脑区的解剖结构和功能，而且为治疗阿片类物质依赖提供了新的靶点， 进一步为临床上吗啡镇痛的长期应用提供了可能。
1、五羟色胺和多巴胺，DRN和VTA
五羟色胺系统和多巴胺系统是脑中两个重要的弥散性调节系统。所谓弥散性调节系统是说这些神经元伸出的轴突遍布全脑，广泛地调节各个脑区神经元的兴奋性及突触可塑性（如突触传递的效率和突触的数量等），从而调节相应的功能。五羟色胺系统和多巴胺系统参与调节情感、认知、记忆以及运动等，针对这两类神经元的药物也被广泛用于治疗神经精神疾病：五羟色胺重摄取抑制剂是有效的抗抑郁药，针对五羟色胺和多巴胺受体的药物被用于治疗精神分裂症【1】。
关于五羟色胺和多巴胺系统研究最有趣的还是它们在奖赏和成瘾中的作用。自然奖赏（如蔗糖、社交等）和药物奖赏（成瘾类药物，如吗啡、可卡因等）能够大大提高脑内五羟色胺和多巴胺水平，而成瘾类药物则被认为通过改变突触可塑性从而长久地影响行为，从而难以控制地寻找和摄取成瘾类药物【2, 3】。
DRN（中缝背核）是脑内五羟色胺能神经元最为集中的核团，除了五羟色胺能神经元也存在γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸能神经元【4】。VTA（腹侧被盖区）则是多巴胺能神经元富集的核团，除了多巴胺能神经元还有30%左右的GABA能神经元【5】。GABA能神经元通过释放神经递质GABA从而抑制突触后神经元，行使重要的“刹车”作用。GABA能神经元分为中间神经元和投射性神经元：中间神经元抑制核团内部的神经元，而投射性神经元则伸出长轴图支配核团外的神经元。DRN和VTA之间的相互作用受到广泛关注，有理论提出这两个核团中的五羟色胺、多巴胺能神经元互相拮抗，相反地调节情感和行为【6】。然而这两个核团之间相互投射的神经元类型、以及他们之间在奖赏或者厌恶行为中具体是什么样的作用，都不是很清楚。
2、关于VTA和DRN之间神经回路的探索
为了研究VTA和DRN之间的环路，首先利用逆向追踪病毒示踪方法全脑范围追踪支配DRN 五羟色胺和GABA能神经元的输入细胞。结合免疫组织化学的手段发现，VTA中支配DRN的神经元类型主要是GABA能神经元而不是多巴胺能神经元。另一项有意思的发现是头、尾端VTA对DRN存在不同的支配情况：头端VTA GABA能神经元主要支配DRN GABA能神经元，尾端VTA则主要投射到DRN五羟色胺能神经元。光遗传结合电生理实验数据也验证了上述实验结论，并发现头端VTA投射性GABA能神经元通过抑制DRN GABA能中间神经元，解除这些GABA能神经元对五羟色胺能神经元的抑制，从而间接去抑制DRN五羟色胺能神经元。也就是说，头端和尾端VTA投射性的GABA能神经元相反地调节DRN五羟色胺能神经元，而这是由DRN GABA能中间神经元介导的。
实时条件性位置偏好实验（RTPP）结果表明，激活头端VTA到DRN环路产生厌恶样行为表型，抑制该环路则产生奖赏效果。相反地，激活后端VTA到DRN产生奖赏，抑制该环路则表现出厌恶样行为表型。行为学实验结果提示我们，VTA头、尾端到DRN的环路具有相反的行为功能，那么为什么会出现相反的行为学效果呢？这是因为头端VTA GABA能神经元抑制而尾端VTA GABA能神经元去抑制DRN五羟色胺能神经元。通过相反地调节五羟色胺能神经元从而相反地调节奖赏行为。
3、VTA-DRN环路与吗啡成瘾
吗啡通过激活位于GABA能神经元上的μ型阿片受体（MOPs），从而抑制GABA能神经元的活动【7】。VTA GABA能中间神经元通过这种机制受到吗啡的抑制，从而去抑制VTA多巴胺能神经元。这长久以来被认为是吗啡产生欣快感和改变行为的神经生物学基础【7】。然而，MOP还存在于投射性GABA能神经元的轴突末梢，调节其他脑区的活动。这些脑区是否参与吗啡成瘾、参与吗啡成瘾的哪些方面仍需进一步研究。
免疫组化结合电生理实验的数据提示，MOPs在头、尾VTA支配到DRN的轴突末梢上具有不同的分布以及表达：MOPs特异表达在头端VTA到DRN的GABA能轴突末梢上，而不表达在尾端VTA到DRN的GABA能轴突末梢。并且，DRN中五羟色胺和GABA能神经元上也不表达MOPs。
那么，头端VTA到DRN这条环路是否受到吗啡的调节呢？电生理实验数据表明，反复腹腔注射吗啡5天后，头端VTA到DRN的支配受到抑制，DRN GABA能神经元上记录到的抑制性突触后电流降低，双脉冲比率升高。这表明吗啡通过突触前机制抑制头端VTA到DRN环路，减少抑制性递质GABA的释放，去抑制DRN GABA能神经元，从而降低DRN五羟色胺能神经元的活动。这与先前报道的结果一致：DRN 5-HT能神经元活动的降低可以增加冲动行为，从而增加小鼠强迫性的寻找和摄取药物的行为。
既然在反复腹腔注射吗啡的过程中，头端VTA到DRN环路的功能受到抑制，那么改变头端VTA到DRN环路的活性是否也会影响吗啡的依赖呢？药理学实验结果表明，反复腹腔注射吗啡的同时慢性激活头端VTA到DRN环路可以阻碍吗啡注射产生欣快感所引起的条件性位置偏好，而不影响吗啡产生的运动敏化与镇痛，并且，吗啡反复注射引起的耐受也受到了缓解。这就提示，头端VTA到DRN环路特异的参与调节吗啡的奖赏记忆。
4、结语
吗啡作为临床上广泛应用的镇痛剂，其使用因其成瘾性而受到了限制。如果能够阻断吗啡的成瘾性而不影响其镇痛效果将大大提高吗啡的应用价值。本研究发现头端VTA到DRN的环路特异性地阻碍吗啡奖赏，而不影响其镇痛效果，并有效地缓解吗啡耐受。这提示在吗啡的使用时特异性地激活VTA到DRN环路或将成为一个有效的手段。而如何特异性地操纵环路活动将成为从基础研究到临床应用的重点。
据了解，Neuron杂志评审人对这一研究给了很高评价，“这是一项重要和及时的解剖和功能研究，解决了这个领域长期以来的一个关键问题。”；“这是一项有趣并且有开拓性的研究，技术先进，设计巧妙。”；“他们用多种手段很好地提供了确切证据，发现了从腹侧被盖区到中缝背核这条环路在成瘾中的重要作用。”
据悉，浙江大学医学院2012级博士生李玥和2016级硕士生李春悦为共同第一作者，李晓明教授为通讯作者。
专家点评
袁逖飞（上海市精神卫生中心研究员）
李晓明教授从2008年回国，在浙江大学建立自己的实验室，过去十年间做出了一系列系统性的突破性贡献，代表性工作陆续发表于Nature Medicine、Nature Neuroscience、Neuron等国际顶尖学术期刊。2016年，李晓明教授被加拿大多伦多大学双聘为正教授，这也是多伦多大学历史上首次聘请海外大学的教授在多伦多大学任双聘教授。李晓明教授实验室长期研究情感和情感障碍的神经环路机制，在突触和神经环路的结构和功能调控领域取得重要研究成果。
李晓明教授的Neuron新作关注了调控吗啡成瘾的一个新神经环路。阿片类成瘾是全球性的重要医疗及社会问题，每年导致数十万成瘾病人死亡，产生巨额医疗费用，并带来一系列社会问题（如美国阿片危机）。另一方面，阿片类药物同时也具有重要医疗价值，吗啡是目前最为有效的镇痛药物之一。但吗啡的强成瘾性大大掣肘了其医疗应用。吗啡参与奖赏环路与成瘾形成的经典机制是抑制中脑多巴胺脑区（腹侧被盖区VTA）的抑制性神经元的活动，从而间接兴奋多巴胺神经元，增加多巴胺在伏隔核等脑区的释放。
在本研究工作中，李晓明教授团队另辟蹊径地关注了另一个与情绪密切相关的脑区—中缝背核，并研究了从腹侧被盖区投射到中缝背核的长距离抑制性神经环路。利用精细的环路投射特异性的神经元分类策略，研究团队将这些投射环路区分为两条相对独立的投射环路：（1）从腹侧被盖区头端的抑制性神经元到中缝背核抑制性神经元的投射环路，以及（2）从腹侧被盖区尾端的抑制性神经元到中缝背核的五羟色胺能神经元的投射环路。激活第一条神经环路引起了五羟色胺神经元的去抑制，可以显著减低吗啡注射引起的欣快感，缓解对吗啡的耐受性，但不影响吗啡的镇痛效果。这一系列细微的区别都来自于阿片受体的特异性表达分布。这项研究为阿片类药物成瘾提供了全新的环路机制，并再次强调了腹侧被盖区长距离投射的抑制性神经元的功能。操纵该通路也许可以为降低成瘾性的镇痛药物开发提供理论基础。
成瘾研究中目前最受瞩目的有两大递质系统：最为经典的多巴胺能系统及近几年越来越被关注的五羟色胺能系统。中脑多巴胺能中枢（如腹侧被盖区等）分泌的多巴胺，被认为是导致成瘾及强迫性用药的主要原因。
近年来以罗敏敏实验室为代表的一系列研究，发现五羟色胺能神经元被成瘾药物及各种奖赏所激活。因此，如何将多巴胺能系统与五羟色胺能系统在成瘾中进行合理的统一，并观察这两个系统如何在成瘾中交流和相互协调成为亟待解决的问题。李晓明教授团队的最新工作在此问题上提供了突破，并且展示了一种全新的可能：多巴胺能系统与五羟色胺能系统通过这两个系统中的抑制性神经元进行互相的交流及协调。即往的一系列研究也发现，腹侧被盖区和中缝背核都存在单胺/谷氨酸共释放类型的神经元，因此这两个脑区之间的相互投射牵涉到多种突触后受体的协同作用。阿片受体、谷氨酸受体、多巴胺受体、以及五羟色胺受体在不同神经元及神经元亚结构区域的的分布值得更多的深入研究。这些是本文为我们带来的美妙遐想，也期待李晓明教授团队的后续工作为我们揭晓谜底。
通讯作者简介
李晓明教授
参考文献
1 Mark F. Bear, Barry W. Connors, Michael A. Paradiso. Neuroscience: Exploring the Brain, 3rd edn. (2005).
2 Luscher, C. & Malenka, R. C. Drug-evoked synaptic plasticity in addiction: from molecular changes to circuit remodeling. Neuron 69, 650-663, doi:10.1016/j.neuron.2011.01.017 (2011).
3 Kirby, L. G., Zeeb, F. D. & Winstanley, C. A. Contributions of serotonin in addiction vulnerability. Neuropharmacology 61, 421-432, doi:10.1016/j.neuropharm.2011.03.022 (2011).
4 Luo, M., Zhou, J. & Liu, Z. Reward processing by the dorsal raphe nucleus: 5-HT and beyond. Learning & memory 22, 452-460, doi:10.1101/lm.037317.114 (2015).
5 Morales, M. & Margolis, E. B. Ventral tegmental area: cellular heterogeneity, connectivity and behaviour. Nature reviews. Neuroscience 18, 73-85, doi:10.1038/nrn.2016.165 (2017).
6 Daw, N. D., Kakade, S. & Dayan, P. Opponent interactions between serotonin and dopamine. Neural networks : the official journal of the International Neural Network Society 15, 603-616 (2002).
7 Fields, H. L. & Margolis, E. B. Understanding opioid reward. Trends in neurosciences 38, 217-225, doi:10.1016/j.tins.2015.01.002 (2015).
BioArt，一心关注生命科学，只为分享更多有种、有趣、有料的信息。关注请长按上方二维码。投稿、合作、转载授权事宜请联系微信ID：fullbellies 或邮箱：sinobioart@bioart.com.cn