【Nature Neuroscience】无副作用！外侧缰核介导吗啡戒断反应的分子、环路机制

吗啡（morphine），是阿片类毒品的一种。1806年，德国化学家泽尔蒂纳首次从鸦片中分离出吗啡，并以希腊梦神Morpheus的名字将其命名。其衍生物盐酸吗啡是临床上最常用的镇痛剂，有极强的镇痛作用。然而，吗啡具有易成瘾这一危害极深的副作用。长期使用吗啡的患者会产生严重的依赖性，如果停止用药一段时间，会产生焦虑、抑郁等戒断反应[1, 2]。这些戒断反应会驱使患者使用更多吗啡，形成恶性循环。 

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神经生物学相关研究表明，外侧缰核（Lateral habenula, LHb）编码各类成瘾药物戒断反应引起的负面情绪[3]。但是，对于吗啡等阿片类物质如何通过影响LHb正常功能进而诱发戒断反应相关负面情绪，我们知之甚少。 

缰核在大脑中的位置

图片来源：BrainPost

2019年6月17日，《Nature Neuroscience》杂志在线刊登了瑞士洛桑大学Manuel Mameli 教授的最新重要工作[4]，他们发现吗啡戒断诱发投射到中缝核的LHb神经元产生依赖于肿瘤坏死因子α（TNF-α）的突触可塑性，从而降低这些神经元兴奋性输入的传递效率，进而引起机体负面情绪。该研究首次揭示吗啡戒断诱发负面情绪的分子、环路机制，极大提高了我们在吗啡成瘾领域的认知。 

Manuel Mameli 教授

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结果

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吗啡戒断诱发LHb神经元产生投射特异性突触抑制 

过去的研究表明，LHb的兴奋性输入功能异常引起机体产生抑郁、成瘾等负面情绪[3]。为探究吗啡戒断产生负面情绪的神经机制，需研究吗啡戒断对LHb兴奋性输入的影响。作者引入纳洛酮（Naloxone）介导的吗啡戒断范式，膜片钳电生理记录外侧LHb（^LatLHb）与内侧LHb（^MedLHb）神经元的自发兴奋性突触后电流（sEPSC）。他们发现吗啡戒断小鼠的^MedLHb神经元AMPA受体介导的sEPSC幅度与NMDA受体介导的sEPSC幅度的比值（AMPAR/NMDAR ratio）显著降低，而^LatLHb神经元无此现象（图1a）。

^MedLHb神经元有两个重要下游——中缝核（raphe）与腹侧被盖区（VTA）[5]。然而，只有投射到中缝核的^MedLHb神经元的AMPAR/NMDAR ratio显著降低（图1b-c）。以上结果表明，吗啡戒断诱发投射到中缝核的^MedLHb神经元产生长时程抑制（LTD），导致兴奋性输入的传递效率显著降低。

图1 吗啡戒断诱发LHb神经元产生投射特异性突触抑制

2

吗啡戒断诱发突触可塑性的相关细胞因子 

上文已知，吗啡戒断可诱发突触可塑性，那么，其分子机制如何呢？近期研究指出，可卡因、吗啡戒断会激活小胶质细胞并引起TNF-α等炎症因子释放，产生炎症反应[6, 7]。于是，作者就此展开相关研究。

他们再次引入纳洛酮（Naloxone）介导的吗啡戒断范式，发现吗啡戒断导致^MedLHb小胶质细胞分子标志IBA1和CD68的表达水平显著降低，小胶质细胞的体积显著减小，TNF-α释放水平显著提高（图2a-e）。为证实TNF-α在吗啡戒断引起^MedLHb突触可塑性中的作用，作者电生理记录对照组小鼠^MedLHb神经元，发现加入TNF-α后，AMPAR/NMDAR ratio显著降低；而电生理记录吗啡戒断小鼠^MedLHb神经元，加入TNF-α后，AMPAR/NMDAR ratio不变（图2f-g）。以上结果表明，吗啡戒断通过引起TNF-α释放诱发^MedLHb神经元产生抑制性可塑性。

图2 吗啡戒断通过TNF-α诱发突触可塑性

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TNF-R1参与吗啡戒断诱发的突触可塑性

然后，作者探究TNF-α下游的功能。相关研究显示，TNF-α通过其受体TNF-R1行使功能[8]。于是，作者在Tnfr1^fl/fl小鼠的LHb双侧注射AAV-Cre以敲除TNF-R1（图3a-c），发现吗啡戒断后，这些小鼠LHb神经元AMPAR/NMDAR ratio不再降低（图3d），表明TNF-R1在吗啡戒断诱发突触可塑性过程中具有必要性，进一步阐释了TNF-α的必要性。

图3 TNF-R1参与吗啡戒断诱发的突触可塑性

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TNF-R1参与吗啡戒断诱发的负面情绪

最后，是功能方面的验证。为探究投射到中缝核的^MedLHb神经元是否参与吗啡戒断引起的负面情绪，作者引入社交偏好范式。他们在小鼠中缝核注射逆行表达的HSV-Cre，在LHb双侧注射AAV-DIO-hM4Di（图4e）。正常状态下，在社交偏好范式中，小鼠会偏向于有小鼠的一侧（图4f, g, i中S一侧）。而腹腔注射CNO化学抑制投射到中缝核的^MedLHb神经元后，小鼠社交偏好性减弱（图4f），表现出负面情绪。

接着，作者继续引入吗啡戒断范式。他们发现吗啡戒断小鼠的社交偏好性显著降低，且其社交偏好性与^MedLHb神经元的AMPAR/NMDAR ratio呈正相关（图4g-h）。通过上文方式敲除LHb的TNF-R1后，小鼠社交偏好性不变（图4i）。

综上所述，投射到中缝核的^MedLHb神经元与负面情绪的产生密切相关，且吗啡戒断引起的负面情绪依赖于细胞因子TNF-α的释放。

图4 TNF-R1参与吗啡戒断诱发的负面情绪

总结

吗啡是临床上最常用的镇痛剂，但具有成瘾性。其成瘾性重要因素之一即吗啡戒断反应，长期脱离吗啡作用的患者会产生抑郁、焦虑等负面情绪，导致严重复吸现象。但是，对于介导吗啡戒断反应的相关脑区及其分子、环路机制，我们尚未可知。本篇文章结合膜片钳电生理、化学遗传学、行为学以及基因条件敲除等方法，发现吗啡戒断会引起TNF-α释放，TNF-α作用于投射到中缝核的^MedLHb神经元从而引起突触可塑性变化，对这些神经元的兴奋性输入产生长时程抑制。这项研究阐释了吗啡戒断的分子、环路机制，为临床解决吗啡镇痛产生的副作用提供有力支持！

洛桑大学通过化学遗传学、电生理、行为学、基因敲除等技术手段阐释介导吗啡戒断带来负面情绪的分子、环路机制。和元病毒库中有丰富多样的病毒载体，其中包含文中所用多种相关病毒，质量严格把关，经由多实验组验证，欢迎大家选购！

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参考文献

[1].Lutz, P.E., et al., Distinct mu, delta, and kappa opioid receptor mechanisms underlie low sociability and depressive-like behaviors during heroin abstinence. Neuropsychopharmacology, 2014. 39(11): p. 2694-705.

[2].Goeldner, C., et al., Impaired emotional-like behavior and serotonergic function during protracted abstinence from chronic morphine. Biol Psychiatry, 2011. 69(3): p. 236-44.

[3].Meye, F.J., et al., Neural circuit adaptations during drug withdrawal - Spotlight on the lateral habenula. Pharmacol Biochem Behav, 2017. 162: p. 87-93.

[4].Valentinova, K., et al., Morphine withdrawal recruits lateral habenula cytokine signaling to reduce synaptic excitation and sociability. Nat Neurosci, 2019. 22(7): p. 1053-1056.

[5].Pollak Dorocic, I., et al., A whole-brain atlas of inputs to serotonergic neurons of the dorsal and median raphe nuclei. Neuron, 2014. 83(3): p. 663-78.

[6].Lewitus, Gil M., et al., Microglial TNF-α Suppresses Cocaine-Induced Plasticity and Behavioral Sensitization. Neuron, 2016. 90(3): p. 483-491.

[7].Campbell, L.A., et al., CCL5 and cytokine expression in the rat brain: differential modulation by chronic morphine and morphine withdrawal. Brain Behav Immun, 2013. 34: p. 130-40.

[8].Probert, L., TNF and its receptors in the CNS: The essential, the desirable and the deleterious effects. Neuroscience, 2015. 302: p. 2-22.