Science︱血清素有助于克服可卡因成瘾吗？
撰文︱郑媛嘉
责编︱王思珍
药物成瘾（drug addiction），俗称“药瘾”，是指由于药物长期与机体相互作用，导致机体发生特异性、代偿性和适应性改变的特性，一旦停止用药将造成机体的严重不适感和（或）心理上的迫切需求，表现为对药物的强烈渴求和强迫性觅药行为。
在慢性吸食可卡因（cocaine）的人群中，约20%会失去控制能力而成瘾【1】，成瘾的典型特征就是多巴胺（DA）水平的增加【2】，并以此触发各种形式的突触可塑性，这也是适应性行为的基础【3-5】。利用光遗传技术对多巴胺神经元自我刺激（下文简称oDASS），选择性释放腹侧被盖区（VTA）神经元的多巴胺，可诱导出类似于成瘾药物产生的神经元适应，并产生强迫和非强迫个体的双峰分布【6】。
除此之外，可卡因还能抑制血清素（serotonin）5-羟色胺（5-HT）转运体（简称SERT），导致纹状体中的5-HT水平瞬间改变，而在前脑药理性地减少5-HT可以促进强迫性的寻求可卡因的行为 【7】。这些说明5-HT系统的不同功效可能与药物成瘾有关【8, 9】。但相关的回路和潜在的细胞机制仍不清楚。
2021年9月10日，瑞士日内瓦大学临床医学院的Christian Lüscher课题组在Science上发表了题为“Synaptic mechanism underlying serotonin modulation of transition to cocaine addiction”的文章，揭示了在成瘾的神经回路模型中血清素5-羟色胺（5-HT）通过对关键突触的抑制以调节行为向强迫的转变。
为了探索5-HT调节的作用，首先，作者利用了SERT Met172敲入（SertKI）小鼠以携带转运体（该转运体既不结合可卡因也不改变本底5-HT水平【10-12】，使用5-HT传感器观察到可卡因（腹腔注射1.5 mg/kg）不会诱发SertKI小鼠背侧纹状体（DS）中的5-HT水平的改变（图1 A-C）。
图1A-C 5-HT传感器检测可卡因引起的钙瞬变
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
然后，对小鼠进行以下可卡因自我给药（self-administration）训练。1）获得阶段（acquisition period）12-15天：当小鼠按压一个激活杠杆时可触发可卡因（0.5 mg/kg）的静脉输入，此时有提示灯光，当按压暂停杠杆，则没有给药或灯光；2）惩罚阶段（punishment）4天：递进的的惩罚程序，即注射可卡因的同时有0.2 mA的足电击惩罚（图1D）。结果显示，在获得阶段，SertKI组和野生型（WT）组之间按压杠杆次数没有差异（图1E），但是在惩罚阶段，一些老鼠减少了触发可卡因自我给药（图1F），有一些则没有减少。
图1D-F 可卡因自我给药
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
通过分析行为参数，将不同行为表现的鼠分成两类：放弃类（renouncersand）和坚持类（perseverers），放弃类有惩罚但不再进行可卡因服用，坚持类则有惩罚也依旧进行可卡因服用，即成瘾倾向（图1 G和H）。SertKI小鼠中有56%表现为坚持类，而WT鼠只有12%（图1I）。坚持的百分比与基线可卡因SA（图1J）不相关。
图1G-J 不同类型的可卡因SA
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
接下来，作者又利用oDASS使多巴胺神经元自我刺激以诱导神经元适应性，从而产生强迫倾向（替代前述的可卡因自我给药），并且使用西酞普兰（citalopram）提高5-HT水平（图2 A-C）。在小鼠腹侧被盖区（VTA）DA神经元中表达ChR2，使得按压激活杠杆可诱发短暂的激光刺激，重复前述的行为观察发现，无论是否使用西酞普兰，获得阶段小鼠都能很好的掌控oDASS（图2D），但在惩罚阶段时也出现了差异（图2E）。
图2A-E 光遗传多巴胺自我刺激（西酞普兰治疗）
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
用上述分类方法，根据行为参数也分出放弃类和坚持类两个集群（图2 F和G）。只有15%的西酞普兰治疗后的鼠中为坚持类，而在对照治疗组中，60%的鼠是坚持类（图2H）。与前述结果相似，坚持率与oDASS基线率（图2I）无显著相关。
图2F-I 不同类型的强迫性多巴胺自刺激
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
有研究表明，从oDASS的角度，眶额皮质（OFC）到背侧纹状体（DS）的传入神经突触电位可驱动“坚持”的行为【13】，由此作者想了解可卡因自我给药是否也是相似的机制。为了选择性地刺激OFC-DS投射，作者在OFC神经元中表达了Chrimson（一种红移视蛋白）（图3A），并在动物最后一次惩罚后24-48小时，照亮DS脑片神经末梢来诱发兴奋性突触后电流（EPSCs）。相较于放弃可卡因自我给药和oDASS的小鼠，持续使用可卡因自我给药和oDASS的小鼠中AMPA/NMDA比值更高（图3 B-E），这说明，增强的OFC-DS通路与oDASS和可卡因自我给药A的“坚持”有关。此外，作者在各种条件下都未观察到EPSCs整流，这也说明OFC-DS通路增强是由AMPA受体数量增加而引起的。
图3A-C OFC-DS通路与oDASS和可卡因自我给药的“坚持”有关（SA：自我给药）
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
接下来，作者又研究了5-HT是否对OFC-DS通路突触传递有影响。5-HT（4 μM）浸泡可诱导突触前兴奋性传递抑制（图3F和G），并且可被5-HT1B受体拮抗剂NAS181（20 μM）阻断，但不能被5-HT1A受体拮抗剂WAY100635（1 μM）阻断（图3F和G）。此外还观察到系数方差（1/CV2）降低，成对脉冲比（PPR）增加，表明突触前抑制是通过谷氨酸释放概率的降低来表达的（图3H和I）。
图3F-I 5-HT对OFC-DS通路突触传递的影响
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
有报道表明，通过化学手段减少OFC活动也可减少oDASS中“坚持”的比例【6】，综合本研究以上观察到的结果，作者进一步假设，突触前抑制可能会降低OFC-DS突触长时程增强（LTP）的可能性，而LTP反过来又会阻止可卡因自我给药转变为强迫性的。因此，为了建立5-HT诱导的突触前抑郁和强迫性可卡因自我给药之间的因果关系，首先，作者特异性地敲除了OFC神经元中投射到DS的5-HT1B受体（图4 A, B）。并通过5-HT1B激动剂CP39129（2 μM）确认5- HT1B受体的功能性敲除会诱导突触前抑制（图4 C, D）。
图4A&B 特异性敲除的OFC神经元中的5- HT1B受体
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
然后，一个月后，5-HT1B基因敲除小鼠可以再次学习可卡因的自我给药（图4E）。作者也观察到，与前面相似，在获得阶段没有差异（图1E，图4F），惩罚阶段可再次观察到坚持和放弃两类不同表现（图4 G, H）。与对照组相比，特异性敲除5-HT1B投射的鼠中坚持者的比例更高（57% vs 13%）（图4I）。在对照组和敲除小鼠中，坚持率与基线依旧没有相关性（图4J）。在5-HT1B 敲除组中，坚持类的百分比与SertKI组和盐水处理的oDASS小鼠中坚持类的百分比也非常接近。
图4C-K 敲除5-HT1B受体后可卡因自我给药
（图引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
图5 文章总结图：5-HT对突触的调节作用
（图片引自：Yue L et al., Science. 2021;373: 1252-1256）
虽然，本研究主要针对可卡因，但其中5-HT调节的突触机制也可能与其他成瘾药物的机制相关，比如安非他命、阿片类药物等【14-16】。研究5-HT调节机制，不仅可以防止药物向强迫过渡，而且还可以促进控制的恢复，这有助于克服人类成瘾研究中5-HT再摄取阻滞剂疗效的局限性【17-19】，或有助于设计选择性激动剂，以补充成瘾治疗中迷幻剂的使用【20】。
综上所述，本研究通过5-HT转运体SERT、细胞外5-HT、5-HT1B受体几个方面分别研究5-HT信号对成瘾行为的影响，同时也探索了5-HT对关键突触的作用以及环路模型，较全面地揭示了在成瘾的神经回路模型中，5-HT通过对关键突触的抑制以调节行为向强迫转变。
原文链接：https://science.org/doi/10.1126/science.abi9086
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制版︱王思珍
本文完