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停用之后,旧线索为何更容易牵动寻药行为?

Molecular psychiatry · 2022-12-08

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Molecular Psychiatry · 研究前沿

停用之后,旧线索为何更容易牵动寻药行为?

小鼠研究发现,曾参与可卡因经历的伏隔核细胞群,在戒断后更易兴奋。Kir2.1相关电流的变化,将细胞反应性与线索诱发的寻药行为联系起来。

原论文图7B局部:Kir2.1相关功能增强条件下的合并细胞荧光

一段经历已经过去,与它相关的线索却可能越来越有吸引力。药物成瘾研究中,这种停用一段时间后线索诱发寻药增强的现象,被称为渴求孵育。2022年12月8日发表于 Molecular Psychiatry 的小鼠研究,把视线从整个脑区缩小到曾参与可卡因经历的一群细胞:伏隔核壳区NAcSh中的相关细胞群。它们在线索面前更容易被重新唤起,膜兴奋性也随戒断阶段变化。参与维持细胞电活动的Kir2.1通道,为这段从过去经历到后来行为的联系提供了机制线索。

关键发现

可卡因经历相关的NAcSh细胞群在戒断30天时兴奋性较高,Kir2.1相关内向整流电流较弱。增强相关通道功能可降低该群体反应性与寻药行为,降低其功能则使增强的寻药更早出现。

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同样的线索,隔一段时间反应更强

研究通过线索相关的主动探鼻行为观察寻药。与戒断较早阶段相比,戒断30天时行为更强,与可卡因经历相关的NAcSh细胞群也有更高的再激活比例。被最初标记的细胞总数相近,变化主要体现在它们后来怎样被调动。

相关细胞的群体钙事件发生得更频繁,但单次主动探鼻前后钙峰的比较,并未显示显著的戒断阶段交互。再激活细胞所占比例与寻药增强相关,单看活动标记总数却没有同样的显著关联。哪些细胞参与,比一个整体数量更能提供线索。

原论文图 1行为增强与细胞群再激活
行为增强与细胞群再激活
图1显示戒断30天时线索相关寻药及再激活比例增加;钙事件频率升高,单次探鼻相关峰值比较未见显著阶段交互。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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改变旧经历细胞群,后来行为也改变

研究进一步降低这些经历相关细胞的活动,较晚戒断阶段的主动探鼻随之减少。相反,抑制由中性环境经历标记的对照细胞群,没有显著改变对应的活动或寻药比较。这使结果指向特定经历相关群体,而非随意一群伏隔核细胞。

在改变环境、减少原有药物相关线索的条件中,增强相关细胞群活动又促进了寻药响应。这些结果让群体活动与行为建立了功能联系,但探鼻仍是动物行为读出;它既涉及先前学习,也未直接量到人类主观感受到的渴求。

原论文图 2经历相关群体的功能作用
经历相关群体的功能作用
图2显示相关群体受抑制时后期寻药减少,激活则在改变线索环境的条件下促进响应;中性环境群体抑制未见显著效应。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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变化带有阶段性,也带有群体差别

在膜电活动比较中,戒断30天的经历相关细胞,对输入更容易产生放电,触发放电所需的电流较低,输入电阻较高。相邻未被标记的细胞没有呈现相同的阶段变化;盐水经历相关群体的对照中,也未见对应的显著变化。

不过这种兴奋性升高并非一路持续增加。到戒断90天时,多项膜性质回到了接近早期阶段的水平。这是一幅随时间变化的细胞图景,而非永久上升的曲线;膜性质恢复也尚不足以说明动物的相关记忆或成瘾风险已经消失。

原论文图 3不同阶段的膜兴奋性
不同阶段的膜兴奋性
图3显示经历相关群体在30天时较易兴奋,90天多项性质接近早期水平;相邻非群体细胞的变化模式不同。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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Kir2.1相关变化,藏在群体内部

为什么这群细胞更容易响应?研究比较了与群体相关的RNA,发现包括Kcnj2在内的分子线索发生变化。Kcnj2编码Kir2.1通道,参与形成内向整流钾电流,与神经元膜的反应性有关。

这一变化在整个NAcSh的混合样本中并未同样显著出现,盐水经历相关群体也没有对应的显著降低。细胞群选择因此很关键:混在一起看,可能淡化与特定经历有关的分子差别。与此同时,其他分子也有变化,Kir2.1并不是所有适应过程的唯一候选。

原论文图 5群体相关RNA中的分子变化
群体相关RNA中的分子变化
图5展示群体相关RNA比较与Kcnj2变化;整体混合样本和盐水经历群体未呈现同样的显著降低。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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膜上的电流,为反应性提供另一层解释

电活动结果进一步显示,戒断30天时,相关细胞群的内向整流电流减弱,其中对Kir2.1相关阻断敏感的电流成分也较小。相邻非群体细胞的相应比较未见显著变化,分离后的残余成分也没有显著组间差异。

RNA、膜电流与放电反应性,由此在同一研究问题上相互呼应。它们覆盖不同层次:分子读出提示候选,电流解释膜功能的一部分,行为则反映系统输出。要判断这条联系是否参与寻药,还需要看有针对性的功能变化能否同时影响细胞和行为。

原论文图 6内向整流电流的变化
内向整流电流的变化
图6显示相关群体内向整流及Kir2.1敏感电流成分减弱,非群体和残余成分比较未达显著。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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把反应性拉低,寻药也减弱

增强经历相关细胞群中的Kir2.1相关功能后,内向整流电流和放电阈电流增加,细胞更不容易被输入激发;输入电阻和再激活比例降低,较晚阶段的主动寻药也减少。细胞与行为两个层次,出现了相互一致的变化方向。

这些结果支持通道相关的膜适应参与行为增强,但并未把原有经历从脑中抹除。细胞仍属于一个更大的网络,来自其他区域的输入、局部连接和既往学习,都可能共同决定线索出现时的响应。

原论文图 7通道功能增强后的细胞与行为
通道功能增强后的细胞与行为
图7中,相关通道功能增强伴随兴奋性、群体再激活及后期寻药降低。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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旧经历的影响,会随着细胞状态而改变

在相反方向的功能比较中,降低Kir2.1相关功能使细胞更易兴奋,戒断较早阶段就出现更强的群体再激活与寻药行为。这进一步支持膜反应性参与了线索作用随时间增强的过程,而非只在行为发生后被动变化。

这项小鼠研究把特定经历细胞群的膜状态,与后来的线索诱发行为联系起来。增强的关联记忆与渴求各占多大作用、上游信号如何改变通道功能,仍待进一步区分。研究为成瘾的细胞适应提供了机制线索,人类治疗效果尚未由此建立。

原论文图 8功能降低与更早的行为增强
功能降低与更早的行为增强
图8显示相关通道功能降低后,较早戒断阶段的兴奋性、再激活和寻药增强;末尾示意概括作者提出的模型。
来源:He G et al. · Molecular psychiatry · CC BY
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论文信息

He G, Huai Z, Jiang C, Huang B, Tian Z, Le Q, Fan G, Li H, Wang F, Ma L, Liu X.
Persistent increase of accumbens cocaine ensemble excitability induced by IRK downregulation after withdrawal mediates the incubation of cocaine craving
Molecular psychiatry · 2022-12-08
DOI: 10.1038/s41380-022-01884-1