干預(yù)膽堿M受體對(duì)藥物成癮的影響及其與多巴胺的關(guān)系*

劉昕鶴 田 琳 劉佳琳 李新旺

(首都師范大學(xué)心理系,北京 100037)

1 引言

藥物成癮又稱藥物依賴、物質(zhì)依賴,國(guó)際疾病及健康相關(guān)問(wèn)題分類標(biāo)準(zhǔn)(International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems 10th Revision,ICD-10)將藥物成癮定義為一種精神及行為障礙。慢性使用阿片類藥物或精神活性藥物形成藥物成癮后,不僅對(duì)身心健康產(chǎn)生危害,同時(shí)伴隨藥物渴求、戒斷、沖動(dòng)性覓藥等癥狀。早期普遍認(rèn)為藥物成癮是一種社會(huì)問(wèn)題,與個(gè)人意志力密切相關(guān),而非是一種精神疾病,因此缺乏針對(duì)藥物成癮治療手段的研究(Dackis&O'Brien,2005)。隨著神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展,研究者逐漸開(kāi)始深入探討藥物成癮的神經(jīng)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)多種神經(jīng)遞質(zhì)之間的平衡在藥物成癮過(guò)程中被打破?，F(xiàn)在已經(jīng)逐漸認(rèn)可藥物成癮是一種神經(jīng)性疾病,而針對(duì)藥物成癮的治療方法的探索,也成了一個(gè)研究熱點(diǎn)。

毒蕈堿受體(Muscarinic receptor,M受體)屬于膽堿能系統(tǒng)中一類受體。M受體涉及到學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動(dòng)控制、注意、探究等行為及認(rèn)知過(guò)程(于萍,渠春環(huán),石密,李新旺,郭春彥,2009),同時(shí)中樞膽堿能系統(tǒng)的病變與多種疾病有關(guān),如精神分裂癥、帕金森癥、阿爾茨海默癥等癥狀。近些年藥物成癮的行為學(xué)研究表明,通過(guò)干預(yù)M受體功能,能有效影響藥物成癮行為。但是采用行為學(xué)方法的研究所得結(jié)論并不完全一致,甚至還存在矛盾的結(jié)論,例如在藥物成癮發(fā)展期間可卡因聯(lián)合非特異性M受體抑制劑東莨菪堿腹腔注射對(duì)藥物成癮行為發(fā)展表現(xiàn)出增強(qiáng)效果(Itzhak&Martin,2000),或是抑制效果(Yee et al.,2011)。造成這種差異的原因可能是不同的研究采用了不同的藥物成癮動(dòng)物模型。以上證據(jù)提示了我們需要進(jìn)一步深入理解干預(yù)M受體對(duì)藥物成癮行為起作用的神經(jīng)機(jī)制。而多巴胺(Dopamine,DA)是與藥物成癮密切相關(guān)的一類神經(jīng)遞質(zhì),M受體在多個(gè)腦區(qū)對(duì)多巴胺系統(tǒng)起調(diào)控作用,研究證據(jù)表明干預(yù)M受體功能影響了藥物成癮行為的同時(shí)也影響了中樞多巴胺系統(tǒng),因此干預(yù)M受體可能通過(guò)影響多巴胺系統(tǒng)的方式對(duì)藥物成癮行為起作用。最近新的研究技術(shù)方法的普及,及新的工具藥物的出現(xiàn),使人們?cè)谶@個(gè)問(wèn)題上獲得了更多的相關(guān)證據(jù)。深入了解膽堿能M受體在藥物成癮中起作用的神經(jīng)機(jī)制,對(duì)治療藥物成癮具有指導(dǎo)意義。

2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中膽堿能神經(jīng)元及M受體的分布

中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)膽堿能神經(jīng)元主要集中于兩塊區(qū)域：基底前腦區(qū)域及腦橋中腦被蓋區(qū)域。兩塊區(qū)域均分布有密集的膽堿能神經(jīng)元,向周邊腦區(qū)廣泛投射?；浊澳X區(qū)域的膽堿能神經(jīng)元主要投射到皮質(zhì)、海馬、杏仁核及嗅球區(qū)域,而中腦區(qū)域膽堿能神經(jīng)元投射到腹側(cè)被蓋區(qū)(Ventral tegmental area,VTA)、黑質(zhì)及丘腦。除了這兩大區(qū)域之外,紋狀體及NAc內(nèi)分布有少量膽堿能中間神經(jīng)元(Cholinergic Interneurons,CIN),只占這個(gè)區(qū)域神經(jīng)元總數(shù)的2%～5%,并不向外部投射。

M受體由于能被毒蕈堿(muscarine)激動(dòng),因此被稱做毒蕈堿受體。同時(shí)M受體還能被乙酰膽堿(Acetycholine,Ach)所激動(dòng),乙酰膽堿也是膽堿能系統(tǒng)中主要的神經(jīng)遞質(zhì)。同時(shí)膽堿系統(tǒng)中存在另一類膽堿受體,N受體(Nicotine receptor,N受體)。M受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及外周神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)均廣泛分布。M受體包括5種亞型,M1～M5,均屬于G蛋白偶聯(lián)受體。一般認(rèn)為M2及M4受體屬于Gi受體,激動(dòng)后對(duì)所在神經(jīng)元起抑制作用,而M1、M3、M5受體屬于Gs受體,激動(dòng)后對(duì)所在神經(jīng)元活動(dòng)起刺激作用。不同的M受體亞型在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)程度并不一樣。表1為M受體亞型在不同腦區(qū)中的分布。

表1 不同亞型M受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的分布

3 干預(yù)M受體功能對(duì)藥物成癮行為的影響

在藥物成癮的行為學(xué)研究中,常用的3種動(dòng)物模型包括：行為敏化(Behavioral sensitization)模型以自發(fā)活動(dòng) (Locomotive activity,LA)作為行為指標(biāo),條件性位置偏愛(ài)模型(Conditional place preference,CPP),自身給藥模型(Self-adminstration,SA)。盡管不同模型所研究的藥物成癮側(cè)重點(diǎn)不一樣,對(duì)藥物成癮測(cè)量所用行為指標(biāo)也不一樣,但實(shí)驗(yàn)流程有一定的類似,均是在發(fā)展階段讓動(dòng)物反復(fù)暴露在藥物的作用下,引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)藥物作用產(chǎn)生適應(yīng)性變化,而在表達(dá)階段給予一定手段誘導(dǎo)成癮行為的表達(dá),因此不同動(dòng)物模型間的研究結(jié)果具有一定的可比性。

3.1 外周給藥干預(yù)M受體功能對(duì)藥物成癮行為的影響

總體上來(lái)看,腹腔注射膽堿酯酶抑制劑的方式抑制了膽堿酯酶對(duì)乙酰膽堿的水解過(guò)程,從而提升了神經(jīng)元突觸間隙乙酰膽堿濃度,對(duì)M受體起興奮性作用,并對(duì)阿片類藥物或是精神活性藥物引起的成癮行為表達(dá)均有抑制作用。但有趣的是,抑制全身M受體功能也表現(xiàn)出了對(duì)成癮行為的抑制作用。并且多數(shù)采用SA模型的研究中同時(shí)檢驗(yàn)了自然獎(jiǎng)賞物（例,食丸）引起行為強(qiáng)化的作用,而未表現(xiàn)出抑制效果(Liu et al.,2012;Yee et al.,2011),體現(xiàn)了對(duì)M受體在藥物成癮中的特異性效果。不同動(dòng)物模型間對(duì)比也表現(xiàn)出了矛盾的結(jié)果：在嗎啡LA模型中的發(fā)展過(guò)程聯(lián)合腹腔注射膽堿酯酶抑制劑激動(dòng)M受體,表現(xiàn)出了對(duì)LA表達(dá)的增強(qiáng)(Li,Li,Zhu,Cui,&Jiao,2010),而在嗎啡CPP模型及海洛因SA模型藥物成癮的發(fā)展過(guò)程中,聯(lián)合膽堿酯酶抑制劑發(fā)展期給藥則表現(xiàn)出了對(duì)藥物成癮行為表達(dá)的抑制作用(Hikida,Kitabatake,Pastan,&Nakanishi,2003;Zhou et al.,2007),具體的研究及其結(jié)論見(jiàn)表2。

表2 采用藥理學(xué)手段非特異性干預(yù)M受體功能對(duì)藥物成癮行為的影響

而特異性干預(yù)M受體亞型的功能也表現(xiàn)出了對(duì)藥物成癮行為的影響,并且不同亞型的M受體在藥物成癮中的作用并不一樣。在精神活性藥物誘導(dǎo)的成癮行為表達(dá)過(guò)程中,M1受體在不同的動(dòng)物模型中表現(xiàn)出來(lái)了不同的效果：腹腔注射M1受體抑制劑Biperiden阻斷了可卡因CPP的表達(dá),但卻增強(qiáng)了可卡因LA的表達(dá)(Ramos,Andersen,Oliveira,Soeiro,&Galduróz,2012)。對(duì)已形成可卡因成癮的個(gè)體在藥物戒斷期間反復(fù)注射偏M1及M4受體激動(dòng)劑Xanomeline,引起了可卡因量效曲線右移(Thomsen,Fulton,&Caine,2014),即抑制了可卡因獎(jiǎng)賞作用。腹腔注射M2受體抑制劑Tripitramine,則能增加多巴胺激動(dòng)劑阿樸嗎啡對(duì)大鼠造成的打哈欠及生殖器梳理行為(Gamberini,Bolognesi,&Nasello,2012)。腹腔注射M4受體激動(dòng)劑VU0152100,反轉(zhuǎn)了安非他命所誘導(dǎo)的即時(shí)精神活動(dòng)效應(yīng)及可卡因誘導(dǎo)的LA、CPP、SA行為的表達(dá)(Brady et al.,2008;Dencker et al.,2012);也有研究中得出特異性激動(dòng)M4受體對(duì)安非他命誘導(dǎo)的即時(shí)誘導(dǎo)的精神活動(dòng)效應(yīng)沒(méi)有效果的結(jié)論,但在藥物成癮的發(fā)展期間反復(fù)激動(dòng)M4受體功能也抑制了安非他命誘導(dǎo)成癮行為的發(fā)展(Ferguson et al.,2011),兩者的研究差異在于所使用的M4受體激動(dòng)劑不同。而剔除M4受體基因的小鼠表現(xiàn)對(duì)可卡因的動(dòng)機(jī)更強(qiáng)烈(Schmidt et al.,2011)。剔除M5受體基因的小鼠,精神活性藥物誘導(dǎo)的SA行為及CPP也顯著減弱(Fink-Jensen et al.,2003)。需要注意的是,只干預(yù)外周膽堿能系統(tǒng)M受體也會(huì)影響藥物成癮行為。有研究者用對(duì)血腦屏障穿透率低的甲基東莨菪堿腹腔注射對(duì)藥物成癮行為進(jìn)行研究,同樣觀察到能有效影響動(dòng)物的藥物成癮行為(Thomsen et al.,2010),提示了外周膽堿能M受體同樣參與了藥物成癮行為。因此,采用剔除M受體基因的動(dòng)物進(jìn)行培育再進(jìn)行行為研究,缺陷就在于同時(shí)影響了外周M受體功能,所得行為結(jié)果并不能完全反映為是干預(yù)中樞神經(jīng)M受體所起的作用。

3.2 干預(yù)不同腦區(qū)M受體功能對(duì)藥物成癮行為的影響

非特異性干預(yù)腦區(qū)M受體功能也對(duì)藥物成癮行為產(chǎn)生了影響。采用毒扁豆堿非特異性激動(dòng)NAc內(nèi)的M受體功能,抑制了SA模型中藥物成癮的復(fù)吸行為,并且能被M1受體抑制劑所反轉(zhuǎn)(Mark et al.,2006;Zhou et al.,2007);而抑制NAc內(nèi)的膽堿能系統(tǒng)功能,也抑制了SA模型中可卡因成癮的復(fù)吸行為(Yee et al.,2011),或是增強(qiáng)了藥物成癮CPP的表達(dá)(Hikida et al.,2003)。不同模型間所出現(xiàn)的不同結(jié)果,可能與研究者所使用的藥物有關(guān),Zhou的研究中使用膽堿酯酶抑制劑,通過(guò)增強(qiáng)神經(jīng)元間乙酰膽堿濃度,對(duì)M受體及N受體均有增強(qiáng)作用;而Mark及Yee的研究中使用了非特異性M受體激動(dòng)劑氧化震顫素及東莨菪堿,單獨(dú)作用于M受體;這種效應(yīng)可能造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)差異。

而非特異性激動(dòng)中腦區(qū)域背外側(cè)被蓋核(laterodorsal tegmental nucleus,LDTg)或腳橋核(pedunculopontine nucleus PPTg)M受體功能,均表現(xiàn)出了能抑制藥物成癮的復(fù)吸行為(Liu et al.,2012;Shinohara et al.,2014)。但激動(dòng)中腦區(qū)域VTA的M受體功能,則表現(xiàn)出了增強(qiáng)藥物成癮行為的結(jié)果(Zhou et al.,2007);另外也有研究表明,向VTA定位微注射擬膽堿藥物,也能產(chǎn)生與藥物成癮行為類似的CPP及SA效果(Ikemoto&Wise,2002),即也產(chǎn)生了獎(jiǎng)賞效應(yīng)。由上述研究結(jié)果可以看出,激動(dòng)中腦區(qū)域不同核團(tuán)M受體功能對(duì)藥物成癮行為表現(xiàn)出了不同的效果：激動(dòng)VTA內(nèi)M受體功能對(duì)藥物成癮行為起促進(jìn)作用,而激動(dòng)LDTg及PPTg內(nèi)M受體功能則對(duì)藥物成癮行為起抑制作用。

腦區(qū)間干預(yù)不同亞型的M受體也表現(xiàn)出了不同的效果。NAc定位注射M1受體抑制劑雖然不影響動(dòng)物可卡因SA行為,但能反轉(zhuǎn)氧化震顫素對(duì)SA行為的抑制效果(Mark et al.,2006);采用藥理學(xué)手段特異性激動(dòng)LDTg的M2受體,也抑制了SA模型中動(dòng)物自身給藥及獲取食物行為,即能抑制了刺激物的獎(jiǎng)賞作用(Shabani,Foster,Gubner,Phillips,&Mark,2010)。雖然M5受體能被非特異性M受體抑制劑所抑制,以及被擬膽堿藥物及膽堿酯酶抑制劑所激動(dòng),但缺乏普遍使用的特異性針對(duì)M5受體的工具藥物。目前對(duì)M5受體的研究手段局限在采用轉(zhuǎn)基因?qū)π∈驧5受體基因進(jìn)行剔除,培育后進(jìn)行行為研究。在Pudmed上搜索相關(guān)文獻(xiàn),缺乏針對(duì)腦內(nèi)M5受體在藥物成癮中影響的行為學(xué)研究。

由上述外周干預(yù)或在腦區(qū)間干預(yù)M受體及其亞型功能對(duì)藥物成癮影響的行為學(xué)研究結(jié)果可以看出,不同亞型M受體對(duì)藥物成癮行為影響方式并不一樣,較為一致的結(jié)果是激動(dòng)M2及M4受體功能后抑制了藥物成癮的行為,而激動(dòng)M5受體后能促進(jìn)藥物成癮行為。前人認(rèn)為激動(dòng)或抑制中樞膽堿能系統(tǒng)通過(guò)不同的方式在藥物成癮中起作用：1、膽堿能激動(dòng)劑通過(guò)與多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生交互作用的方式對(duì)藥物成癮行為產(chǎn)生影響,而膽堿能抑制劑通過(guò)抑制成癮記憶形成及提取的方式對(duì)藥物成癮行為產(chǎn)生影響(李新旺,于萍 2006),但這種解釋方式并未深入到不同亞型M受體對(duì)藥物成癮影響的神經(jīng)機(jī)制。

4 干預(yù)M受體功能影響藥物成癮行為過(guò)程中多巴胺系統(tǒng)的變化

4.1 中腦-紋狀體多巴胺投射通路

盡管阿片類藥物及精神活性藥物作用的中樞神經(jīng)靶點(diǎn)不一樣,但它們的一個(gè)共同點(diǎn)是能激活中腦區(qū)域多巴胺神經(jīng)元,引起紋狀體背側(cè)及腹側(cè)NAc的多巴胺水平升高(Tzavara et al.,2004;Kalivas&O’Brien,2008)。紋狀體區(qū)域的多巴胺釋放促進(jìn)了神經(jīng)突觸可塑性改變的過(guò)程(Ranaldi,2014),這個(gè)過(guò)程與行為強(qiáng)化密切相關(guān)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)反復(fù)暴露在藥物的作用下,引起的神經(jīng)可塑性發(fā)生變化,可能構(gòu)成了藥物成癮難以戒斷及反復(fù)復(fù)吸的生理基礎(chǔ)。因此在藥物成癮的研究中,多巴胺系統(tǒng)一直是研究者所關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)藥物成癮治療的一個(gè)思路是通過(guò)抑制成癮過(guò)程多巴胺系統(tǒng)的變化,達(dá)到抑制藥物成癮行為的目的。

中腦區(qū)域多巴胺神經(jīng)元是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多巴胺的主要來(lái)源。與藥物成癮密切相關(guān)的多巴胺神經(jīng)元核團(tuán)包括中腦區(qū)域的VTA及黑質(zhì)致密部(substantia nigra pars compacta,SNpc),兩者均對(duì)紋狀體投射多巴胺神經(jīng)元,而紋狀體及NAc中多巴胺受體得到充分表達(dá)。紋狀體從其細(xì)胞結(jié)構(gòu)上來(lái)分,95%以上的神經(jīng)元都是中間棘突神經(jīng)元(Medium spiny neurons,MSNs),延伸到NAc中,同時(shí)有少量的另外類型的中間神經(jīng)元,NAc與紋狀體細(xì)胞結(jié)構(gòu)類似。MSNs是一類以GABA為神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元,也是紋狀體的主要輸出神經(jīng)元,多巴胺受體主要在MSNs上表達(dá)。MSNs樹(shù)突部位與來(lái)自中腦的多巴胺投射神經(jīng)元相連,因此紋狀體的輸出受到多巴胺釋放的影響(Yager,Garcia,Wunsch,&Ferguson,2015)。多巴胺受體分為5種亞型,D1-D5型受體,也屬于G蛋白偶聯(lián)受體,分成了兩大類：D1樣(D1-like)受體,包括 D1受體與 D5受體;D2樣(D2-like)受體,包括D2、D3、D4受體。D1樣及D2樣受體均在紋狀體區(qū)域MSNs上得到表達(dá),數(shù)量均衡(Beaulieu&Gainetdinov,2011)。其中表達(dá)D1樣受體的MSNs投射到蒼白球內(nèi)側(cè)及黑質(zhì)網(wǎng)狀部位,被稱為直接通路(driect MSNs,dMSNs),表達(dá)D2樣受體的MSNs投射到蒼白球外側(cè)及丘腦底核(indriect MSNs,iMSNs),兩者在藥物成癮中的作用并不一樣(Yager et al.,2015)。

4.2 干預(yù)M受體功能同時(shí)影響成癮行為和多巴胺系統(tǒng)功能

當(dāng)動(dòng)物進(jìn)行在可卡因用藥行為后,中樞膽堿能神經(jīng)元也會(huì)顯著激活(Berlanga et al.,2003;Kamii et al.,2015)。而在嗎啡成癮過(guò)程中,中樞神經(jīng)系統(tǒng)中乙酰膽堿及多巴胺水平均發(fā)生改變(李新旺,于萍 2006)。一部分研究在干預(yù)M受體功能對(duì)藥物成癮行為影響的同時(shí)觀察到多巴胺系統(tǒng)的變化,并且干預(yù)不同亞型的M受體功能對(duì)多巴胺系統(tǒng)影響也不一樣,與對(duì)藥物成癮行為的影響相對(duì)應(yīng)。

干預(yù)M1受體功能對(duì)不同的精神活性藥物的效果出現(xiàn)了差異：與正常小鼠對(duì)比,在剔除M1受體的小鼠身上,安非他命所誘導(dǎo)的多巴胺釋放及精神活動(dòng)效應(yīng)均被顯著增強(qiáng) (Gerber et al.,2001);但可卡因聯(lián)合M1受體抑制劑telenzepine腹腔注射,NAc中多巴胺水平也顯著上升,但對(duì)PFC中多巴胺水平影響不顯著,同時(shí)精神活動(dòng)效應(yīng)則被顯著抑制(Tanda&Katz,2007)。雖然可卡因和安非他命均屬于精神活性類藥物,但兩者分子式差異較大。而在剔除M2及M4受體基因的小鼠身上,中腦核團(tuán)LDTg及PPTg乙酰膽堿水平基線值上升,同時(shí)伴隨著紋狀體區(qū)域多巴胺基線水平上升(Baghdoyan,Lydic,&Fleegal,1998;Tzavara et al.,2004),并且安非他命所誘導(dǎo)的多巴胺釋放水平也得到了顯著增加(Schmidt et al.,2011)。即時(shí)腹腔注射M4受體激動(dòng)劑VU0152100抑制藥物成癮行為表達(dá)的同時(shí),也抑制了可卡因所誘導(dǎo)的紋狀體多巴胺水平升高的效果(Dencker et al.,2012)。采用技術(shù)特異性剔除紋狀體dMSNs通路中M4受體的小鼠,精神活性藥物所誘導(dǎo)的精神活動(dòng)效應(yīng)及多巴胺釋放效果均得到顯著增強(qiáng)(Jeon et al.,2010)。在剔除M5受體基因的小鼠身上,嗎啡所誘導(dǎo)CPP效果顯著下降,伴隨著紋狀體多巴胺水平升高效果也被抑制(Basile et al.,2002)。

以上證據(jù)提示了干預(yù)M受體同時(shí)也會(huì)引起多巴胺系統(tǒng)變化,而多巴胺系統(tǒng)同樣與藥物成癮過(guò)程密切相關(guān)。因此干預(yù)膽堿能M受體時(shí)對(duì)藥物成癮行為產(chǎn)生影響的神經(jīng)機(jī)制可能是通過(guò)多巴胺的中介作用。下面將進(jìn)一步論述中樞神經(jīng)系統(tǒng)中不同亞型M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生影響的方式。

5 干預(yù)M受體影響多巴胺系統(tǒng)的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制

5.1 M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)控作用的腦區(qū)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同腦區(qū)M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)控作用的條件包括：1、存在膽堿能神經(jīng)元及M受體;2、同時(shí)存在多巴胺神經(jīng)元或多巴胺受體。PFC接受中腦區(qū)域的多巴胺投射及基底前腦區(qū)域的膽堿能神經(jīng)元投射,而PFC則向NAc及VTA進(jìn)行谷氨酸投射,PFC、VTA、NAc共同構(gòu)成了一個(gè)神經(jīng)環(huán)路(秦幸娜,李新旺,田琳,孫金玲,2015),并且PFC中M受體及多巴胺受體均得到高度表達(dá),但有證據(jù)表明PFC中多巴胺系統(tǒng)在藥物成癮的發(fā)展過(guò)程中作用可能并不突出(Tzschentke,2001),因此藥物成癮中PFC中M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)的影響也不突出(Tanda&Katz,2007)。

從神經(jīng)元位置上看,多巴胺神經(jīng)元主要所在核團(tuán)VTA及SNpc與膽堿能神經(jīng)元密集的主要核團(tuán)LDTg及PPTg均位于中腦腦干區(qū)域,距離接近。VTA接受來(lái)自LDTg的膽堿能神經(jīng)元的投射,而SNpc受到來(lái)自PPTg的膽堿能神經(jīng)元投射。并且這是目前SNpc及VTA所知的接受的唯一膽堿能投射(Lester,Miller,&Blaha,2010)。在VTA及SNpc中多巴胺神經(jīng)元表達(dá)有N受體及M受體(Fields,Hjelmstad,Margolis,&Nicola,2007),因此LDTg及PPTg可能通過(guò)膽堿能投射在LDTg-VTA-NAc及PPTg-SNpc-紋狀體通路中影響多巴胺系統(tǒng)。并且在藥物成癮的發(fā)展過(guò)程中,LDTg及PPTg的膽堿能投射神經(jīng)元細(xì)胞膜產(chǎn)生了適應(yīng)性變化,對(duì)Na+的通透性增加,更容易被刺激激動(dòng)(Kamii et al.,2015),提示了中腦區(qū)域M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)的影響在藥物成癮中凸顯。

而M受體也在紋狀體多種神經(jīng)元上得到表達(dá)：包括MSNs、多巴胺神經(jīng)元、外部投射的谷氨酸神經(jīng)元、及部分中間神經(jīng)元,同時(shí)紋狀體中存在少量CIN激活后釋放乙酰膽堿,因此紋狀體區(qū)域也存在M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生影響的生理基礎(chǔ)。由于紋狀體中多巴胺受體在藥物成癮中作用突出,干預(yù)紋狀體M受體功能也可能通過(guò)影響多巴胺系統(tǒng)的方式來(lái)影響藥物成癮行為。雖然NAc與紋狀體神經(jīng)元組成類似,但不同亞型的M受體在NAc及在紋狀體背側(cè)中表達(dá)程度并不一樣,對(duì)多巴胺系統(tǒng)的作用可能存在差異。并且由于紋狀體眾多神經(jīng)遞質(zhì)通路及多種M受體亞型的存在,干預(yù)紋狀體M受體功能對(duì)多巴胺系統(tǒng)的影響方式相對(duì)復(fù)雜。

5.2 不同亞型M受體影響多巴胺系統(tǒng)功能的神經(jīng)機(jī)制

早期的離體研究中針對(duì)紋狀體M受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)交互作用的研究存在諸多矛盾。不同的研究中,非特異性激動(dòng)紋狀體M受體功能分別表現(xiàn)出了促進(jìn)多巴胺釋放(de Belleroche&Gardiner,1982;Lehmann&Langer,1982)或是抑制多巴胺釋放(Kudernatsch&Sutor,1994)。近幾年隨著光遺傳學(xué)技術(shù)的普及,許多研究者采用了這一新手段探討這一問(wèn)題。光遺傳學(xué)手段及傳統(tǒng)的電刺激手段均是對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行刺激的技術(shù),一些研究者同時(shí)采用了兩種手段對(duì)比,得到了類似的結(jié)果:依據(jù)對(duì)CIN刺激頻率及時(shí)間的長(zhǎng)短,對(duì)多巴胺釋放有不同的效果:單次刺激CIN,便能引起多巴胺神經(jīng)元激動(dòng)程度的上升并促進(jìn)多巴胺釋放,但對(duì)CIN進(jìn)行連續(xù)刺激,反而對(duì)多巴胺的釋放起抑制作用,并且抑制效果隨刺激頻率升高而升高,這種效果能被非特異性N受體或M受體抑制劑所反轉(zhuǎn)(Cachope et al.,2012;Melchior,Ferris,Stuber,Riddle,&Jones,2015)。提示了M受體及N受體均參與了這個(gè)過(guò)程,而中介這個(gè)過(guò)程的是乙酰膽堿。

5.2.1 M2及 M4受體

M2及M4受體在中腦區(qū)域核團(tuán)PPTg及LDTg膽堿能神經(jīng)元軸突區(qū)域中均得到高度表達(dá)(Garzón&Pickel,2006),其中大部分M2及 M4受體分布在突觸前膜,屬于自受體(Autoreceptor),紋狀體CIN中也分布有M2及M4自受體(Weiner,Levey,&Brann,1990;Yan&Surmeier,1996)。LDTg及PPTg的膽堿能投射神經(jīng)元軸突與VTA及SNpc的多巴胺神經(jīng)元的突觸區(qū)域產(chǎn)生聯(lián)系。另外中腦區(qū)域少量M2受體則在多巴胺神經(jīng)元上表達(dá),在剔除M5受體的動(dòng)物身上多巴胺神經(jīng)元中M2受體表達(dá)水平增加,提示了M2受體可能對(duì)M5受體的功能有代償作用(Garzón&Pickel,2006)。而紋狀體中多種神經(jīng)元也表達(dá)了M2及M4受體：除了CIN外,皮質(zhì)-紋狀體的谷氨酸投射神經(jīng)元突觸末梢區(qū)域表達(dá)有M2及M4受體(Ince,Ciliax,&Levey,1997),同時(shí)dMSNs通路中也表達(dá)有M4受體。雖然M2及M4受體分布廣泛,但紋狀體中對(duì)多巴胺系統(tǒng)起調(diào)控作用的M2及M4受體分布的區(qū)域并不一樣,紋狀體背側(cè)尾狀核中M2及M4受體共同對(duì)多巴胺系統(tǒng)起調(diào)控作用,而NAc內(nèi)主要是M4受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)起作用(Threlfell et al.,2010)。

采用擬膽堿藥物卡巴膽堿非特異性激動(dòng)LDTg或PPTg膽堿能功能,能顯著抑制膽堿能神經(jīng)元放電活動(dòng),而在同時(shí)剔除M2受體基因及M4受體基因小鼠的腦切片上,這種效果則消失了(Kohlmeier,Ishibashi,Wess,Bickford,&Leonard,2012)。用藥理學(xué)手段特異性激動(dòng)中腦區(qū)域突觸前膜M4受體抑制了動(dòng)物覓食行為(Stachniak,Ghosh,&Sternson,2014),提示了激動(dòng)中腦區(qū)域突觸前膜M2及M4受體,能顯著抑制膽堿能神經(jīng)元的激活及動(dòng)機(jī)行為。紋狀體中M2及M4自受體效果類似,激動(dòng)后也能抑制CIN的激活。另外谷氨酸投射神經(jīng)元中表達(dá)的M2及M4受體激動(dòng)后抑制谷氨酸的興奮性傳導(dǎo),而谷氨酸的釋放與紋狀體區(qū)域神經(jīng)可塑性變化密切相關(guān)(Mao&Wang,2015;Shen et al.,2015),因此在行為學(xué)習(xí)階段反復(fù)激動(dòng)M2及M4受體功能,能抑制紋狀體神經(jīng)可塑性的變化。而激動(dòng)dMSNs中表達(dá)的M4受體功能,增強(qiáng)了D1樣受體信號(hào)通路,即增強(qiáng)了dMSNs通路輸出(Ferguson et al.,2011)。

向PPTg注射擬膽堿藥物卡巴膽堿降低了紋狀體的多巴胺釋放的基線水平,而向PPTg注射非特異性M受體抑制劑東莨菪堿或M2、M4受體抑制劑methoctramine均升高了紋狀體多巴胺的基線水平(Miller&Blaha,2004)。雖然紋狀體中多種神經(jīng)元中表達(dá)了M2及M4受體,但總的來(lái)說(shuō),促進(jìn)紋狀體M4及M2受體功能對(duì)多巴胺系統(tǒng)功能起抑制作用。從多巴胺釋放的角度來(lái)看,刺激紋狀體中CIN進(jìn)行多巴胺釋放起抑制作用,但在剔除了M2及M4受體的小鼠紋狀體切片上,這種抑制作用消失了,并且這種效果能被N受體抑制劑完全替代(Shin,Adrover,Wess,&Alvarez,2015),提示了這種抑制效果是通過(guò)抑制N受體功能來(lái)完成的,而N受體在多巴胺神經(jīng)元上也直接分布。膽堿能神經(jīng)元突觸前膜的M2及M4自受體并不能直接對(duì)多巴胺神經(jīng)元起作用,但通過(guò)抑制膽堿能神經(jīng)元的激活,可能間接影響了多巴胺神經(jīng)元上N受體及M受體的激活狀態(tài)。我們實(shí)驗(yàn)室的研究中表明整體抑制N受體功能對(duì)嗎啡誘導(dǎo)的LA行為沒(méi)有效果(未發(fā)表),但另外一些研究中得出證據(jù)提示了部分腦區(qū)間N受體參與了精神活性藥物及阿片類藥物所誘導(dǎo)的藥物成癮過(guò)程(Rezayof et al.,2006;Shinohara et al.,2014),并且總體上來(lái)說(shuō),非特異性激動(dòng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)N受體功能,對(duì)多巴胺系統(tǒng)起促進(jìn)作用(Exley&Cragg,2008)。N受體屬于離子通道受體,激活后起效速度比M受體更快。結(jié)合以上證據(jù),中樞神經(jīng)系統(tǒng)中M2及M4自受體激活后通過(guò)抑制膽堿能神經(jīng)元活動(dòng),抑制了神經(jīng)元突觸間隙乙酰膽堿濃度,可能對(duì)多巴胺神經(jīng)元樹(shù)突區(qū)域N受體及M受體的狀態(tài)產(chǎn)生影響,從而抑制多巴胺系統(tǒng)功能,這種效果同時(shí)存在于中腦區(qū)域及紋狀體區(qū)域。

5.2.2 M5受體

中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)幾種M受體亞型中,M5受體表達(dá)水平雖然最低,但M5受體的mRNA在多巴胺神經(jīng)元中得到表達(dá)(Weiner et al.,1990),即M5受體激動(dòng)后能直接對(duì)多巴胺神經(jīng)元起作用,因此得到了研究者的重視。Garzon等(2013)的研究中檢驗(yàn)了VTA樹(shù)突區(qū)域M5受體及多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(Dopamine transporter,DAT)所在的區(qū)域：M5受體主要位于多巴胺神經(jīng)元的突觸區(qū)域(66.8%),與另外神經(jīng)元的軸突聯(lián)系,少量位于軸突(25.6%)及胞體(3.7%)上,而DAT同樣主要在突觸區(qū)域表達(dá)(85.6%),但M5受體及DAT表達(dá)相重疊的區(qū)域卻并不大(33.2%),提示了中腦區(qū)域多巴胺神經(jīng)元上的M5受體激活后并非是通過(guò)影響DAT起作用,而主要通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)的方式通路影響多巴胺系統(tǒng)。紋狀體背側(cè)接受的多巴胺投射神經(jīng)元中也表達(dá)M5受體,同時(shí)M5受體還在紋狀體中MSNs及部分中間神經(jīng)元中少量表達(dá)(Yan&Surmeier,1996),但在CIN中并未表達(dá)M5受體,因此M5受體并不屬于自受體。紋狀體不同區(qū)域中M5受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)起作用的方式并不一樣,M5受體對(duì)多巴胺調(diào)控作用主要發(fā)生在紋狀體背側(cè)區(qū)域的尾狀核及豆?fàn)詈酥?Raffa,2009;Threlfell et al.,2010)。紋狀體M5受體對(duì)多巴胺系統(tǒng)的影響方式還存在一定的爭(zhēng)議,最近幾年有離體研究中表明M5受體激動(dòng)后促進(jìn)了多巴胺神經(jīng)元的激動(dòng)(Shin et al.,2015),或是對(duì)多巴胺神經(jīng)元起抑制作用(Foster et al.,2014)。

向VTA定位注射嗎啡也能引起紋狀體多巴胺水平上升,但在剔除M5受體的小鼠身上這種效果則被顯著抑制(Steidl,Miller,Blaha,&Yeomans,2011)。Foster等(2014)的研究中,在小鼠SNpc腦切片上,首先檢驗(yàn)了新的工具藥物VU0238429對(duì)不同亞型M受體的影響：VU0238429顯著增強(qiáng)了乙酰膽堿與M5受體的親和作用,同時(shí)對(duì)其它亞型的M受體無(wú)效果,即能特異性激動(dòng)M5受體功能;而在SNpc的切片上,VU0238429顯著增強(qiáng)了多巴胺神經(jīng)元的放電水平。但在紋狀體切片上采用M5受體激動(dòng)劑VU0238429與氧化震顫素聯(lián)合給藥,反而增強(qiáng)了氧化震顫素對(duì)多巴胺神經(jīng)元活動(dòng)的抑制作用。而Shin等(2015)的研究中采用小鼠紋狀體切片進(jìn)行了離體研究：在非特異性M受體激動(dòng)劑氧化震顫素的作用下,結(jié)合光遺傳學(xué)技術(shù)刺激紋狀體中多巴胺神經(jīng)元,促進(jìn)了紋狀體多巴胺釋放的基線水平,而在剔除了M5受體基因的小鼠身上,這種促進(jìn)效果消失了;并且這種促進(jìn)效果還能被β2型N受體抑制劑完全反轉(zhuǎn),提示了激動(dòng)紋狀體中M5受體對(duì)多巴胺釋放的起促進(jìn)作用還需要N受體的協(xié)同激活。另外也有一部分研究表明激動(dòng)紋狀體M5受體需要N受體的協(xié)同作用才能促進(jìn)多巴胺的釋放(Cachope et al.,2012;Kuroiwa et al.,2012)。這兩個(gè)研究結(jié)果的差異可能在于干預(yù)M5受體的手段不一樣。

6 總結(jié)及展望

理解膽堿系統(tǒng)M受體在藥物成癮中起作用的方式,具有重要的理論意義及實(shí)踐意義。一、雖然有研究證實(shí)了干預(yù)M受體能顯著影響藥物成癮行為,但還存在許多矛盾很難解釋。因?yàn)槌砂a行為受多種因素影響,而M受體同樣參與了多種認(rèn)知活動(dòng)功能,干預(yù)M受體功能可能通過(guò)多種方式在藥物成癮中起作用,如從記憶角度、自身狀態(tài)、或是產(chǎn)生額外的行為上的干擾因素：如我們實(shí)驗(yàn)室的研究中發(fā)現(xiàn)腹腔注射東莨菪堿也能顯著增加活動(dòng)量,或向特定腦區(qū)注射擬膽堿藥物卡巴膽堿也能產(chǎn)生CPP或SA行為(Ikemoto&Wise,2002),同時(shí)外周M受體也中介了可卡因誘導(dǎo)的狀態(tài),因此采用單一動(dòng)物模型的研究很難全面的解釋M受體影響藥物成癮的方式。二、從神經(jīng)機(jī)制的角度來(lái)看,多巴胺系統(tǒng)是與藥物成癮密切相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng),藥物刺激均能引起中腦-紋狀體多巴胺系統(tǒng)激活,多巴胺系統(tǒng)激活與行為強(qiáng)化密切相關(guān),而M受體在多個(gè)腦區(qū)影響了多巴胺系統(tǒng)。在不同亞型M受體對(duì)藥物成癮影響的神經(jīng)機(jī)制上,M2及M4受體激活后抑制了多巴胺的釋放,而M5受體激活后則能促進(jìn)多巴胺的釋放,與行為學(xué)的研究結(jié)論相對(duì)應(yīng),提示了中樞多巴胺系統(tǒng)的變化能在一定程度上反映藥物成癮行為的變化,及M受體對(duì)藥物成癮行為的影響可能是通過(guò)影響多巴胺系統(tǒng)來(lái)起作用;三、新的生物學(xué)研究技術(shù)的出現(xiàn),加速了對(duì)不同受體亞型M受體在藥物成癮中起作用的神經(jīng)機(jī)制的理解。光遺傳學(xué)手段是這個(gè)世紀(jì)初出現(xiàn)的,并普及較快的生物學(xué)研究技術(shù)。與傳統(tǒng)的電刺激手段相比,光遺傳學(xué)能對(duì)特定類型的神經(jīng)元起刺激作用,例如對(duì)紋狀體區(qū)域采用電刺激手段研究,必定同時(shí)刺激到多巴胺神經(jīng)元及CIN,難以區(qū)分單獨(dú)刺激兩種神經(jīng)元的效果;而采用光遺傳學(xué)技術(shù),則能分別對(duì)多巴胺神經(jīng)元或CIN進(jìn)行刺激,結(jié)合碳電極對(duì)多巴胺的釋放的即時(shí)檢測(cè)技術(shù),能準(zhǔn)確地測(cè)量不同刺激條件下對(duì)多巴胺釋放的影響;最近幾年出現(xiàn)了較多的電刺激及光遺傳學(xué)刺激手段對(duì)比的研究(Cachope et al.,2012;Melchior et al.,2015;Shin et al.,2015),所得結(jié)果大大促進(jìn)了對(duì)紋狀體膽堿能系統(tǒng)及多巴胺系統(tǒng)交互作用方式的理解,有助于推動(dòng)M受體作為藥物成癮治療的神經(jīng)靶點(diǎn)。

雖然目前針對(duì)M受體對(duì)藥物成癮的影響的行為學(xué)及神經(jīng)機(jī)制的研究均取得了較大的進(jìn)展,在今后的研究方向中,還存在著可以進(jìn)步的空間：一、行為學(xué)研究中,一些膽堿類藥物本身就能引起動(dòng)物行為的改變,這點(diǎn)可能在動(dòng)物模型中產(chǎn)生混淆變量,但之前卻少有研究者關(guān)注。因此在干預(yù)M受體功能進(jìn)行動(dòng)物模型研究時(shí),需要單獨(dú)考察干預(yù)M受體對(duì)動(dòng)物行為的影響,如果顯著影響了動(dòng)物行為,就更需要注意研究結(jié)果的解釋。二、中樞神經(jīng)M受體在藥物成癮中起作用的腦區(qū)不局限在中腦區(qū)域及紋狀體區(qū)域,已有證據(jù)表明海馬及腦島區(qū)域的膽堿能系統(tǒng)同樣中介了藥物成癮記憶的形成及表達(dá)過(guò)程(Rezayof et al.,2006;Wu et al.,2014),但這種起作用的方式并不是通過(guò)多巴胺系統(tǒng)起作用的,還值得深入考察;三、大多數(shù)行為學(xué)研究關(guān)注的是藥物成癮的發(fā)展階段及表達(dá)階段,而在戒斷階段紋狀體神經(jīng)系統(tǒng)同樣發(fā)生了神經(jīng)可塑性的變化(Song et al.,2014),并且在藥物戒斷期間進(jìn)行干預(yù)能模擬真實(shí)情境下對(duì)強(qiáng)制戒斷的患者進(jìn)行治療的過(guò)程,卻鮮有研究者關(guān)注,這可能作為之后的一個(gè)研究方向。

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