物質(zhì)成癮的表觀遺傳機(jī)制

柯曉殷　　寧玉萍

·綜 述·

物質(zhì)成癮的表觀遺傳機(jī)制

柯曉殷*寧玉萍*

表觀遺傳 成癮 DNA甲基化 組蛋白修飾

表觀遺傳（epigenetic）是指在基因DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)發(fā)生可遺傳的改變，并最終導(dǎo)致可遺傳的表型變化，而且這種改變?cè)趥€(gè)體發(fā)育和細(xì)胞增殖過程中能穩(wěn)定遺傳并具有可逆潛能。表觀遺傳包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控等。表觀遺傳參與大腦分化與發(fā)育，越來越多證據(jù)表明，表觀遺傳機(jī)制參與精神分裂癥、雙相情感障礙、物質(zhì)成癮、孤獨(dú)癥等精神障礙的發(fā)生。物質(zhì)成癮可視為某種神經(jīng)可塑性障礙［1］。本文擬對(duì)物質(zhì)成癮的表觀遺傳機(jī)制進(jìn)行綜述。

1　 DNA甲基化

目前，關(guān)于DNA甲基化在物質(zhì)成癮中作用機(jī)制的研究不多。有研究發(fā)現(xiàn)，急性和慢性可卡因使用能促進(jìn)伏隔核（nucleusaccumbens，NAc）中DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3a（DNA methyltransferase 3a，Dnmt3a）的表達(dá)，而且經(jīng)過28 d戒斷期后，NAc中Dnmt3a水平升高，DNA甲基化水平升高［2-3］。通過基因敲除或RG108藥物方法抑制NAc中Dnmt3a活性，DNA甲基化水平降低，可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)則增強(qiáng)；相反，Dnmt3a高表達(dá)可減弱可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)［2-3］。慢性可卡因使用能降低NAc樹突棘密度，局部Dnmt3a過度表達(dá)可出現(xiàn)類似的結(jié)果［3］。除Dnmt3a，甲基CpG結(jié)合蛋白（meth?yl-CpG binding protein 2，MeCP2）也與物質(zhì)成癮有關(guān)。慢性使用可卡因能升高大鼠紋狀體MeCP2水平［4］；當(dāng)局部敲除紋狀體MeCP2基因后，大鼠減少可卡因的攝入［4］。相反，NAc中MeCP2基因敲除后，苯丙胺的獎(jiǎng)賞效應(yīng)得到增強(qiáng)［5］。詳見表1及表2。

2　組蛋白修飾

組蛋白分子分為H1、H2A、H2B、H3和H4等5種。核小體的核心由H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)分子形成的八聚體及其上纏繞1.75圈的146 bp DNA雙螺旋分子所構(gòu)成，核小體的核心顆粒之間再由約60個(gè)堿基對(duì)DNA和組蛋白H1連接起來形成串珠樣結(jié)構(gòu)。組蛋白修飾常見的類型為組蛋白乙?；图谆?。

2.1組蛋白乙?；?可卡因能改變NAc中乙酰化H3、H4水平［6］。研究發(fā)現(xiàn)，可卡因急性使用提高c-fos啟動(dòng)子H4乙?；?，而慢性使用則不出現(xiàn)類似的改變［6］。然而，可卡因慢性使用通過增強(qiáng)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）和細(xì)胞周期素依賴蛋白激酶5 （cyclin-dependent kinase 5，CDK5）啟動(dòng)子區(qū)域的H3乙?；瘉砑せ罨虮磉_(dá)［6］。GHAZALEH等［7］發(fā)現(xiàn)，可卡因增強(qiáng)前額葉皮質(zhì)BDNF啟動(dòng)子組蛋白H3乙?；?，引起B(yǎng)DNF水平升高；而前額葉皮質(zhì)BDNF表達(dá)被抑制后，可卡因攝食量增多。推測(cè)前額葉皮質(zhì)存在組蛋白乙?；瘷C(jī)制調(diào)控BDNF水平，從而負(fù)反饋影響可卡因自我給藥行為。

與上述研究結(jié)果相似，組蛋白脫乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）缺失對(duì)可卡因敏感性和獎(jiǎng)賞效應(yīng)的影響也是復(fù)雜的。KENNEDY等［8］發(fā)現(xiàn)，NAc中HDAC1缺失可減弱個(gè)體對(duì)可卡因的自我給藥反應(yīng)，HDAC2和HDAC3缺失則無此影響。大腦中表達(dá)量最多的HDAC——HDAC3被抑制，能輔助戒斷可卡因，并防止可卡因復(fù)吸時(shí)的覓藥行為［9］。HDAC5可抑制可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)［10］。NAc 中HDAC4和HDAC5過度表達(dá)，可減輕個(gè)體對(duì)可卡因的自我給藥反應(yīng)［6，11］。

沉默信息調(diào)節(jié)因子（silent information regulator，Sirt）是一種組蛋白去乙?；浮ERGUSON等［12］發(fā)現(xiàn)，NAc中Sirt1或Sirt2增多可強(qiáng)化可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)，敲除NAc部位Sirt1基因則出現(xiàn)相反的表現(xiàn)；Sirt1基因的作用與多種突觸蛋白調(diào)節(jié)和相關(guān)樹突棘誘導(dǎo)有關(guān)。組蛋白乙酰化水平短期升高可增強(qiáng)可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)，但持續(xù)性升高則會(huì)減弱獎(jiǎng)賞效應(yīng)，這可能與組蛋白甲基化抑制代償性增強(qiáng)有關(guān)［8］。

組蛋白乙?；谄渌镔|(zhì)成癮中的作用尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)靶基因組蛋白乙?；礁淖兣c阿片類物質(zhì)成癮有關(guān)［13］。NAc中HDAC活性抑制可增強(qiáng)阿片類物質(zhì)的獎(jiǎng)賞效應(yīng)［14］。與可卡因類似，阿片類物質(zhì)可升高NAc中Sirt1水平，對(duì)Sirt2無影響，而此區(qū)域的Sirt1或Sirt2過度表達(dá)均可增強(qiáng)阿片類物質(zhì)的獎(jiǎng)賞效應(yīng)［12］。研究發(fā)現(xiàn)，酒精提高前額葉皮質(zhì)和杏仁體的H3、H4乙?；剑档痛竽XHDAC活性，這些改變與酒精獎(jiǎng)賞效應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)［15-16］。SAKHARKAR等［17］發(fā)現(xiàn)，HDAC抑制劑可減少飲酒行為。

這些研究表明，成癮物質(zhì)能改變組蛋白乙酰化水平，而組蛋白乙酰化水平改變又能影響成癮物質(zhì)攝入。詳見表1及表2。

2.2組蛋白甲基化 G9a和G9a樣蛋白（G9a-like protein，GLP）是組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferases，HMTs），可催化組蛋白H3賴氨酸9（H3K9）二甲基化反應(yīng)（H3K9me2）。MAZE等［18］發(fā)現(xiàn)，慢性可卡因使用能抑制NAc中G9a表達(dá)以及減輕H3K9me2；抑制NAc中G9a可增強(qiáng)個(gè)體對(duì)可卡因和阿片類物質(zhì)的自我給藥反應(yīng)，G9a過度表達(dá)則能逆轉(zhuǎn)這種效應(yīng)；NAc中G9a基因敲除可增加樹突分枝。這表明G9a引起的H3K9me2作用可抑制藥物依賴突觸可塑性過程。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)使用過可卡因會(huì)增加個(gè)體對(duì)應(yīng)激的易感性，由可卡因引起的NAc中G9a水平下降介導(dǎo)了這一交叉致敏作用［19］。NAc上HDAC抑制會(huì)減弱可卡因的效應(yīng)，這是通過誘導(dǎo)G9a表達(dá)所起的作用［8］。G9a升高可抑制藥物誘發(fā)的獎(jiǎng)賞效應(yīng)，而G9a降低則出現(xiàn)相反作用［18，20］。以上研究表明，組蛋白甲基化修飾在藥物成癮機(jī)制中占有重要地位。

此外，值得注意的是細(xì)胞類型特異性調(diào)節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn)［21］，雖然可卡因能抑制NAc中表達(dá)多巴胺受體1（do?pamine receptor 1，D1）和多巴胺受體2（dopamine receptor 2，D2）的中型多棘神經(jīng)元（medium spiny neurons，MSNs）中G9a基因表達(dá)，但G9a在不同神經(jīng)元中發(fā)揮相反的效應(yīng)：敲除D1 MSNs的G9a基因，個(gè)體對(duì)可卡因的成癮反應(yīng)受到抑制，而敲除D2 MSNs的G9a基因則增強(qiáng)可卡因的效應(yīng)；D2 MSNs的G9a基因過度表達(dá)減弱可卡因的獎(jiǎng)賞效應(yīng)，D1 MSNs的G9a基因過度表達(dá)則無此作用［21］。這提示G9a調(diào)節(jié)可卡因的成癮效應(yīng)主要是通過作用于D2MSNs來實(shí)現(xiàn)。

雖然這些結(jié)果證明表觀遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制參與藥物的獎(jiǎng)賞效應(yīng)，但不能忽視轉(zhuǎn)錄因子在募集和調(diào)控表觀遺傳修飾酶中所起的作用。轉(zhuǎn)錄因子如ΔFosB、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2 （myocyte enhancer factor 2，MEF2）和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）均能募集表觀遺傳修飾酶［22］。NAc神經(jīng)元缺失CREB結(jié)合蛋白（CREB-binding protein，CBP），引起組蛋白乙?；浇档图翱煽ㄒ蛞捤幮袨樵龆啵?3］。因此，轉(zhuǎn)錄因子與表觀遺傳酶共同介導(dǎo)藥物獎(jiǎng)賞效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。詳見表1及表2。

表1現(xiàn)有研究中成癮物質(zhì)對(duì)表觀遺傳的影響

3　 MicroRNA（miRNA）

可卡因慢性使用引起NAc中miR-181上調(diào)、miR-124 和let-7d下調(diào)［24］。研究發(fā)現(xiàn)，可卡因能誘導(dǎo)大鼠紋狀體中miR-212表達(dá)，miR-212增多則通過提高CREB（一種能對(duì)抗可卡因獎(jiǎng)賞效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子）活性而減少可卡因攝入［22，25］。前額葉皮質(zhì)中部miR-206富集可增強(qiáng)飲酒行為［26］。Argo?naut-2（Ago2）負(fù)責(zé)miRNA處理和mRNA靜默，紋狀體中表達(dá)多巴胺受體2神經(jīng)元的Ago2基因敲除后，可卡因攝入量減少［27］。這些研究結(jié)果進(jìn)一步提示，除組蛋白和DNA修飾外，miRNA在成癮的發(fā)生中也起到重要作用。詳見表1與表2。

表2現(xiàn)有研究中表觀遺傳改變對(duì)成癮行為的影響

4　總結(jié)

迄今為止，物質(zhì)成癮的表觀遺傳機(jī)制仍然是一個(gè)新興研究領(lǐng)域，但越來越多的證據(jù)表明，表觀遺傳機(jī)制可能是導(dǎo)致藥物濫用的重要途徑。物質(zhì)成癮是受多種遺傳和環(huán)境因素影響的行為。該疾病的多因素性質(zhì)需要跨學(xué)科合作研究。為提高對(duì)成癮分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，需要考慮使用新的基因組工具，如RNA測(cè)序、全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（whole-genome bisulfite sequencing，WGBS）和Tet輔助的重亞 硫 酸 鹽 測(cè) 序（Tet-assistedbisulfitesequencing，TAB-Seq），以便于明確物質(zhì)濫用對(duì)表觀遺傳修飾與基因表達(dá)的影響。如能結(jié)合更有效的行為觀察測(cè)量方法和基因表達(dá)檢測(cè)技術(shù)，我們對(duì)成癮的表觀遺傳機(jī)制將有更全面的了解，可為探索更有效的治療方法打下基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：肖雅妮）

10.3969/j.issn.1002-0152.2016.04.010
*廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腦科醫(yī)院

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2015-11-18）