蛋白激酶A與物質(zhì)依賴

宋秀花，李毅，郝偉，石玉中

·綜述·

蛋白激酶A與物質(zhì)依賴

宋秀花，李毅，郝偉，石玉中

綜述蛋白激酶A基本結(jié)構(gòu)與功能、成癮物質(zhì)對蛋白激酶A的影響以及蛋白激酶A對藥物濫用行為學(xué)反應(yīng)及與物質(zhì)依賴的研究進展。

蛋白激酶A； 物質(zhì)依賴

物質(zhì)依賴是一種慢性復(fù)雜性疾病，它包含細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的改變引起藥物誘導(dǎo)的突觸可塑性的變化，基因轉(zhuǎn)錄以及蛋白合成等。目前的研究表明藥物濫用與信號通路間的相互作用涉及一組特定的蛋白激酶，其中蛋白激酶A(PKA)是研究較多的信號調(diào)節(jié)蛋白之一。本文就PKA參與藥物依賴的藥物效應(yīng)、自我給藥、戒斷、增強、敏感化及耐受等研究綜述如下。

1 PKA的基本結(jié)構(gòu)與功能

PKA是包含調(diào)節(jié)亞基和催化亞基的一種四聚體，有4種調(diào)節(jié)亞型(RIα,RIβ，RIIα,RIIβ)和3種催化亞型(Cα,Cβ,Cγ)；屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在AC-cAMP-PKA-CREB途徑中腺苷酸環(huán)化酶(AC)催化胞內(nèi)ATP生成環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)，cAMP作為細胞內(nèi)信號物質(zhì)，主要通過激活PKA實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；其功能涉及神經(jīng)方面包括突觸的可塑性、胞吐作用和基因轉(zhuǎn)錄等諸多方面。 PKA在大腦各處都有表達，尤其在大腦皮質(zhì)、丘腦和杏仁核中高度表達，在中腦、伏隔核和腹側(cè)被蓋區(qū)中度表達[1-2]。

PKA的激活依賴于AC，成癮物質(zhì)通過增加伏隔核細胞外多巴胺水平，刺激Gs和Golf蛋白耦聯(lián)D1受體激活A(yù)C和PKA。同時多巴胺可激活D2受體耦聯(lián)的Go蛋白抑制AC。首先多巴胺激活D2受體，釋放Gβγ亞基，然后進一步激活內(nèi)向整流鉀通道，并抑制L-,N-和P/Q-型鈣離子通道。阿片物質(zhì)除了刺激紋狀體多巴胺的釋放外，還可以通過激活阿片受體耦聯(lián)的Gi/o 激活A(yù)C[3]。降低了神經(jīng)元興奮性減少了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。由Gβγ介導(dǎo)的Gi/o耦聯(lián)受體AC活性增強已被證實，并可能有助于在伏隔核的信號傳導(dǎo)。

一個重要的下游調(diào)節(jié)多巴胺信號是多巴胺和cAMP調(diào)節(jié)的磷蛋白(DARPP-32)，其在紋狀體高表達，具有雙重功能，它既是磷酸酶(如PP-1)的抑制劑，也是PKA的抑制劑，快速給予小鼠可卡因或電刺激小鼠紋狀體激活多巴胺通路，可增加PKA介導(dǎo)的DARPP-32在Thr-34位點的磷酸化作用，從而抑制了PP-1介導(dǎo)的PKA亞基的去磷酸化[4]。

PKA使NR1亞基磷酸化來增加N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的功能。D1受體的激活可誘導(dǎo)PKA介導(dǎo)NR1亞基的磷酸化及繼發(fā)的磷酸化作用并激活了大鼠紋狀體神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄因子CREB。這一作用可被NMDA受體拮抗劑MK801抑制[5]。

PKA可促進藥物誘導(dǎo)的突觸可塑性，PKA通過磷酸化AMPA受體的GluR1亞基促進AMPA受體運輸?shù)郊毎6]。多巴胺D1受體激動劑SKF81297和SCH23390以及PKA激活劑Sp-cAMPS均增加了大鼠伏隔核 GluR1細胞表面的表達[7]。嗎啡依賴戒斷大鼠伏隔核谷氨酸水平的升高可能是由于相應(yīng)突觸釋放谷氨酸所致[8]。

PKA還可以調(diào)節(jié)NMDA受體誘導(dǎo)的電流。在大鼠中腦，急性給予可卡因后腹側(cè)被蓋區(qū)多巴胺神經(jīng)元的NMDA受體介導(dǎo)的電流出現(xiàn)的延遲性增高可被PKA抑制劑Rp-cAMPS和D1/D5受體拮抗劑阻斷[9]。

2 成癮物質(zhì)對PKA的影響

急性給予精神活性物質(zhì)可增加PKA的活性和PKA介導(dǎo)的下游靶點的磷酸化作用。如急性給予哺乳動物可卡因后增加了伏隔核和內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(mPFC)PKA介導(dǎo)的DARPP-32,NR1及GluR1的磷酸化。

大麻素類和阿片類藥物可通過多巴胺能系統(tǒng)刺激AC來增加PKA活性。急性給予小鼠大麻素類藥物發(fā)現(xiàn)紋狀體和伏隔核區(qū)域PKA水平增高，而給予大麻素類拮抗劑或多巴胺受體拮抗劑后PKA水平降至正常[10-11]。目前慢性給予大麻素類藥物對PKA的活性影響還不十分明確，有研究[12]顯示慢性給予小鼠四氫大麻酚可增加大腦皮質(zhì)PKA表達水平，但對小腦PKA活性的影響的研究結(jié)果有高有低，尚沒有一致性的結(jié)論。

與大麻素類相似，在體外刺激大鼠紋狀體神經(jīng)元阿片受體可增加PKA催化亞基的核轉(zhuǎn)錄，同時也增加磷酸化的cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(p-CREB)的水平，此效應(yīng)在成癮戒斷后可被加強。而在體條件下，嗎啡誘導(dǎo)的PKA的活性增加在伏隔核和背側(cè)紋狀體需要激活D1受體耦聯(lián)的G蛋白，它的活性可被D1拮抗劑SCH23390抑制[13]。

有研究顯示在一些腦區(qū)，如伏隔核，紋狀體，海馬，阿片類物質(zhì)可增加PKA介導(dǎo)的磷酸化過程，但這種作用在前額皮質(zhì)并不增加.在紋狀體神經(jīng)元中嗎啡可通過激活u-阿片受體來激活PKA的活性，從而導(dǎo)致G蛋白的α亞單位與GTP結(jié)合后隨即發(fā)生與β-γ亞單位分離和與活化受體的解離，形成α亞單位-GTP和β-γ亞單位兩部分，它們可進一步激活膜的效應(yīng)器蛋白AC2和AC4的活性。

慢性給藥戒斷后可能會導(dǎo)致PKA介導(dǎo)的突觸可塑性的變化，神經(jīng)可塑性是指在外部環(huán)境刺激改變時，或是在腦內(nèi)部本身產(chǎn)生某些缺失時，神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的某種調(diào)整。神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的可塑性是神經(jīng)系統(tǒng)的重要特征，在宏觀上表現(xiàn)為腦功能(如學(xué)習(xí)、記憶功能)、行為表現(xiàn)及精神活動改變；在微觀上，有神經(jīng)元突觸、神經(jīng)環(huán)路的微細胞結(jié)構(gòu)與功能的變化，包括神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)以及突觸形態(tài)亞結(jié)構(gòu)方面的變化等。目前神經(jīng)突觸可塑性雙向作用原理提示神經(jīng)生物物質(zhì)如NMDA,AMPA受體等是關(guān)鍵決定因子，將來此原理的應(yīng)用方向?qū)⑥D(zhuǎn)向成癮神經(jīng)元經(jīng)濟學(xué)和神經(jīng)精神病學(xué)及其與應(yīng)激的分子水平的研究[14]。

在大鼠中慢性給予可卡因戒斷后增加了杏仁中央核促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(CRF)介導(dǎo)的長時程增強(LTP)。LTP是突觸效能的一個長時間的增強，是突觸可塑性最具有特征性的一種表現(xiàn)形式，被認為是學(xué)習(xí)和記憶的細胞內(nèi)機制。PKA抑制劑H89 可顯著減弱這種效應(yīng)。慢性給予阿片類物質(zhì)降低大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的LTP并增加PKA的活性，戒斷后給予PKA抑制劑或單次注射嗎啡可降低PKA水平并恢復(fù)LTP水平[15]，這些資料表明PKA分別參與了慢性給予可卡因戒斷后和慢性給予阿片類物質(zhì)后杏仁核LTP的增強效應(yīng)和海馬LTP的減弱效應(yīng)。Hayde等[16]研究表明可卡因依賴大鼠的記憶再鞏固過程與杏仁核PKA是有緊密聯(lián)系的。

3 PKA對藥物濫用的行為學(xué)反應(yīng)

3.1 藥物耐受 慢性給予大麻類和阿片類物質(zhì)通過由PKA介導(dǎo)的一種機制可導(dǎo)致對鎮(zhèn)痛效果的耐受。應(yīng)用PKA抑制劑能夠恢復(fù)耐受動物的鎮(zhèn)痛敏感性。在對四氫大麻酚止痛耐受的小鼠中，側(cè)腦室注射PKA抑制劑KT5720恢復(fù)了鎮(zhèn)痛敏感性。在對嗎啡止痛耐受的大鼠中，側(cè)腦室注射PKA反義寡核苷酸后阻斷了耐受的發(fā)展。

3.2 自身給藥 PKA活性的改變可增加或減少哺乳動物模型中成癮藥物的自身給藥。PKA活性降低可減少哺乳動物的自身給藥。自身給予可卡因大鼠中，側(cè)腦室注射PKA抑制劑Rp-cAMPS減少了藥物的自我攝取，而注射PKA激活劑Sp-cAMPS則增加了其自身給藥[17]。然而向尾殼核注射Rp-cAMPS或是Sp-cAMPS動物的自身給藥均未發(fā)生改變，這說明PKA對于自身給藥的影響在伏隔核是選擇性的。

PKA可調(diào)節(jié)酒精攝取，在前腦和海馬區(qū)注入PKA抑制劑的小鼠與野生型小鼠比較，由于這些腦區(qū)PKA活性降低導(dǎo)致酒精攝取和酒依賴行為也減少。然而向大鼠杏仁中央核注入PKA抑制劑Rp-cAMPS則增強了酒精攝入及偏愛行為。PKA在行為學(xué)方面的影響顯示除大腦內(nèi)的區(qū)域特異性。

3.3 藥物戒斷與復(fù)吸 有資料[18]表明成癮藥物戒斷后可增加PKA活性，給予大鼠可卡因戒斷后在伏隔核區(qū)域PKA的活性增加維持了30 d，90 d后才回到基線水平；慢性給予小鼠四氫大麻酚，停藥后又快速給予大麻素受體拮抗劑可短暫增加小腦PKA的活性，同時軀體戒斷癥狀如濕狗樣抖動次數(shù)也會相應(yīng)增加[19]；Lutz等[20]和Goeldner等[21]研究均表明阿片物質(zhì)的戒斷與抑郁樣行為有一定的因果聯(lián)系，嗎啡依賴大鼠停藥后急性給予納洛酮可增強紋狀體神經(jīng)元PKA介導(dǎo)的p-CREB的誘導(dǎo)作用。

在嚙齒類動物中發(fā)現(xiàn)PKA活性的抑制可減少軀體戒斷癥狀。在四氫大麻酚戒斷小鼠中應(yīng)用Rp-cAMPS(PKA的抑制劑)可減少戒斷癥狀。在大鼠藍斑核和中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)注入Rp-cAMPS也減少嗎啡依賴大鼠納洛酮催癮戒斷癥狀[22]。

PKA在酒依賴戒斷中所發(fā)揮的作用不同于大麻類或阿片類戒斷。在這一過程中，磷酸化的CREB的減少發(fā)生在杏仁中央核及內(nèi)側(cè)核。在顯微鏡下向杏仁中央核注射Sp-cAMPS，結(jié)果使pCREB水平趨于正常，并減弱了酒精戒斷引起的焦慮樣行為。相反，注射Rp-cAMPS可減少CREB的磷酸化，增加焦慮樣行為及酒精攝入。杏仁核pCREB低表達與抗焦慮樣物質(zhì)和神經(jīng)肽Y(NPY)低表達相關(guān)。注射Sp-cAMPS可引起NPY的升高。側(cè)腦室注射NPY減少了大鼠酒精戒斷導(dǎo)致的焦慮樣行為及酒精攝取。除了NPY，神經(jīng)營養(yǎng)蛋白——腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF,另外一種CREB調(diào)節(jié)蛋白)也可以降低焦慮及飲酒行為。向杏仁中央核和內(nèi)側(cè)核注入BDNF反義寡核苷酸激發(fā)了大鼠焦慮樣行為和酒精攝入。相反，注射BDNF后這兩種行為都有所緩解。

PKA可調(diào)節(jié)可卡因戒斷大鼠中藥物復(fù)吸行為。向可卡因戒斷大鼠伏隔核中注射Rp-cAMPS可增加可卡因相關(guān)水平，除此之外，可卡因戒斷大鼠在腹腔內(nèi)注射D2激動劑7-OH-DPAT，通過Gαi/o減少了PKA的活性，也增加了可卡因相關(guān)水平。已有研究[23]證實是由于長期濫用藥物造成大腦神經(jīng)適應(yīng)性改變，這些改變導(dǎo)致行為變化并成為藥物復(fù)吸的驅(qū)動力。

3.4 條件性位置厭惡 物質(zhì)戒斷后的條件性位置厭惡是成癮醫(yī)學(xué)研究中成熟的試驗之一，描述的是當成癮戒斷所致的厭惡動機與特定的信號(cues，非條件刺激)結(jié)合，建立條件性反射后，形成此反射的對象再次暴露于相同或相似的信號時，表現(xiàn)出明顯的厭惡動機，并出現(xiàn)回避行為。和條件性位置偏好一樣都是物質(zhì)依賴研究中被廣泛地用來研究物質(zhì)的強化特性。

PKA對建立條件性位置偏好模型是必須的。在條件性位置偏好條件化階段，向伏隔核同時注射安非他明與PKA抑制劑Rp-cAMPS結(jié)果減弱了安非他明誘導(dǎo)的條件性位置偏愛。在條件性位置偏好測試階段后立即向側(cè)腦室注射PKA抑制劑H89會減弱可卡因誘導(dǎo)的條件性位置偏好的鞏固訓(xùn)練。同樣地，條件化階段在顯微鏡下向腹側(cè)被蓋區(qū)注射Rp-cAMPS或向海馬CA1區(qū)注入H89降低了嗎啡誘導(dǎo)的條件性位置偏好的鞏固過程。

有研究[24]表明，尼古丁誘導(dǎo)的納洛酮催癮戒斷條件性位置厭惡的減弱是由α7 nAChR亞基介導(dǎo)的，并且杏仁核是參與急性阿片物質(zhì)依賴的其中的一個腦區(qū)。然而目前對戒斷所導(dǎo)致的條件性位置厭惡生物學(xué)機制知之甚少；戒斷所導(dǎo)致的負性情緒狀態(tài)與長時程行為改變有關(guān)。研究戒斷所導(dǎo)致條件性位置厭惡的生物學(xué)機制可能會讓我們對藥物復(fù)吸行為等有進一步的了解。

4 總結(jié)

成癮物質(zhì)主要是改變了受體門控離子通道(如酒精)，神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞(如可卡因，安非他明)或是改變了G蛋白偶聯(lián)受體(阿片類，大麻類)從而激活了信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路導(dǎo)致了下游蛋白激酶的改變。PKA引起大量后續(xù)效應(yīng)包括基因轉(zhuǎn)錄及蛋白合成的改變，進一步引起與成癮相關(guān)行為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的長時程的變化。對于大多數(shù)藥物依賴，PKA活性的抑制減少了自我給藥及軀體戒斷癥狀。希望將來對藥物濫用治療方面能夠提供更多的靶點。

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國家自然科學(xué)基金項目(30800364)

青島市精神衛(wèi)生中心(宋秀花)；武漢市精神衛(wèi)生中心(李毅)；中南大學(xué)精神衛(wèi)生研究所(郝偉)；河南省精神病醫(yī)院(石玉中)

李毅，E-Mial: psylee@163.com

R749

： A

： 1005-3220(2017)04-0279-03

2016-01-16

2017-05-13)