不同DRD2TaqIA基因型美沙酮維持治療的海洛因成癮者島葉功能連接差異的rs-fMRI研究

胡風(fēng)，王磊，時(shí)宏，李小懷，李瑋，李強(qiáng)，王瑋，王亞蓉*

藥物成癮是環(huán)境因素、藥源性生理異常、基因易感性多因素綜合作用的結(jié)果[1]。以海洛因成癮為代表的藥物濫用構(gòu)成了嚴(yán)重的健康問(wèn)題，目前仍然沒(méi)有找到有令人滿意的治療手段，即使作為主流療法的美沙酮替代治療(methadone maintenance treatment，MMT)也存在著相當(dāng)顯著的復(fù)吸情況[2]。研究表明，成癮過(guò)程和治療效果與患者大腦多巴胺系統(tǒng)效能有密切關(guān)系，而多巴胺D2受體(dopamine Receptor D2，DRD2) TaqIA基因型(A+、A-型)是調(diào)節(jié)其效能的重要基因[3]。此外，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)島葉是DRD2的主要分布區(qū)之一，并且在維持物質(zhì)成癮行為過(guò)程中的重要作用受到關(guān)注[4]。但是，目前DRD2TqIA基因型如何通過(guò)腦島調(diào)節(jié)成癮患者成癮行為的機(jī)制尚不清楚。因此，本研究以雙側(cè)島葉為靜息態(tài)功能連接分析的種子區(qū)，探討不同DRD2TqIA基因型海洛因成癮者，島葉與全腦功能連接(functional connectivity，F(xiàn)C)的差異，分析DRD2TaqIA基因型調(diào)節(jié)海洛因成癮者大腦內(nèi)感受狀態(tài)及其與美沙酮維持治療療效的神經(jīng)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

收集2012年10月至2013年1月西安市灞橋區(qū)美沙酮維持治療門(mén)診的男性海洛因依賴患者(heroin dependence，HD)47例，采集被試唾液，采用PCR-RLFP基因技術(shù)，分析被試DRD2受體基因，將其分為A+組(27例)和A-組(20例)。兩組間年齡、受教育程度、吸煙史、海洛因?yàn)E用史美沙酮維持治療史相匹配(表1)。受試者本人均自愿參加本研究，并于實(shí)驗(yàn)前簽署知情同意書(shū)。本研究通過(guò)空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

被試納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)所有被試符合美國(guó)精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)(DSM-V)的物質(zhì)依賴診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2)均為單純海洛因依賴，無(wú)海洛因外的非法藥物濫用史，吸食方式采用燙吸和/或靜脈注射；(3)受試者均為男性，右利手：(4)美沙酮維持治療時(shí)間不少于一年時(shí)間。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腦器質(zhì)性病變者及較嚴(yán)重頭部外傷史；(2)本人及一級(jí)親屬為精神疾病患者；(3)嚴(yán)重心肝腎功能不全者；(4) HIV陽(yáng)性；(5)幽閉恐懼癥及其他核磁共振檢查禁忌者。所有被試在檢查當(dāng)日均未服用美沙酮，并進(jìn)行尿檢，以確保處于脫毒期。

1.2 數(shù)據(jù)采集與處理

1.2.1 DNA收集及DRD2 TaqIA基因分型

MR掃描前采集每個(gè)被試唾液樣本，根據(jù)畢匹生物科技有限公司R6731-02 Oragene DNA self-collection kit說(shuō)明收集并保存于冰箱內(nèi)。DRD2 TaqIA基因多態(tài)性測(cè)定由美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司(上海)用TaqMan SNP Genotyping Assay進(jìn)行測(cè)定、分型。

1.2.2 圖像采集

采用美國(guó)GE Signa Excite HD 3.0 T磁共振掃描儀和8通道標(biāo)準(zhǔn)頭線圈進(jìn)行fMRI數(shù)據(jù)采集。為減少頭動(dòng)偽影，掃面前要求受試者加墊泡沫海綿及佩戴降噪耳塞。掃描過(guò)程受試者仰臥，通過(guò)反光鏡平靜注視屏幕上的“+”，盡量保持思維平靜狀態(tài)，不能睡眠。rsfMRI掃描用平面梯度回波(echo-planar imaging，EPI)序列，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，矩陣64×64，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚4 mm，層數(shù)32，反轉(zhuǎn)角90°。三維結(jié)構(gòu)像采用FSPGR序列，TR 7.8 ms，TE 3.0 ms，反轉(zhuǎn)角20°，采集矩陣256×256，層厚1 mm。正式采集數(shù)據(jù)前10 s空掃以穩(wěn)定信號(hào)，采集150個(gè)時(shí)間點(diǎn)，掃描時(shí)間共持續(xù)310 s。

1.2.3 靜息態(tài)數(shù)據(jù)處理

圖像預(yù)處理基于MATLAB (R2012a)平臺(tái)，采用中科院心理研究所dpabi (Data processing & Analysis for Brain Image)軟件。去除掃描前10×32張圖層，以剔除最初信號(hào)不穩(wěn)定及被試適應(yīng)過(guò)程影響。首先進(jìn)行時(shí)間校正，以第1張全腦圖像為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像對(duì)齊并進(jìn)行頭動(dòng)校正，因掃描時(shí)間較長(zhǎng)，呼吸、心跳等生理活動(dòng)會(huì)對(duì)頭動(dòng)有所影響，因此被試頭動(dòng)在任意方向超過(guò)2.0 mm或旋轉(zhuǎn)角度超過(guò)2°將被剔除于本研究之外；然后進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，按體素3 mm×3 mm×3 mm重采樣，用FWHM 4 mm的高斯平滑核進(jìn)行空間平滑，減少空間噪聲。最后進(jìn)行濾波(0.01 Hz＜f＜0.1 Hz)，排除低頻線性漂移以及高頻噪聲(如呼吸、心跳等)。本研究?jī)H關(guān)注神經(jīng)元活動(dòng)，所以將全腦信號(hào)、白質(zhì)、腦脊液信號(hào)作為協(xié)變量進(jìn)行多元回歸分析。

1.2.4 功能連接分析

功能連接(functional connectivity，F(xiàn)C)是一種基于ROI的網(wǎng)絡(luò)分析方法，它是基于某種假設(shè)或文獻(xiàn)選擇某個(gè)腦區(qū)作為感興趣區(qū)，提取該腦區(qū)的平均時(shí)間序列信息，然后計(jì)算該ROI與全腦其它體素的之間的時(shí)間序列相關(guān)性。最終根據(jù)一定的閾值分析出具有具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的關(guān)系腦區(qū)，這些腦區(qū)被認(rèn)為是該ROI有功能連接的腦區(qū)[5]。功能連接的強(qiáng)弱用FC值表示，F(xiàn)C值越強(qiáng)表示該ROI與相關(guān)腦區(qū)的時(shí)間序列的同步性越強(qiáng)。本研究將自動(dòng)解剖標(biāo)簽(anatomical automatic labeling，AAL)模板的雙側(cè)島葉作為感興趣區(qū)，提取每個(gè)被試感興趣區(qū)的平均時(shí)間序列作為種子時(shí)間序列，計(jì)算該種子時(shí)間序列和全腦每個(gè)體素時(shí)間序列Pearson相關(guān)系數(shù)。最后利用Fishers'r-to-z轉(zhuǎn)換將相關(guān)系數(shù)進(jìn)行正態(tài)性變換，進(jìn)而得到島葉與全腦的功能連接數(shù)據(jù)。

圖1 與A-組相比較，A+組右側(cè)島葉與全腦功能連接減低的腦區(qū)：雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)背外側(cè)前額(體素＞5，P＜0.001，F(xiàn)DR校正)Fig. 1 Compared with A- group, A+ group demonstrated reduced FC between the right insula and the bilateral dorsolateral prefrontal cortex, and the bilateral caudate nucleus (cluster size ＞5, P＜0.001, FDR correction).

表1 兩組受試者一般人口學(xué)資料(x±s)Tab. 1 Demographic and clinical characteristics of paticipants(x±s)

1.2.5 復(fù)吸檢測(cè)

以本次實(shí)驗(yàn)fMRI掃描當(dāng)天為基準(zhǔn)，進(jìn)行為期12個(gè)月的回訪，對(duì)每個(gè)海洛因成癮被試進(jìn)行每個(gè)月固定的尿檢測(cè)試及當(dāng)面訪談，任何一次自我報(bào)告存在海洛因使用情況或尿檢陽(yáng)性即被認(rèn)定為當(dāng)月復(fù)吸，在本研究中，將實(shí)驗(yàn)完成后至第一次復(fù)吸行為發(fā)生時(shí)間段(月)稱為美沙酮維持治療的操守時(shí)間。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)A+組和A-組間人口學(xué)資料和用藥情況做兩樣本t檢驗(yàn)，計(jì)算資料以x±s表示。組間FC值的比，采用dpabi的統(tǒng)計(jì)分析軟件，進(jìn)行A+組和A-組的兩樣本t檢驗(yàn)(P＜0.001，F(xiàn)DR校正)。將年齡、日均MMT用藥量作為協(xié)變量，對(duì)組間差異區(qū)的FC的連接強(qiáng)度與操守時(shí)間進(jìn)行偏相關(guān)分析(P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，Bonferroni校正)。

2 結(jié)果

2.1 人口學(xué)資料統(tǒng)計(jì)

A+組與A-組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料(年齡、受教育程度、吸煙、海洛因及美沙酮使用情況)的比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)(表1)。

2.2 組間功能連接分析結(jié)果

與A-組相比，A+組右島葉與雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)背外側(cè)前額葉功能連接強(qiáng)度明顯減低(P＜0.001，F(xiàn)DR校正，體素＞5)，未發(fā)現(xiàn)功能連接強(qiáng)度增高的腦區(qū)；兩組間左側(cè)島葉與全腦功能連接無(wú)顯著性差異(圖1，表2)。

表2 A+組比A-組靜息態(tài)功能連接差異Tab. 2 Different brain areas of functional connectivity during resting-statse in A+ group vs. A- group

圖2 偏相關(guān)結(jié)果：右側(cè)島葉與右側(cè)背外側(cè)前額葉FC值強(qiáng)度與MMT操守時(shí)間呈正相關(guān)(r=-0.378，P=0.011，Bonferroni校正P＜0.05)Fig. 2 The partial correlation demonstrated: FC intensity between the right insula and the right dorsolateral prefrontal cortex had a positive correlation with abstinent time (r=0.378、P=0.011; Bonferroni correction P＜0.05).

2.3 偏相關(guān)分析

以年齡、日均美沙酮用量為協(xié)變量，右側(cè)島葉-右側(cè)背外側(cè)前額葉功能連接強(qiáng)度與患者美沙酮維持治療的保持操守時(shí)間呈正相關(guān)(r=0.378，P=0.011；Bonferroni校正，P＜0.05)(圖2)。

3 討論

目前，基因調(diào)節(jié)的多巴胺受體表達(dá)在藥物成癮的神經(jīng)機(jī)制研究中成為重點(diǎn)，尤其是多巴胺D2受體TaqIA基因型，已被證明在中腦邊緣多巴胺環(huán)路的獎(jiǎng)賞調(diào)節(jié)過(guò)程中處于核心地位，它兩個(gè)等位基因分別為A1、A2[6-7]，A1為顯性基因，根據(jù)基因組合方式又將其攜帶者分為： TaqIA+型(A1/A1和A1/A2)與TaqIA-型(A2/A2)。流行病調(diào)查與研究表明，A+基因型個(gè)體更傾向于海洛因、酒精、尼古丁的成癮，相對(duì)于A-型基因個(gè)體，在治療效果上也有更高的失敗率[8-10]。島葉是調(diào)節(jié)內(nèi)感受狀態(tài)的核心腦區(qū)，在藥物成癮機(jī)制的形成中，內(nèi)感受狀態(tài)的異常，會(huì)從整體上促使和加重正常的抑制性控制行為向異常的藥物渴求行發(fā)生傾斜[11]。然而，目前DRD2TaqIA基因型對(duì)MMT海洛因成癮者的內(nèi)感受狀態(tài)的神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制仍不明確。因此，本研對(duì)不同DRD2TaqIA基因型成癮者的島葉功能連接差異進(jìn)行分析，從內(nèi)感受這一重要角度，探討DRD2TaqIA基因型調(diào)節(jié)海洛因成癮機(jī)制及治療過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用。

傳統(tǒng)的理論認(rèn)為引起藥物使用障礙的兩個(gè)過(guò)程，包括強(qiáng)化了的藥物顯示的動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程和減弱藥物線索引出誘導(dǎo)反應(yīng)趨勢(shì)的認(rèn)知控制過(guò)程，而內(nèi)感受連接了動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和認(rèn)知控制這兩個(gè)過(guò)程[12]。最近的一個(gè)關(guān)于島葉的內(nèi)感受模型證明：后島葉編碼與動(dòng)機(jī)狀態(tài)相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)，前島葉調(diào)節(jié)渴求狀態(tài)的主觀意識(shí)，這些信息被傳遞到前扣帶回、背外側(cè)前額葉、額下回，然后由前額葉的這些腦區(qū)決定維持目前的行為還是終止它[13]。因此這一模型指出在認(rèn)知控制過(guò)程中，島葉與背外側(cè)前額葉的功能連接改變與藥物依賴的機(jī)制密切相關(guān)。本研究A+型成癮者腦島與雙側(cè)背外側(cè)前額葉功能連接強(qiáng)度顯著減低，這與以上的經(jīng)典模型和之前的研究相一致[14]。進(jìn)一步證明，A+型成癮者的內(nèi)感受可能具有更弱的協(xié)調(diào)動(dòng)機(jī)、渴求和認(rèn)知控制的能力，這種功能連接強(qiáng)度的弱化使A+型成癮者更易由抑制性控制行為轉(zhuǎn)向藥物渴求狀態(tài)，這可能是A+基因型患者在海洛因使用中更容易成癮的重要原因。

前額葉皮層是調(diào)節(jié)多巴胺中腦邊緣系統(tǒng)獎(jiǎng)賞環(huán)路的核心腦區(qū)，同時(shí)參與更高階的認(rèn)知控制功能(自我監(jiān)控、突顯意識(shí)控制)活動(dòng)[15]。認(rèn)知控制功能損傷在藥物濫用的持續(xù)性和驅(qū)使復(fù)吸的過(guò)程中有至關(guān)重要的角色[16]。事實(shí)上，大量的研究將島葉與前額葉的認(rèn)知控制過(guò)程連接起來(lái)[17-18]。例如，研究表明右側(cè)島葉與前扣帶回的相互作用在默認(rèn)模式和認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換至關(guān)重要[19]。前島葉在調(diào)節(jié)未知過(guò)程和追蹤危險(xiǎn)中的重要性[20]。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)島葉與前額葉的重要腦區(qū)(額上回、額下回、背外側(cè)前額葉等)共同參與并調(diào)節(jié)認(rèn)知控制的過(guò)程。筆者研究發(fā)現(xiàn)A+型成癮者右側(cè)島葉與背外側(cè)前額葉表現(xiàn)出更低的功能連接強(qiáng)度，說(shuō)明A+型成癮者背外側(cè)前額葉對(duì)內(nèi)感受沖突監(jiān)測(cè)能力減低，在美沙酮維持治療過(guò)程中，A+型成癮者也許在調(diào)節(jié)注意力控制能力和整合覓藥沖動(dòng)與抑制關(guān)系的能力上，相對(duì)于A-組均表現(xiàn)減低。此外，筆者發(fā)現(xiàn)在MMT過(guò)程中右側(cè)島葉與背外側(cè)前額葉功能連接的強(qiáng)度和MMT保持操守時(shí)間呈正相關(guān)，說(shuō)明相對(duì)于A-組，A+型成癮者堅(jiān)持不復(fù)吸的時(shí)間更短。因此，島葉和背外側(cè)前額葉這種腦區(qū)功能連接的減弱，最終使A+型海洛因成癮者在強(qiáng)迫性覓藥行為中有更低的抵抗性，同時(shí)在美沙酮維持治療過(guò)程中更容易產(chǎn)生復(fù)吸行為。

尾狀核是獎(jiǎng)賞環(huán)路中的重要腦區(qū)，與殼核共同組成背側(cè)紋狀體，是大腦多巴胺通路的主要腦區(qū)[21]，在大腦中發(fā)揮重要的獎(jiǎng)勵(lì)及激勵(lì)作用。有研究表明，成癮者在藥物線索條件下尾狀核發(fā)生了顯著的腦區(qū)活改變，并且變化幅度與自我報(bào)告的渴求幅度有相關(guān)性[22]，尾狀核的獎(jiǎng)賞效應(yīng)是調(diào)節(jié)控制性和行為性反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[23-24]。另一研究對(duì)不同多巴胺基因型尼古丁成癮患者的研究發(fā)現(xiàn)，尾狀核多巴胺的釋放在不同基因型間存在差異[25]，這是因?yàn)锳+型尾狀核及殼核、伏隔核的DRD2受體密度低于A-型。本研究中A+型成癮者島葉與尾狀核之間的功能連接程度減低，這可能基于A+型尾狀核本身相對(duì)減低的DRD2受體數(shù)量，削弱了多巴胺獎(jiǎng)賞效能的神經(jīng)活動(dòng)強(qiáng)度；也可能是A+型成癮者內(nèi)感受狀態(tài)下對(duì)獎(jiǎng)賞效應(yīng)的影響及調(diào)節(jié)發(fā)生弱化，使整體的內(nèi)環(huán)境平衡發(fā)生改變，獎(jiǎng)賞環(huán)路對(duì)抑制控制、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及學(xué)習(xí)記憶環(huán)路作用發(fā)生紊亂及傾斜，最終更加促進(jìn)成癮的形成及發(fā)展。

本研究的局限性：(1)本研究?jī)山M間左側(cè)島葉與全腦功能連接無(wú)顯著性差異，這種結(jié)果的單側(cè)性可能與我們納入的被試均為右利手有關(guān)；(2)本研究納入的所有被試均在美沙酮維持治療過(guò)程中存在復(fù)吸行為，而非復(fù)吸的被試被排除，因?yàn)橛醒芯勘砻鱗26]，治療過(guò)程中存在復(fù)吸行為和無(wú)復(fù)吸行為的被試的成癮相關(guān)神經(jīng)機(jī)制有顯著的區(qū)別，而研究不同DRD2TqIA基因型非復(fù)吸與復(fù)吸成癮者之間的神經(jīng)機(jī)制差異將是我們下階段試驗(yàn)的內(nèi)容。(3)基因型被試量相對(duì)較小，且被試均為男性，組間差異的性別易感性不能充分體現(xiàn)。本研究的創(chuàng)新性：首次采用生物遺傳學(xué)方法將被試按不同DRD2TqIA基因型分組，將內(nèi)感受的核心腦區(qū)-島葉作為ROI，分析組間大腦功能連接的神經(jīng)活動(dòng)差異，依靠rs-fMRI這種可靠技術(shù)的橋梁作用，實(shí)現(xiàn)基因特征與臨床治療的有效連接，具有研究角度的創(chuàng)新性。

總之，本研究從生物遺傳學(xué)這一新角度出發(fā)，將美沙酮維持治療的海洛因成癮者按不同DRD2TqIA基因型分組。證明A+型患者在成癮及治療過(guò)程右側(cè)島葉與雙側(cè)背外側(cè)前額葉、尾狀核的功能連接均表現(xiàn)出減低；這種由內(nèi)感受主導(dǎo)的抑制控制功能及獎(jiǎng)賞環(huán)路的腦區(qū)活動(dòng)模式，可能是DRD2TaqIA基因型調(diào)節(jié)及影響成癮者神經(jīng)活動(dòng)及其美沙酮維持治療效果的重要途徑。而右側(cè)島葉-右側(cè)背外側(cè)前額葉功能連接強(qiáng)度與MMT操守時(shí)間表現(xiàn)出正相關(guān)，這提示背外側(cè)前額葉可能在不同基因型的美沙酮維持治療機(jī)制的神經(jīng)調(diào)節(jié)中處于重要地位，這為以后對(duì)海洛因成癮者按不同DRD2基因型分型治療提供了科學(xué)依據(jù)和潛在的生物學(xué)靶點(diǎn)。

利益沖突：無(wú)。