DRD2 TaqIA不同基因型海洛因成癮者抑制性控制網(wǎng)絡(luò)的fMRI研究

李小懷，朱國平，蔡關(guān)科，敬甲兵，王帆，劉為，時宏，胡風(fēng)，王瑋*

作者單位：

1. 空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，西安 710038

2. 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第四醫(yī)院放射科，義烏 322000

3. 甘肅省慶陽市第一人民醫(yī)院放射科，慶陽 745000

海洛因成癮是一種最嚴(yán)重的物質(zhì)使用障礙，是由強烈的生物社會因素造成的慢性腦病[1]，以認(rèn)知自我控制受損為特征，包括控制毒品沖動或抑制沖動藥物驅(qū)動行為的能力受損[2]。缺少抑制控制是成癮行為的主要機制之一，這與多巴胺介導(dǎo)的神經(jīng)回路有關(guān)，功能性磁共振成像研究已證明抑制控制所涉及多個區(qū)域，包括前額葉皮層、前扣帶回、輔助運動區(qū)和前島葉[3]，特別是右側(cè)額下回(inferior frontal gyrus，IFG)對抑制控制發(fā)揮重要作用[4]。有學(xué)者認(rèn)為右額下回是動作抑制信號的節(jié)點，參與動作反應(yīng)的暫停及停止過程[5-6]，也同時參與減緩動作反應(yīng)的過程[7]。反應(yīng)抑制GO/NOGO任務(wù)中發(fā)現(xiàn)健康志愿者右IFG顯著激活有關(guān)[8]，而成癮者右側(cè)IFG功能活動失調(diào)被認(rèn)為是一個顯著特點[9-10]。

成癮形成過程中基因因素起到了60%的作用[11]，大多數(shù)與成癮風(fēng)險有關(guān)的基因主要影響物質(zhì)濫用時個體生物學(xué)及新陳代謝過程[12]。多巴胺(dopamine，DA)是重要的神經(jīng)遞質(zhì)，當(dāng)成癮性物質(zhì)作用于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源性化學(xué)遞質(zhì)受體，產(chǎn)生下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)，導(dǎo)致伏隔核中DA大量釋放，作用于多巴胺D2受體(dopamine receptor D2，DRD2)，激活獎賞連鎖反應(yīng)，調(diào)節(jié)DA釋放量和獎賞位點，最終DA和DA受體結(jié)合后完成獎賞效應(yīng)。DRD2兩個等位基因分別為A1和A2，其等位基因為TaqI A+型(A1/A1和A1/A2，A+)與TaqI A-型(A2/A2，A-)[13]。DRD2 TaqI A多態(tài)性通過影響DRD2密度來調(diào)節(jié)DA效能，影響成癮易感性[14]。

雖然先前的研究表明，抑制控制和刺激驅(qū)動注意力的損傷是海洛因成癮的特點，并與右側(cè)IFG的激活減弱有關(guān)，但目前還不清楚不同基因類型的海洛因成癮者在認(rèn)知控制期調(diào)節(jié)右側(cè)IFG活動有何差異。因此，本研究探討DRD2 TaqI A不同基因型海洛因成癮者抑制控制網(wǎng)絡(luò)的差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集招募海洛因成癮者57例(海洛因組)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合《美國精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第四版物質(zhì)成癮診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2)除海洛因和尼古丁外，無其他物質(zhì)成癮史；(3)視力正?；虺C正后正常；(4)年齡18～50歲；(5)本人曾無重大精神創(chuàng)傷，無軀體疾病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合《美國精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第四版物質(zhì)成癮診斷標(biāo)準(zhǔn)以外的其他診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2)腦部有實質(zhì)性的病變；(3)磁共振禁忌證。收集海洛因成癮者唾液標(biāo)本，由美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司(上海)采用聚合酶鏈反應(yīng)-限制性酶切片段長度多態(tài)性技術(shù)，測定DRD2 TaqI A基因多態(tài)性，分為A＋型組和A-型組[15-16]。在唐都醫(yī)院社區(qū)招募年齡、受教育程度、吸煙情況相匹配的健康志愿者46名作為對照組(正常組)。所有受試者均為男性、右利手。本實驗已通過唐都醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，受試者在檢查前均被告知研究目的與內(nèi)容，并自愿簽署知情同意書。

1.2 沖動測評

本研究采用周亮等人修訂的Barratt沖動性量表第十一版中文版(Barratt Impulsivity Scale，BIS-11)評估受試者的沖動性特征，共26個條目，采用1～4分四級評分法[17]。該量表分3個維度：注意力沖動、運動沖動、無計劃沖動。量表的統(tǒng)計量為總分和各維度得分，得分越高說明沖動性越高。本量表具有較高的內(nèi)部一致性信度，為測量沖動性的通用量表之一[18-19]。主試者由接受臨床心理學(xué)專業(yè)培訓(xùn)的人員擔(dān)任，當(dāng)場檢查、收回問卷。

1.3 磁共振數(shù)據(jù)采集

受試者在磁共振掃描前8h禁止飲茶、咖啡、酒以及服用任何藥物。使用GE Signa Excite HD 3.0 MRI設(shè)備，8通道頭線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。掃描過程中受試者戴耳塞，處于靜息狀態(tài)(即睜眼，保持安靜，不接受外界刺激、盡量不思考)。在正式數(shù)據(jù)采集之前，進(jìn)行1 min模擬掃描，以適應(yīng)環(huán)境。對受試者依次采集T2WI、靜息態(tài)功能像、高分辨率T1WI。功能像采用梯度回波回波平面成像序列(echo planar imaging，EPI)，參數(shù)如下：重復(fù)時間(TR) 2000 ms，回波時間(TE) 30 ms，反轉(zhuǎn)角(FA) 90°，激勵次數(shù)(NEX) 1，視野(FOV) 256 mm×256 mm，矩陣(matrix) 64×64，層厚4 mm，層間隔0 mm，共32層，150個時間點。3D高分辨率結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)采集采用快速擾相梯度回波序列，參數(shù)：TR 8 ms，TE 3.0 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，空間分辨率1 mm×1 mm×1 mm，共166層。結(jié)構(gòu)像由2名經(jīng)驗豐富的主治醫(yī)師進(jìn)行審閱，以排除腦實質(zhì)存在器質(zhì)性病變的受試者。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 預(yù)處理

基于matlab(https://ww2.mathworks.cn/)平臺利用dpabi 2.3[20]及SPM12 (https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件對靜息態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括格式轉(zhuǎn)化、時間校正、頭動校正、分割、回歸協(xié)變量(24個頭動方向、腦脊液信號、白質(zhì)信號)、空間標(biāo)準(zhǔn)化、高斯平滑(FWHM=6 mm)、去線性漂移、濾波(0.01～0.1 Hz)。頭動在各個方向(x、y、z)的平動小于1.5 mm，轉(zhuǎn)動小于1°。三組受試者均無因頭動排除。

1.4.2 功能連接

對預(yù)處理后的靜息態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于感興趣區(qū)(regions of interesting，ROI)的功能連接分析。參考先前的研究[3，10，21-22]，選取AAL模板中右側(cè)額下回為種子點，提取其內(nèi)平均時間序列，采用Pearson相關(guān)性分析該種子時間序列和全腦每個體素時間序列系數(shù)的相關(guān)程度，對r值進(jìn)行Fisher z轉(zhuǎn)換，將相關(guān)系數(shù)進(jìn)行正態(tài)性變換，所獲得的腦激活為腦區(qū)兩點間的連接強度。

表1 行為學(xué)數(shù)據(jù)對比表(±s)Tab. 1 Behavioral data comparison table (±s)

注：(1) t1，P1為正常組與海洛因組兩組獨立樣本t檢驗的t值與P值，兩組間在教育時間指標(biāo)間差異有統(tǒng)計學(xué)意義；(2) t2，P2為A+型與A-型兩組獨立樣本t檢驗的t值與P值，兩組在各個指標(biāo)差異均無顯著性差異，P＞0.05

項目 正常組(46名)海洛因組 t1/t2 P1/P2 A+型組(35例) A-型組(22例)年齡(歲) 34.30±8.01 35.97±7.51 36.41±8.91 -1.15/-0.12 0.25/0.84教育時間(年) 10.28±2.18 9.34±1.78 9.05±3.06 2.34/0.46 0.02/0.65吸煙時間(年) 15.61±7.23 17.97±5.42 19.22±6.25 -1.98/-0.81 0.07/0.43每日0.25/0.13每日海洛因吸煙量(支) 16.96±9.69 20.71±9.42 16.68±9.65 -1.15/1.56—/0.41海洛因食用用量(克) — 0.43±0.5 0.33±0.24 —/0.84—/0.53時間(月) — 85.93±78.83 72.72±71.27 —/0.63

表2 組間抑制沖動評分比較Tab. 2 Comparison of inhibition scores between groups

表3 海洛因組與正常組功能連接差異的腦區(qū)Tab. 3 Brain regions with differences in functional connectivity between the heroin group and the normal group

表4 A+型組與A-型組功能連接差異的腦區(qū)Tab. 4 Brain regions with different functional connections between A+ group and A- group

1.5 統(tǒng)計

1.5.1人口及心理學(xué)資料

應(yīng)用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件對海洛因組與正常組、A+型基因組與A-型基因組的人口學(xué)(年齡、教育、每日吸煙量及吸煙時間、每日海洛因用量及海洛因食用時間)、心理學(xué)沖動性量表(沖動總分、注意力沖動分、運動沖動分、無計劃沖動分)的計量資料進(jìn)行描述性統(tǒng)計，以表示，并對上述指標(biāo)進(jìn)行兩獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

1.5.2 影像學(xué)資料

應(yīng)用dpabi 2.3[20]中統(tǒng)計模塊(Statistical Analysis)對影像結(jié)果進(jìn)行分析。對海洛因組與正常組，A+型基因組與A-型基因組進(jìn)行非參數(shù)置換檢驗，重復(fù)置換5000次，P＜0.05，TFCE校正[23-24]。應(yīng)用dpabi 2.3[20]中視圖模塊(Viewer)及XjView (http://www.alivelearn.net/xjview)呈現(xiàn)影像結(jié)果。

1.6 相關(guān)性分析

對兩組間顯著性差異腦區(qū)進(jìn)一步探討。選取腦區(qū)差異峰值坐標(biāo)為球心，6 mm為半徑，提取A+型與A-型海洛因成癮者腦信號強度值，與抑制沖動評分、吸食海洛因情況做相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 一般人口學(xué)資料

正常組與海洛因組在教育時間間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，在后續(xù)的功能連接分析中將作為協(xié)變量進(jìn)行控制。A+型組與A-型組在各指標(biāo)均無顯著差異(表1)。

2.2 沖動性評分

圖1 海洛因成癮組與正常組右側(cè)額下回功能連接差異的腦區(qū)。非參數(shù)置換檢驗，P＜0.05，TFCE校正。紅色表示海洛因組＞正常組，藍(lán)色表示海洛因組＜正常組 圖2 A+型組與A-型組右側(cè)額下回功能連接差異的腦區(qū)。非參數(shù)置換檢驗，P＜0.05，TFCE校正Fig. 1 Brain regions with different functional connections between heroin group and normal group. Nonparametric replacement test, P＜0.05, TFCE correction. Red indicates heroin group ＞ normal group, blue indicates heroin group ＜ normal group. Fig. 2 Brain regions with different functional connections between A+ group and A- group. Nonparametric replacement test, P＜0.05, TFCE correction.

海洛因組與正常組在沖動總分、行為沖動、無計劃沖動三指標(biāo)間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。A+型組與A-型組 在各個指標(biāo)差異均無顯著性差異(表2)。

2.3 腦功能連接

控制教育時間，與正常組相比，海洛因成癮組右側(cè)額下回功能連接增強區(qū)域為雙側(cè)楔前葉、舌回、距狀回、丘腦和右側(cè)后扣帶，功能連接降低區(qū)域為雙側(cè)頂葉、中扣帶(圖1；表3)。

與A-型組相比，A+型組右側(cè)額下回功能連接增強區(qū)域位于雙側(cè)小腦及右側(cè)梭狀回，功能連接降低區(qū)域為雙側(cè)前扣帶、內(nèi)側(cè)前額葉及左側(cè)島葉、顳中回(圖2；表4)。

2.4 相關(guān)性

A+型組與A-型組差異腦區(qū)與沖動抑制評分、吸食海洛因情況均無相關(guān)性(P＞0.05)。

3 討論

本研究利用基因技術(shù)對海洛因成癮者DRD2 TaqIA基因進(jìn)行分類，結(jié)合心理學(xué)與功能磁共振技術(shù)，探討其調(diào)節(jié)抑制性控制過程中腦區(qū)的差異，結(jié)果顯示，海洛因成癮者心理沖動性更高；其右側(cè)額下回與后默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)連接增強，與感覺運動網(wǎng)絡(luò)連接降低；且A+型海洛因成癮者大腦調(diào)節(jié)抑制功能腦區(qū)(島葉、內(nèi)側(cè)前額葉)和監(jiān)測抑制功能腦區(qū)(前扣帶)均與執(zhí)行抑制功能腦區(qū)(右側(cè)額下回)的連接降低。因此，本研究表明，海洛因成癮者A+型在覓藥行為中有更高的沖動行為，可能更易復(fù)吸。

3.1 沖動性與抑制性

A+型與A-型成癮者在沖動差異無顯著性，但與正常者相比，具有更高的沖動性，包括行為沖動和無計劃沖動。沖動性是一種易導(dǎo)致不恰當(dāng)或適應(yīng)不良行為的傾向，突出表現(xiàn)為行為決策和行為抑制兩個方面[25]。高沖動個體行為決策能力受損，常偏好即時可得的利益，忽視延遲的獎賞，無法抵制欲望和誘惑，做出不利于自己和他人的選擇[26]，同時，高沖動個體控制能力受損，難以對抑制信號做出快速反應(yīng)，發(fā)生不受個體主觀控制的行為，產(chǎn)生非期望的行為后果，如成癮行為或復(fù)吸[27]。張東升等[28]通過抑制任務(wù)GO/NOGO范式對長期美沙酮維持治療的海洛因成癮者進(jìn)行研究也發(fā)現(xiàn)，其抑制控制功能受損，可能是復(fù)吸率較高的原因之一。

右側(cè)額下回主要與抑制控制或反應(yīng)抑制有關(guān)[29]，先前的研究也表明右側(cè)額下回在反應(yīng)抑制過程中起著關(guān)鍵作用[30]，激活強度與認(rèn)知控制有直接關(guān)聯(lián)[10]，評估抑制性控制功能的GO/NOGO任務(wù)范式研究中也發(fā)現(xiàn)右側(cè)額下回激活[31]。在成癮研究中發(fā)現(xiàn)，右側(cè)額下回的皮層厚度降低[32]，其激活強度也降低[33]。因此，本研究以右側(cè)額下回為種子點作全腦功能連接，與正常組相比，海洛因成癮者右側(cè)額下回與后扣帶、楔前葉連接增強，與頂下小葉連接降低，與感覺運動網(wǎng)絡(luò)連接降低；且A+基因型海洛因成癮者大腦右側(cè)額下回與島葉、內(nèi)側(cè)前額葉前扣帶連接降低，與小腦連接增強。

3.2 抑制控制網(wǎng)絡(luò)

與正常者相比，海洛因成癮者抑制控制腦區(qū)右側(cè)額下回到感覺運動網(wǎng)絡(luò)的雙側(cè)頂葉功能連接降低，表明成癮者對沖動覓藥或吸食的行為抑制能力降低。前扣帶參與自上而下的認(rèn)知控制，抑制或克服不適反應(yīng)，對行為進(jìn)行監(jiān)測，降低沖突[34]。A+基因型海洛因成癮者抑制性控制腦區(qū)右側(cè)額下回到前扣帶區(qū)域功能連接降低，表明該類成癮者外環(huán)境刺激或內(nèi)環(huán)境變化時，前扣帶對信息加工的沖突做出應(yīng)答，引發(fā)右側(cè)額下回認(rèn)知控制的策略調(diào)節(jié)，抑制優(yōu)勢反應(yīng)行為降低，可能無法阻止行為的沖突，導(dǎo)致再次覓藥或復(fù)吸行為的可能。島葉中具有較高密度多巴胺受體，在動機、情緒和成癮行為中起著重要作用[35]，在與自我監(jiān)測和任務(wù)刺激間起到調(diào)節(jié)作用[36]。島葉與前扣帶、腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層交互連接，負(fù)責(zé)對內(nèi)臟信息或外界的刺激進(jìn)行整合，對其沖突信息作出反應(yīng)，決定機體的執(zhí)行[36]。A+基因海洛因成癮者右側(cè)額下回到島葉及腹內(nèi)側(cè)前額功能連接降低，表明，機體探測到突顯刺激，傳遞抑制信號的能力減弱，可能導(dǎo)致認(rèn)知控制下降。

小腦在以往成癮研究中常被忽視，本研究表明可能在海洛因成癮中也起著一定作用。一方面，小腦參與多項成癮相關(guān)的腦功能改變，如運動、情緒記憶、計劃、決策等多項功能[37]。小腦還參與抑制控制過程，并可能是成癮的神經(jīng)基礎(chǔ)[16]。另一方面，小腦參與成癮過程具有其解剖基礎(chǔ)。小腦與大腦皮層、邊緣系統(tǒng)和基底節(jié)間存在廣泛的結(jié)構(gòu)和功能連接，其中來自腹側(cè)被蓋區(qū)的多巴胺能神經(jīng)元投射，可能是小腦參與海洛因成癮的物質(zhì)基礎(chǔ)。對小腦在成癮中的功能還需進(jìn)一步探討。

3.3 小結(jié)

局限性：(1)本研究只研究了右側(cè)額下回與全腦功能連接，左側(cè)額下回是否存在相同或相似結(jié)果，尚需進(jìn)一步驗證；(2)雖然可以根據(jù)實驗結(jié)果推斷可以功能連接的方向，但仍需技術(shù)方法驗證。

總之，本研究利用基因技術(shù)對海洛因成癮者DRD2 TaqIA基因進(jìn)行分類，結(jié)合心理學(xué)與功能磁共振技術(shù)，探討其調(diào)節(jié)抑制性控制過程中腦區(qū)的差異，結(jié)果表明海洛因成癮者心理沖動性較高且抑制控制網(wǎng)絡(luò)存在異常；與A-型相比，A+型海洛因成癮者抑制控制能力更差，可能更易覓藥或復(fù)吸。

利益沖突：無。