嗎啡急性戒斷大鼠邊緣前皮層無線遙測腦電活動的研究

李 晶，潘群皖，白家明，朱再滿，周鴻銘，虞 冉

(皖南醫(yī)學院1.生理學教研室、2.醫(yī)學影像與檢驗學院、3.形態(tài)實驗中心，安徽蕪湖 241002)

阿片類藥物依賴是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性改變?yōu)榛A、以復吸和強迫性用藥為特征的心理和身體依賴性的慢性腦病［1］。目前，國內(nèi)外對阿片依賴患者的脫毒治療已積累了豐富的經(jīng)驗，但戒斷后心癮和復吸兩大難題，迄今仍懸而未決。新近研究表明［2］，內(nèi)側前額皮層 (medial prefrontal cortex，mPFC)參與藥物依賴有關的認知、行為、情緒調(diào)控以及學習和記憶過程。mPFC主要包括背側部的邊緣前皮層［3］(prelimbic cortex，PrL)和腹側部的邊緣下皮層(infralimbic cortex，IL)。PrL的功能改變可能在藥物依賴和復吸中起重要作用［2］，Bossert等［4］研究發(fā)現(xiàn)，激活PrL可增強大鼠自給藥環(huán)境與海洛因獎賞結合誘導的覓藥行為。本研究采用腦立體定位電極埋藏及無線遙測腦電技術結合條件性位置偏愛(conditioned place preference，CPP)視頻系統(tǒng)，實時記錄分析嗎啡依賴大鼠急性戒斷期PrL腦電活動的特征性變化(鮮見報道)。試圖從原始腦電中獲取嗎啡依賴大鼠CPP發(fā)生改變的行為學信息，進而闡明特征性腦電與覓藥行為之間的內(nèi)在聯(lián)系，為從皮層功能層面研究阿片依賴機制、探索無創(chuàng)性治療藥物成癮和復吸疾患，提供新的靶點和思路。

1 材料與方法

1.1 動物 SPF級SD大鼠30只，♀♂不限，體質(zhì)量280～320 g，由蘇州愛爾麥特科技有限公司提供〔許可證號:SCXK(蘇)2009－0001〕。將大鼠隨機分為2組，即嗎啡實驗組和生理鹽水(NS)對照組。

1.2 藥品、儀器 鹽酸嗎啡注射液，批號:110508－2(沈陽第一制藥)。JLBehv-CPP位置偏愛視頻分析系統(tǒng)(上海吉量);江灣2型腦立體定位儀(第二軍醫(yī)大學);BW-200生理無線遙測系統(tǒng)(成都泰盟)。

1.3 方法

1.3.1 大鼠腦立體定位電極埋藏手術 1%戊巴比妥鈉(5 ml·kg－1)腹腔麻醉大鼠后，將其俯臥固定于腦立體定位儀上，參照腦立體定位圖譜［5］確定左右側PrL位置:前囟前3 mm，矢狀縫旁開0.6 mm，定位靶點后，實施顱骨打孔術，將漆包鎳鉻絲制成的記錄電極插入硬膜下3.6 mm，參考電極置于頭皮下，使用牙科水泥固定，封閉切口。術后皮下注射(sc)青霉素400 kU·kg－1，連續(xù)3 d，預防感染。

1.3.2 建立嗎啡依賴大鼠CPP模型 封閉CPP箱通道，進行CPP訓練。采用傾向性偏倚給藥法，將非偏愛箱白箱作為伴藥箱。實驗組sc嗎啡和NS［6，7］，每日各 1 次，連續(xù) 8 d，注射嗎啡后置于白箱45 min，注射NS后置于黑箱45 min。嗎啡劑量:d 1:10 mg·kg－1;d 2:20 mg·kg－1;d 3:30 mg·kg－1;d 4:40 mg·kg－1;d 5:50 mg·kg－1;d 6 ～8:60 mg·kg－1。對照組同法sc等量NS。

1.3.3 大鼠CPP行為測試 于建模前后對各組大鼠進行CPP測試。開放通道，任大鼠在黑白箱自由穿梭和停留15 min，記錄其白箱累計停留時間。建模前對大鼠CPP測試連續(xù)3 d，每日1次，計算白箱平均累計停留時間;建模后(戒斷d 1、d 3)，同法進行CPP測試。通過組間及自身給藥前后比較，確定大鼠CPP的產(chǎn)生。

1.3.4 大鼠PrL腦電活動的無線遙測及分析 在CPP視頻系統(tǒng)的黑白箱內(nèi)(可監(jiān)控大鼠行為狀態(tài))，通過腦電無線遙測系統(tǒng)實時記錄各組大鼠不同行為狀態(tài)下(黑箱停留、白箱停留、黑－白箱穿梭、白－黑箱穿梭)，左右側PrL腦電活動。對原始腦電，采用快速傅里葉變換功能進行處理分析。采樣率500 Hz，高通濾波頻率 0.1 Hz，低通濾波頻率 100 Hz。

2 結果

2.1 CPP行為測試結果 Tab 1測試結果顯示，建模前各組大鼠白箱停留時間差異無顯著性(P＞0.05)。戒斷d 1、d 3，與建模前及同時段對照組相比，實驗組大鼠白箱停留時間明顯延長(P＜0.01)，尤其戒斷d 3白箱停留時間更長，提示該時段實驗組大鼠CPP行為和覓藥渴求表現(xiàn)更強烈。對照組大鼠建模前后無明顯變化(P＞0.05)。組間及組內(nèi)比較結果表明，嗎啡誘導CPP訓練使大鼠對白箱產(chǎn)生CPP，建模成功。

Tab 1 Comparison of residence time of rats in white box(s，±s，n=15)

Tab 1 Comparison of residence time of rats in white box(s，±s，n=15)

＊＊P＜0.01 vs control group;##P＜0.01 vs before modeling

Control group Experimental group Before modeling 103.5 ± s 36.3 99.7 ± s 47.5 Withdrawal d 1 98.6 ±s 40.4 153.6 ±s 46.6＊＊##Withdrawal d 3 101.2 ± s 48.7 264.8 ± s 82.8＊＊##

2.2 PrL腦電分析結果

2.2.1 黑白箱停留時PrL腦電分析 Tab 2分析結果表明，戒斷d 3當大鼠在黑白箱內(nèi)停留時，與對照組比較，實驗組大鼠左右側PrL腦電活動呈現(xiàn):β波明顯增加(P＜0.05，P＜0.01)，主要為β2波增加;δ波明顯減少(P＜0.05，P＜0.01);α波及θ波無明顯變化(P＞0.05)。同組大鼠在黑箱或白箱停留時，左右側PrL腦電比較差異無顯著性(P＞0.05)。

2.2.2 黑白箱之間穿梭時PrL腦電分析 戒斷d 3當大鼠由黑箱向白箱穿梭時，相比對照組，實驗組大鼠左右側PrL腦電活動出現(xiàn):β波明顯增加(P＜0.01)，以 β2波增加明顯(P＜0.01)，β1波差異無顯著性(P＞0.05);δ波明顯減少(P＜0.05，P＜0.01)。當實驗組大鼠由白箱向黑箱穿梭時，β波明顯減少(P＜0.01)，包括β1波、β2波均明顯減少，δ波明顯增加(P＜0.01)。在上述穿梭狀態(tài)下，α波及θ波變化組間比較差異均無顯著性(P＞0.05)。同組大鼠經(jīng)黑－白箱穿梭或白－黑箱穿梭時，左右側PrL腦電比較無明顯差異(P＞0.05)。見Tab 3。

3 討論

mPFC參與中樞阿片獎賞效應，有研究認為，mPFC至伏隔核(NAs)和中腦腹側背蓋(VTA)的運動輸出通路，與VTA至mPFC的投射通路，構成環(huán)路，共同調(diào)節(jié)阿片藥物中樞獎賞效應［8］。PrL是mPFC中與阿片成癮密切相關的重要腦區(qū)，主要參與成癮動機過程的調(diào)節(jié)［9］，PrL參與的神經(jīng)環(huán)路增強覓藥行為的重現(xiàn)，選擇性PrL神經(jīng)興奮性損傷可減少可卡因誘導的位置偏愛現(xiàn)象的恢復［10］，由此提示藥物成癮后PrL的功能改變與覓藥行為密切相關。

皮層腦電活動包含著豐富的生理和心理信息，藥物成癮期腦電的變化可以反映相關的認知活動［11］。覓藥動機作為一種認知活動，在聯(lián)絡皮層形成(本課題組通過前期研究，已將覓藥動機形成的范圍鎖定在mPFC)，整合、編碼在皮層生物電序列之中，當覓藥動機發(fā)作時，引起相應皮層的生物電變化，最終誘發(fā)覓藥行為。在本研究中，將mPFC的PrL作為目標腦區(qū)，研究嗎啡依賴大鼠覓藥動機發(fā)作時PrL的腦電變化，進一步探討該腦電改變與覓藥行為之間的內(nèi)在聯(lián)系，以確定誘發(fā)大鼠覓藥行為的特征性腦電，有助于從源頭上及早干預覓藥動機及行為。

Tab 2Analysis of electrical activity in PrL of rats staying in black or white box on withdrawal d 3(%，±s，n=15)

Tab 2Analysis of electrical activity in PrL of rats staying in black or white box on withdrawal d 3(%，±s，n=15)

*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs control group

Left PrL Control group Experimental group Right PrL Control group Experimental group in black box in white box δ 23.2 ±6.3 23.6 ±5.7 17.8 ±3.1＊＊ 18.6 ±3.4＊＊ 21.9 ±7.6 24.5 ±7.8 18.3 ±3.5＊＊ 20.5 ±4.5 in black box in white box in black box in white box in black box in white box*θ 23.6 ±4.2 24.2 ±4.3 23.1 ±2.6 22.9 ±3.2 21.3 ±5.4 23.2 ±3.7 22.6 ±2.9 22.5 ±3.6 α 16.5 ±2.6 16.6 ±2.7 16.9 ±2.4 17.1 ±2.6 18.2 ±3.5 16.8 ±2.4 17.0 ±2.8 16.8 ±3.4 β 36.8 ±5.4 35.6 ±5.5 41.8 ±3.0＊＊ 41.3 ±3.6＊＊ 38.8 ±8.6 35.5 ±7.3 42.3 ±3.9* 40.2 ±5.3＊＊α1 10.9 ±2.0 11.3 ±2.7 11.3 ±2.0 11.3 ±2.3 11.7 ±2.6 11.0 ±2.2 11.3 ±1.6 11.4 ±3.3 α2 5.7 ±1.4 5.4 ±1.2 5.8 ±1.2 5.7 ±1.2 6.1 ±2.0 5.8 ±1.2 5.5 ±1.1 5.4 ±1.2 β1 12.5 ±2.4 10.9 ±2.3 12.8 ±1.6 12.7 ±1.9＊＊ 13.2 ±3.2 12.1 ±2.6 13.1 ±2.2 13.1 ±1.9 β2 24.3 ±4.2 24.6 ±4.3 29.0 ±2.8＊＊ 28.6 ±2.9＊＊ 25.2 ±6.1 23.3 ±5.9 29.0 ±2.6＊＊ 27.1 ±4.4＊＊

Tab 3Analysis of electrical activity in PrL of rats shuttling between black and white box on withdrawal d 3(%，±s，n=5)

Tab 3Analysis of electrical activity in PrL of rats shuttling between black and white box on withdrawal d 3(%，±s，n=5)

black-white:rats shuttling from black to white box;white-black:rats shuttling from white to black box.*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs control group

Left PrL Control group Experimental group Right PrL Control group Experimental group black-white white-black δ 28.6 ±7.8 17.7 ±4.3 24.0 ±6.1* 33.2 ±7.9＊＊ 28.6 ±9.2 22.6 ±4.3 21.2 ±4.4＊＊ 34.0 ±8.6 black-white white-black black-white white-black black-white white-black＊＊θ 20.2 ±3.1 19.8 ±5.9 19.1 ±5.4 20.6 ±3.1 21.7 ±5.4 20.2 ±5.5 19.7 ±3.9 20.2 ±2.9 α 17.7 ±4.8 18.8 ±3.1 17.4 ±5.3 16.8 ±4.3 16.7 ±3.4 17.9 ±3.6 16.8 ±2.8 15.7 ±3.5 β 33.2 ±5.6 43.7 ±8.1 38.7 ±6.8＊＊ 30.0 ±5.7＊＊ 33.2 ±8.3 39.4 ±7.0 42.5 ±4.0＊＊ 29.6 ±6.3＊＊α1 11.5 ±2.5 12.6 ±2.8 10.4 ±4.3 10.7 ±3.3 11.3 ±1.8 12.2 ±3.0 11.1 ±2.7 10.7 ±3.3 α2 5.4 ±1.5 6.2 ±2.0 5.7 ±1.7 5.5 ±1.6 5.6 ±2.1 5.5 ±1.5 5.8 ±1.3 5.2 ±1.0 β1 12.0 ±2.6 14.8 ±4.5 13.0 ±3.9 9.9 ±3.3＊＊ 10.8 ±2.8 14.2 ±3.1 12.9 ±2.3 9.8 ±2.2＊＊β2 21.4 ±4.6 28.9 ±6.5 25.8 ±5.3＊＊ 20.2 ±3.5＊＊ 22.4 ±6.8 25.1 ±4.8 29.1 ±3.0＊＊ 19.9 ±5.5*

本實驗發(fā)現(xiàn):①嗎啡急性戒斷大鼠在黑白箱內(nèi)停留及黑－白箱穿梭時，PrL腦電快波(β波)增加，慢波(δ波)減少;在白－黑箱穿梭時，PrL腦電出現(xiàn)相反的改變，即快波(β波)減少，慢波(δ波)增加。分析PrL腦電活動發(fā)生特異性改變的原因，可能與成癮相關中樞神經(jīng)環(huán)路的突觸可塑性有關。有文獻報道［12－13］，長期使用成癮性藥物可以使mPFC的突觸結構與功能發(fā)生可塑性變化，影響突觸傳遞效能短暫或持續(xù)性的改變，如長時程增強(long-term potentiation，LTP)與長時程抑制(long-term depression，LTD)，這種突觸傳遞效能的改變，通過某種特殊神經(jīng)活動模式，引起皮層相應部位生物電活動的變化。因此mPFC參與的神經(jīng)環(huán)路突觸結構和功能的可塑性改變可能是嗎啡依賴大鼠PrL腦電發(fā)生特異性變化的主要原因。②另有研究顯示［14］，阿片藥物可以使大鼠中腦網(wǎng)狀結構對丘腦－皮層神經(jīng)環(huán)路的激勵增加，抑制丘腦－皮層環(huán)路的自身振蕩，從而導致皮層產(chǎn)生去同步化的高頻快波，這一理論支持本實驗的結果。在急性戒斷期，當嗎啡依賴大鼠由黑箱向白箱穿梭時，白箱(伴藥箱)作為藥物相關環(huán)境線索一旦暴露，大鼠覓藥動機引燃，促進PrL神經(jīng)環(huán)路興奮的輸入，使中腦網(wǎng)狀結構激勵增加，PrL腦電出現(xiàn)去同步化改變(β波增加，δ波減少)，誘發(fā)覓藥行為表達。當嗎啡依賴大鼠由白箱向黑箱穿梭時，黑箱作為非伴藥箱，可阻擾大鼠覓藥動機及PrL神經(jīng)環(huán)路的興奮輸入，使中腦網(wǎng)狀結構激勵下降，丘腦－皮層環(huán)路自發(fā)振蕩增強，PrL腦電呈現(xiàn)同步化趨勢(β波減少，δ波增加)。③同組大鼠在同一行為狀態(tài)下，左右側PrL腦電變化趨勢一致，且差異無顯著性，表明嗎啡對左右側PrL腦電的影響程度相同，在嗎啡引起的PrL腦電改變中不存在優(yōu)勢半球。

綜上實驗結果提示:嗎啡依賴大鼠覓藥行為的產(chǎn)生伴隨著PrL腦電的特異性改變，該腦電改變可能與大鼠覓藥動機形成有關。

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