阿片成瘾机制及其对子代生理学影响的研究进展

关 欣 杨利强 倪一凌 陈艳梅 张继川

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

·综 述·

阿片成瘾机制及其对子代生理学影响的研究进展

关 欣 杨利强 倪一凌 陈艳梅 张继川

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

成瘾；cAMP通路；DNA甲基化；子代

药物滥用目前已经逐渐演变成为全球性的公共卫生问题，对个人身心健康、家庭生活和社会建设有着巨大的危害。截至2015年，我国累计登记吸毒人员295.5万名，女性吸毒人员数量呈逐年上升趋势，其中有将近90%的吸毒女性处于育龄期。并且药物替代疗法也使得经历胚胎期阿片类物质暴露的婴儿数量日益增长。妊娠期妇女吸食毒品，毒品及其代谢物会通过脐带直接进入胎儿体内，增加腹裂的风险，造成胎儿畸形、发育迟缓、早产甚至死亡。进入胎儿体内的毒品还会透过血脑屏障直接影响胎儿中枢神经系统的正常发育。因此，妊娠期妇女吸食毒品及其引起的子代神经系统受损的问题亟需人们关注和研究。阿片类是常见的成瘾类物质。目前的研究主要集中在胚胎期阿片暴露对子代的生长发育、大脑结构、学习记忆及认知等功能的影响〔1〕。本文主要综述阿片滥用对子代生理相关通路的影响及机制。

1 阿片类物质成瘾

成瘾是一种慢性复发性脑疾病，其特点是强迫性用药，并且当用药时相关的人、环境、周围事物再现时，对于药物有强烈的渴求。成瘾性药物主要指能够使人产生依赖的麻醉药品和精神药品，根据药物的来源及作用机制的不同，常见的成瘾药物可分为阿片类、苯丙胺类、尼古丁和酒精及其他成瘾类物质。其中阿片类物质能够引起精神欣快感，并且可以有效治疗疼痛，是目前临床上广泛应用的镇痛类药物。阿片类药物分为缓释制剂和常释制剂两种。缓释剂的代表性药物是盐酸羟考酮缓释片，广泛应用于中重度癌痛的治疗。常释制剂的代表性药物是吗啡，长期反复使用会使机体产生耐药性，一旦停药，会引起明显的副作用，只有不断地增加吗啡的给药剂量才能维持原有的药效，由此产生依赖和成瘾。同时，病人习惯于服用此种药物后，强烈渴求该药物，服用后有特殊的心理满足感。然而摄入外源性阿片物质，会打破大脑发育过程中本身的生化平衡，影响正常发育。与外源性阿片物质相对应，体内存在具有阿片样作用的多肽物质，称为内源性阿片肽。内源性阿片肽主要包括脑啡肽、内啡肽、强啡肽3个阿片肽家族。上述外源性阿片类物质和机体内源性阿片肽均通过作用于不同类型的阿片受体发挥复杂多样的生理作用。阿片受体属于G蛋白耦联受体，广泛分布于大脑中。现如今已经证实的阿片受体主要分为3种类型：μ、δ和 κ型受体〔2〕。阿片受体在大脑发育早期就有表达，大鼠胚胎发育的第12～14天其脑内便生成μ型、κ型阿片受体〔3〕。内源性阿片系统由阿片受体和阿片肽组成，在疼痛和奖赏中起着主导作用。阿片类药物的长期使用可引起内源性阿片系统的功能紊乱，由此适应进入体内的阿片类物质。目前已经投入了大量的人力物力来研究治疗阿片类导致的成瘾行为。不同的治疗药物对于已知的阿片受体及其亚型有着不同能力的亲和力和有效性。然而，即使效力非常高的药物也无法避免机体产生的耐受和依赖。除人类以外，阿片类物质也能诱导许多动物产生相应的成瘾行为。

2 阿片类成瘾的分子机制

成瘾性药物改变中枢神经系统中特定神经元上各种类型的细胞蛋白。其中包括G蛋白、一些受体、蛋白激酶等。现在研究比较透彻的是转录因子和相关基因表达在调节药物诱导的长期分子和行为可塑性中的作用。

2.1 cAMP通路 目前比较公认的阿片类物质滥用的分子机制是cAMP通路的上调。Sharma等〔4〕把吗啡加入到人工培养的成神经细胞瘤和神经胶质瘤细胞中，发现急性吗啡暴露降低cAMP(cAMP)水平，随着持续的吗啡暴露，cAMP恢复到正常水平，加入阿片受体拮抗剂后，cAMP水平远远超过正常生理水平。随后在慢性阿片类药物作用的中枢及外周神经系统也发现了类似的cAMP通路上调〔5〕。这种上调包括腺苷酸环化酶(AC)、cAMP依赖的蛋白激酶A(PKA)、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化水平和这一信号通路中其他成分的增加〔6〕。这些因子的改变会导致药物成瘾状态。在形成吗啡依赖的小鼠纹状体中，重复给予外源性神经调节物抑制AC上调蛋白的表达，同时也削弱了吗啡/纳络酮上调的ACⅠ和ACⅧ mRNA水平、cAMP产物及CREB的表达〔7〕。进而证明cAMP信号通路在成瘾中起主要作用。cAMP是细胞内重要的第二信使分子，调节许多细胞和病毒启动子的转录起始过程。在这些启动子附近存在cAMP反应元件(CRE)，是基因接受cAMP信号的主要部位。然而，胞内cAMP必须通过蛋白磷酸化PKA来调控含CRE序列基因的转录。CREB连接CRE，与CRE具有高度亲和力〔8〕，能调节基因的转录。CREB磷酸化即活化CREB，活化后的CREB参与药物成瘾过程。在引起阿片戒断综合征的始发部位-蓝斑(LC)中，急性阿片暴露抑制CREB的磷酸化，慢性阿片暴露导致其代偿性上调〔9〕。如此功能上的变化可能是由于阿片类药物能够诱导CREB的活化和表达。不仅仅在LC，在与成瘾相关的其他脑区也都发现活化的CREB和其介导的cAMP通路上调〔10〕。有实验表明，NAc中增强CREB功能可降低吗啡诱导的奖赏效应，反之则增强实验动物对于吗啡奖赏效应的敏感性〔11〕。说明活化的CREB可能参与成瘾药物从耐受到奖赏的转化。同时，除了PKA可以磷酸化CREB以外，CREB的活化也受胞内钙离子的调节。胞内钙离子水平升高促进CREB的磷酸化〔12〕。在形成长时程记忆的过程中，通过钙离子的调节，CREB发生磷酸化，形成新的突触联系，从而长期存储信息，形成长时程记忆〔13〕。由此表明，CREB可能参与形成成瘾记忆。经研究发现，不论通过哪种信号转导机制来调控介导成瘾和学习记忆的形成，最终大多数汇集于CREB，继而通过CREB的调控来改变细胞的可塑性〔14〕。

2.2 DNA甲基化 越来越多的研究证明DNA甲基化可能在药物滥用和成瘾中发挥重要作用〔15〕。

广泛认为脑中基因的表达是衡量脑功能的重要指标〔16〕。表观遗传学可以通过不改变DNA序列来调节基因转录，包括组蛋白修饰、DNA甲基化、非编码RNA等机制。在人的发育和行为适应中，表观遗传学在编码外界刺激改变细胞属性中起重要作用〔15〕。表观遗传学调节成瘾相关神经可塑性，它通过引起稳定状态下基因表达的长期改变对一系列刺激作出回应，或者是表达基因异构体。其中，DNA甲基化在机体中保持着相对的动态平衡，能够导致基因活动的长期改变，也能使机体对内界和外界的输入做出相应的改变〔17〕。DNA甲基化调节基因的表达且不改变DNA序列本身，主要以胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸(CpG)为背景，加入甲基化组。基因组中将近10%的CpG位点连接接近基因启动子区域的CpG岛〔18〕。甲基化的CpG岛抑制转录因子进入DNA序列。目前并不清楚非CpG岛甲基化改变产生的功能作用，但DNA甲基化确实和基因表达降低相关〔19〕。成瘾行为长期存在的主要原因是成瘾性药物可以改变脑内相关神经环路的结构和功能。神经环路的长时程改变需要染色体结构和基因表达的稳定变化，表观遗传学改变确实可能是其内在机制。首先，重复给予成瘾性药物可以改变脑奖赏区域中甲基化模式，进而改变DNA甲基化〔20〕。DNA甲基转移酶(DNMTs)催化DNA发生甲基化，有3种亚型分别为DNMT1、DNMT3a、DMNT3b〔21〕。其中DMNT3b在新生大脑中便有表达〔22〕，戒断后在NAc中表达增加〔23〕。然而在NAc局部敲除DNMT3a或微注射DNMT抑制剂可以增加实验动物对可卡因的成瘾反应〔23〕。其次，DNA甲基化诱导成瘾的病理生理学特性。药物诱导的甲基化改变影响突触可塑性和记忆巩固中基因的表达，这种长期神经适应均可以解释成瘾记忆的获取和持续。有研究表明，DNA甲基化影响海马突触可塑性，并介导长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)的改变〔24〕。在一些动物研究中还发现药物诱导的甲基化修饰会遗传给后代，并影响其之后药物滥用的风险。例如，在孕期摄入酒精会改变胚胎发育过程中的甲基化模式，导致胎儿生长不良和先天畸形及随后可能成瘾的风险〔25〕。目前来看，在遗传过程中药物诱导的甲基化改变可能是由于精子或卵子在胚胎中的持续表达，影响子代大脑的结构和功能〔26〕。然而，跨代过程中的表观遗传学机制尚不完全明确，还需要进一步的发现和验证。

3 阿片物质成瘾对子代生理学的影响

胎盘是联系母亲和子代的纽带，物质都可以通过胎盘传递给胎儿；同时，母亲的健康、营养状况及药物代谢率和排泄率均对胎儿有影响〔27〕。非法使用阿片类的孕妇面临着胎盘功能不全、胎儿早产或宫内死亡等产科并发疾病的发病风险〔28〕。在阿片类成瘾的孕妇依赖者中，其刚出生的子代通常表现出出生体重下降、身长头围异常并且可能削弱胎儿大脑的正常发育〔29〕。经历过胚胎期阿片类物质暴露的新生婴儿，表现出不同程度的戒断症候群(NAS)所占比例高达94%〔30〕，长期不加以治疗便会导致死亡。胚胎期阿片暴露不仅影响胎儿的发育，亦影响其出生后的成长过程。经历阿片类物质暴露和非暴露的子代，在行为、适应性、感知能力等方面都有很大程度上的差异。有可卡因暴露经历的婴儿在神经异常检查、智力发育指数(MDI)和精神运动发育指数(PDI)的检测中，均低于正常婴儿〔31〕。表明可卡因暴露增加了儿童成长过程中的风险，并且当他们面对压力与挑战时不具抗压能力。也有研究表明，药物依赖女性的孩子患有各个范畴精神疾病的可能性明显高于正常家庭出生的儿童〔32〕。经历过胚胎期吗啡暴露的人群，通常在其随后的生活中表现出神经和认知功能障碍〔33〕。药物暴露组也在视觉灵敏度方面明显降低〔34〕。但是同时，由于个人的基因组成、胎儿及其出生后的环境、受到应有的关爱等因素的不同，仍然不能得到确切的结论。并且非常缺乏关于胚胎期阿片类物质暴露对其人生长期影响的研究。胚胎期吗啡暴露动物模型因其成本低、易控制，常用于研究阿片滥用问题。Niesink等〔35〕发现妊娠期经历吗啡暴露的Wistar大鼠，其游戏性行为(pinning)和社会修饰(social grooming)相比于对照组均有明显提高，并且给予吗啡的剂量和游戏性行为相关。Hol等〔36〕也发现胚胎期给予吗啡的大鼠在其成年后有更多的社会方式和较少的社交躲避行为，然而并未观察到活动能力的改变。以上结果均说明胚胎期吗啡暴露长期影响其社会行为。Sun等〔37〕发现在转弯学习试验中(detour learning)，胚胎期经历吗啡暴露的小鸡需要更长的时间完成任务，但是学习和记忆能力与对照组小鸡比较并无明显差异，表明特殊的行为改变和胚胎期吗啡暴露相关。也有研究表明胚胎期吗啡暴露的雌性和雄性大鼠，其成年后的性行为及相关脑区阿片受体的密度有显著改变〔38〕。胚胎期吗啡暴露影响学习和记忆〔39〕，削弱条件恐惧记忆和突触可塑性〔40，41〕。

4 结 语

目前已经证实阿片类成瘾的发生影响子代生理学特征，涉及奖赏、强化、学习等行为的关键脑区。综上所述，关于胚胎期阿片物质暴露对子代生理学影响的研究少之又少，且没有一致的结论。究其原因，主要是研究模型和研究手段的限制，以及动物的行为表现受很多复杂因素的影响，因此结果的可靠性并不乐观。国外对于阿片成瘾的分子机制的研究已经成为探索胚胎期吗啡暴露对子代影响的热点问题，然而在国内关于此方面的报道较少，因此值得密切注意和探索。为了减少孕妇吸食阿片类对两代人产生的危害，应通过各界人士的努力，创造良好的生活环境，以提高后代身心健康及生活质量。与此同时，胚胎期阿片暴露对于子代心理学研究尚处于起步阶段，其中涉及的机制还有待更深入的研究。

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〔2016-11-28修回〕

(编辑 曲 莉)

国家自然科学基金资助项目(31460262)；云南省应用基础研究计划面上项目(2014FB137)

张继川(1972-)，男，教授，主要从事突触可塑性的调控机制研究。

关 欣(1991-)，女，在读硕士，主要从事神经电生理研究。

R749.6

A

1005-9202(2017)05-1251-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.05.100