Cofilin在吗啡诱导的神经元树突棘肌动蛋白重构中的作用及其机制研究

Drug addiction to opiate is a severe neuropsychiatric disorder characterized by compulsive and persistent drug-taking. These functional and structural changes at synapses are believed to be the basis of persistence and stability of drug addictin. Actin cytoskeleton played a pivotal role in plasticity of dendritic spines. The present experiments were designed to use techniques such as molecular biology, optical imaging and animal behavioral assay, etc. to systematically study whether chronic morphine treatment rearranges actin. To determine morphine-induced actin dynamics, as evidenced by changes in the level, distribution and/or phosphorylation state of F-actin and various actin binding protins. To identify the role of cofilin on actin arrangement induced by morphine in dendritic spines. By means of phosphorylation/dephosphorylation state of cofilin to investigate the role of PKA/RhoA/LIMK and Ca2+/Calcineurin/SSH signaling pathway in morphine-induced the plasticity of synapses. To further identify the cellular and molecular mechanisms of opiate addiction.

阿片类药物成瘾的主要特征表现为强迫性和持续性药物使用。目前认为造成药物成瘾持续性和稳定性的基础在于在成瘾药物作用下突触发生了可塑性变化。肌动蛋白在神经元树突棘可塑性变化中发挥重要作用。本申请拟从影响神经元形态和功能的骨架肌动蛋白入手，结合分子细胞生物学、光学影像学、动物行为学等方法，在分子、细胞、整体水平上深入地研究长期吗啡处理对神经元树突棘肌动蛋白重构的影响及其机制。确定吗啡调节树突棘肌动蛋白重构的动力学过程；明确cofilin在吗啡诱导的肌动蛋白重构中的作用途径和作用环节；以cofilin的磷酸化及脱磷酸化状态为切入点，探讨cAMP/PKA/RhoA和Ca2+/Calcineurin信号通路在吗啡诱导的肌动蛋白重构中的作用，进一步深化阿片类药物成瘾的细胞及分子生物学机制。

课题被国家自然科学基金委批准立项后，历经1年时间，课题组完成了申请书中提出的研究内容，该项目研究成果正在进一步整理过程中。.本课题在分子、细胞、整体水平上研究了Cofilin在吗啡诱导的神经元树突棘肌动蛋白重构中的作用及调节机制。研究结果显示吗啡处理不同时间诱导了大鼠海马神经元树突棘形态发生改变。吗啡处理24h后，棘突塌陷，吗啡处理72h后，树突分支增多，树突分支复杂性增加，并出现畸形棘突，如多头棘突等，吗啡对海马神经元树突棘的影响呈现时间依赖性。吗啡处理24h可引起F-actin水平显著降低，而随着吗啡处理时间延长，F-actin水平显著升高，结果提示，吗啡处理不仅诱导的F-actin的重新分布，同时也影响了肌动蛋白的聚合和解聚过程。肌动蛋白作为一种动态结构，持续进行组装和解聚，而体内肌动蛋白的装配及在细胞中的特性受骨架肌动蛋白结合蛋白调节。吗啡处理24h，海马神经元Drebrin从树突棘转移至树突干，并且与F-actin的亲和力下降，同时伴随着棘突的回缩和塌陷。吗啡处理24h，Cortactin从树突棘脱落，与胞膜结合的量减少，而胞浆中的含量增加。Drebrin、Cortactin在树突棘的脱落或位置转移，导致棘突肌动蛋白网络缺乏稳定性，诱导肌动蛋白发生重构。吗啡处理24h海马神经元内P-cofilin表达水平显著下调，同时伴随着F-actin水平的降低；吗啡处理48h P-cofilin水平恢复，与此同时，F-actin的水平亦恢复。增加P-cofilin水平可抑制吗啡诱导的F-actin水平的降低，提示Cofilin的磷酸化及脱磷酸化过程在吗啡诱导的神经元肌动蛋白重构中发挥重要作用。NMDA受体阻断剂MK801以及Calcineurin的阻断剂FK506可以阻断吗啡诱导的棘突塌陷和P-cofilin的水平变化。进一步研究显示， MK801以及FK506可以阻断吗啡诱导的Drebrin、Cortactin的位移及脱落。提示NMDA/Ca2+/Calcineurin信号通路通过影响Cofilin的磷酸化状态，降低了肌动蛋白结合蛋白Drebrin、Cortactin与F-actin的结合性，进而导致了神经元树突棘肌动蛋白重构，使树突棘稳定性下降。