前额皮层-基底外侧杏仁核-伏隔核环路在海洛因奖赏动机转换中的作用和调控机制

Heroin reward and euphria leads to the initiation of heroin addiction. How the habitual use transfers to compulsive taking during the process of addiction and its mechanism and circuits are still unknown. The previous works showed that glutamatergic transmision from ventral prefrontal cortex to nucleus accumbens shell mediates the heroin reward and reward motivation, and inactivation of basolateral amygdala (BLA) inhibits the heroin reward. Moreover, pretreatment with inhibitor of PDE4 not only has the anxiolytic effect, but also attenuates the heroin motivation. Taken together, accumulating evidence suggested that a PFC-BLA-NAc circuit may mediate the heroin reward and switch of reward motivation. What remain unclear are the specific routes of serial information transfer between these regions that faciliate reward and emotion.To address this, the present study used an asymentrical disconnection approach to clarify the contribution of these different pathways to this aspect of drug reward. Additionally, we also investigated the relationship between the negative emotion such as anxiety and heroin reward switch,and evaluated the early interventive candidates for the heroin reward.We developed an optogenetic approach, focused optogenetic stimulation of the PFC, BLA and NAc shell and its terminals restored the behavioral response.The projection will elucidate circuits underlying the heroin reward and motivation switch of heroin use, and raise promising potential for the design of targeted therapy for heroin addiction at early stage.

海洛因引起的奖赏和愉悦是导致成瘾的起始动机，海洛因成瘾如何从习惯性使用到冲动性摄入的中枢部位和机制并不清楚。申请人前期工作显示抑制腹内侧前额皮层投射到伏隔核壳部的谷氨酸能神经可减轻海洛因的奖赏动机，基底外侧杏仁核神经元失活抑制了海洛因奖赏，磷酸二酯酶抑制剂减轻焦虑同时减少海洛因奖赏动机，提示海洛因奖赏和负性情感过程可能介导了海洛因动机转换。结合文献本项目提出腹内侧前额皮层-基底外侧杏仁核-伏隔核壳部环路参与了海洛因奖赏和动机转换的科学假设。本项目通过药理和神经脱联系等方法验证腹内侧前额皮层、基底外侧杏仁核和伏隔核壳部三个神经核团在海洛因奖赏动机中作用，探索焦虑负性情感反应对海洛因奖赏动机的影响，明确早期干预的潜在作用靶点；通过光遗传学技术明确腹内侧前额皮层、基底外侧杏仁核和伏隔核壳核团之间的神经投射在海洛因奖赏和奖赏转换中的作用。该项目为认识海洛因奖赏机制以及早期干预药物成瘾提供有效方法。

本项目从海洛因产生的奖赏和愉悦是成瘾产生的起始动机出发，利用药理学、神经脱联系以及光遗传学或化学遗传学技术证明了腹内侧前额皮层、基底外侧杏仁核和伏隔核壳部三个神经核团在海洛因奖赏动机中作用。发现AMPA受体激动剂直接注射到腹侧前额皮层可以促进海洛因行为消退和海洛因觅药行为，这种调节与海洛因复吸时AMPA受体表达变化密切相关。N-乙酰天门冬氨酰谷氨酸(NAAG)是内源性代谢型谷氨酸受体2/3激动剂，我们通过鼻腔给药补充外源型的NAAG 24小时后可以呈剂量依赖地减少海洛因奖赏和奖赏动机，这种抑制作用可以被代谢型谷氨酸受体2/3拮抗剂所阻断，结果表明代谢型谷氨酸受体2/3可能参与了海洛因奖赏和奖赏动机的维持，也为深入研究前额皮层投射到伏隔核的奖赏神经通路以及干预提供了实验依据。表观遗传学修饰是基因表达调控的主要方式,海洛因慢性使用导致的神经可塑性变化是药物成瘾发生发展的主要神经生物学机制,表观遗传学通过组蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化等修改以及DNA的甲级化修饰可以影响基因的转录，从而导致目标基因的表达变化。我们重点观察了海洛因长期戒断后伏隔核乙酰化水平增加，通过CHIP方法，富集有关组蛋白乙酰化的调节基因序列，通过测序发现被调节的基因，证明BRG1的H4K5乙酰化增加与海洛因奖赏有关，与海洛因的复吸没有关系。我们系统观察海洛因长期使用后伏隔核的壳部和核部组蛋白H3赖氨酸18和H4赖氨酸5以及8的乙酰化水平明显升高,而乙酰化酶抑制剂丁酸钠预处理12小时后可以提高伏隔核组蛋白H3赖氨酸18和H4赖氨酸5以及8的乙酰化水平，同时可以抑制海洛因觅药行为，提示组蛋白乙酰化可能在海洛因成瘾中发生和发展中起到保护作用。通过病人血液样本以及动物伏隔核进行甲基化测序，验证并发现了胆碱O-乙酰转移酶基因(CHAT)，γ-氨基丁酸A型受体基因甲基化有关。这些结果将为认识海洛因奖赏的动机转换以及成瘾提供实验依据，为药物滥用的早期干预提供方法。