β-arrestin偏向性受体信号通路在可卡因奖赏记忆再巩固中的作用研究

β-adrenergic receptors (β-ARs) as the G protein coupled receptor, widely distribute in central nervous system, playing an important role in learning and memory. Activation of β-AR promotes downstream signals through Gs and β-arrestin. It is mostly accepted that β-AR is involved in memory formation through Gs dependent cAMP activation. However, our recent research shows that blockade of β-adrenergic receptor impaired memory reconsolidation of object recognition through non-G protein dependent pathway and proposes that β-arrestin biased pathway activation regulates memory reconsolidation. Based on the previous study, our question is will β-AR biased pathway be involved in addictive drug memory reconsolidation. The aim of this project is to study the role of β-AR biased signaling pathways in reward memory reconsolidation induced by cocaine. Then combined with Cre-Loxp system carried by AAV and Doxycycline manipulation system driven by immediately early gene, the β-AR and β-arrestin conditional knockout mice will be developed. The biased ligands for β-ARs are also performed in these animal models. The effect of regulation of β-AR function or expression on reward memory reconsolidation of cocaine will be investigated and whether the β-arrestin biased signal pathway regulated by β-ARs is involved in. This novel mechanism of cocaine reward memory reconsolidation will supply a new neurobiological evidence for memory dynamic storage and clues for clinical treatment for drug addiction.

β-肾上腺素受体是一类与G蛋白偶联的神经递质受体，在脑内广泛分布并在学习记忆等脑功能中发挥关键作用，是药物研发的重要靶点。过去一直认为该受体通过激活G蛋白信号通路参与记忆再巩固，申请者最近发现物体辨别记忆的再巩固并不依赖于β-肾上腺素受体/G蛋白通路而依赖于β-arrestin，提出β-肾上腺素受体/β-arrestin偏向性信号通路介导记忆再巩固的假说。在此基础上，本研究采用可卡因奖赏记忆模型，β-肾上腺素受体和β-arrestin条件敲除小鼠，结合腺相关病毒建立Cre-loxP重组酶系统和及早基因驱动的四环素调控表达系统，进行脑区条件敲除和神经元选择性敲除，结合β-ARs偏向性工具药，揭示β-arrestin偏向性肾上腺素受体信号通路在药物奖赏记忆再巩固中的作用及机制，以验证我们的假说。本研究有良好前期基础，可行性强和重要的理论创新，为药物成瘾等记忆相关疾病提供药物靶点。

药物成瘾其本质是一种联合型记忆，以药物的奖赏效应为非条件性刺激（US），以和药物奖赏关联的环境线索为中性的条件性刺激（CS），将两者建立关联并进行记忆存储。对成瘾记忆的存储进行干预具有重要治疗前景。β-肾上腺素受体在脑内广泛分布并在学习记忆等脑功能中发挥关键作用，是药物研发的重要靶点。过去一直认为该受体通过激活G蛋白信号通路参与记忆再巩固，我们的研究发现物体辨别记忆的再巩固并不依赖于β-肾上腺素受体（β-AR）/G蛋白通路而依赖于β-arrestin。本项目在以往工作的基础上，采用条件性敲除小鼠，结合药理学手段和神经环路操控手段，聚焦于β-AR/β-arrestin偏向性信号通路在药物成瘾记忆存储中的作用和机制展开研究。我们最近的研究发现， CS和US进行记忆提取诱导的可卡因奖赏记忆再巩固依赖的脑神经环路并不相同，且CS和US诱导可卡因成瘾记忆再巩固过程都依赖于β-AR系统。US-记忆提取诱导的可卡因奖赏记忆再巩固需要杏仁核中央核的β1-AR的参与。β-AR下游β-arrestin介导的信号通路参与US诱导的可卡因成瘾记忆的再巩固。β-AR介导的β-arrestin偏向性信号通路参与调控可卡因奖赏消退记忆的巩固过程。我们的研究通过选择性标记和操控在记忆获得过程中激活的“痕迹神经元”，发现可卡因奖赏记忆选择性存储于海马vCA1和伏隔核中央核脑区痕迹神经元中，而这两个脑区痕迹神经元间联系的选择性加强介导了可卡因奖赏记忆的提取（回忆），首次提出特定记忆以痕迹神经元-痕迹神经元组成的特异神经环路形式储存的假说，同行专家认为“是一项概念创新的重要工作”。该研究结果在《自然·神经科学》杂志在线发表。期间共发表本基金标注的论文9篇，其中SCI论文7篇。我们的研究揭示了β-arrestin偏向性β-AR信号通路在成瘾记忆存储中的作用，为药物成瘾等记忆相关疾病提供药物靶点。