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毒品成瘾严重危害人类的健康和社会发展,其滥用及滥用后引起的成瘾对社会造成极大的危害,也是世界面临的重大难题和研究的热点。中脑边缘多巴胺系统(MLDS)是大脑奖赏系统的重要组成部分,神经元主要为多巴胺(DA)能神经元。DA参与认知记忆、自然奖赏、药物奖赏和情绪活动等各种神经机制的调节,是 MLDS中调节药物产生的奖赏效应的最重要的神经递质,此外戒断症状的出现也与脑内DA和去甲肾上腺素(NE)的水平相关。DA在体内发挥生理作用需要多巴胺受体(DRD)和多巴胺转运体(DAT)的参与,药物成瘾能引起DRD和DAT水平发生变化。MLDS中的DA能神经元主要有两条投射通路:中脑边缘系统通道(mesolimbic pathway),从中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)通往伏隔核(nucleus accumbens,NAc);中脑皮层通道(mesocortical pathway),从VTA通往前额叶皮质(prefrontal cortex,PFC)。其中VTA和NAc在药物奖赏、药物成瘾和觅药动机等行为中扮演着关键的角色。神经营养因子家族,包括脑源性神经营养因子(BDNF),神经营养素3(NT-3)和神经营养素4(NT-4)。已有研究证明BDNF,NT-3和NT-4在DA能神经元有表达,且在药物成瘾过程中神经营养因子通过影响DA能神经元引起哺乳动物对成瘾药物行为敏化。大量的研究表明神经营养因子参与了精神兴奋类药物如可卡因、安非他命等的成瘾。 然而DA、DRD、DAT和神经营养因子在海洛因成瘾、戒断和复吸过程中的作用还知之甚少。本实验通过建立大鼠海洛因成瘾、纳洛酮催促戒断和自然戒断三种模型,观察BDNF、NT-3和NT-4在NAc脑区的变化;建立纳洛酮戒断、美沙酮脱毒以及海洛因复吸模型,观察大鼠VTA、NAc内DA神经元阳性表达标记物酪氨酸羟化酶(TH)和NE的最终合成酶多巴胺-β-羟化酶(DβH)的变化;用基因芯片技术观察海洛因成瘾大鼠NAc内与DA相关的84个基因的表达变化,之后用慢病毒转染和注射反式转录激活因子(TAT)-BDNF融合蛋白过表达BDNF干预等手段,观察在高水平BDNF条件下大鼠条件位臵偏爱(CPP)和纳洛酮戒断的效果,以期阐明在海洛因成瘾、戒断、脱毒和复吸期间,神经营养因子BDNF、NT-3、NT-4的作用,神经元表达DA和去甲肾上腺素(NE)的变化及 BDNF与DA系统的关系。 第一部分、神经营养因子在海洛因成瘾、戒断大鼠NAc脑区的表达变化 目的:通过建立大鼠海洛因成瘾、纳洛酮戒断和自然戒断三种模型,观察BDNF、NT-3和NT-4在NAc脑区的变化,以期阐明神经营养因子在海洛因成瘾、戒断中的作用。 方法:成年雄性SD(Sprague-Dawley)大鼠被随机分为四组:海洛因成瘾组,纳洛酮戒断组,自然戒断组和盐水对照组。海洛因成瘾组,纳洛酮戒断组和自然戒断组大鼠均注射海洛因药液9d使其成瘾。第10d,纳洛酮戒断组大鼠注射纳洛酮催促戒断,观察并记录纳洛酮戒断组和自然戒断组大鼠的戒断症状和体重变化。海洛因成瘾组和盐水对照组大鼠于第10d处死,纳洛酮戒断组大鼠于第10d注射纳洛酮并观察戒断30分钟之后处死,自然戒断组大鼠在最后一次注射完海洛因之后不予任何处理,自然戒断7d后处死。各组大鼠取脑组织NAc脑区,用免疫组织化学SABC法和图像分析法观察BDNF、NT-3和NT-4阳性细胞的表达,用Western blot技术检测BDNF、NT-3和NT-4蛋白表达。 结果: (1)纳洛酮戒断组大鼠在纳洛酮作用下,出现明显的跳跃、站立、湿狗样抖、扭体、齿颤等戒断症状。与纳洛酮戒断组比较,自然戒断组大鼠站立、湿狗样抖、扭体等戒断症状较轻,未观察到跳跃、齿颤等症状。与对照组比较,两组戒断大鼠均出现明显体重减轻。 (2)免疫组化结果显示,与对照组比较,海洛因成瘾组大鼠NAc脑区BDNF和NT-4阳性细胞免疫染色减弱,平均光密度显著降低;而在纳洛酮戒断组及自然戒断组,BDNF和NT-4阳性细胞免疫染色增强,平均光密度明显增强(p<0.05)。但NT-3阳性细胞的免疫染色及平均光密度值在海洛因成瘾组和自然戒断组大鼠 NAc脑区有所增加,而在纳洛酮戒断组NT-3表达减少。 (3)Western blot结果显示,海洛因成瘾降低了BDNF和NT-4在NAc脑区蛋白水平,而NT-3蛋白水平升高;注射纳洛酮30min后,BDNF和NT-4蛋白水平升高,NT-3蛋白水平降低;自然戒断7d后,BDNF,NT-3和 NT-4蛋白水平均升高。 结论: (1)纳洛酮戒断和自然戒断大鼠均出现明显的戒断症状,证明已成功使大鼠海洛因成瘾。 (2)在海洛因成瘾引起的 VTA-NAc通路神经适应性变化中,BDNF起着负性调节作用。 (3)在海洛因成瘾和戒断过程中,BDNF和NT-4这两种神经营养因子的变化趋势大致相同。 (4)注射纳洛酮催促戒断,BDNF和NT-4升高;自然戒断7d后,BDNF,NT-3和 NT-4均升高,表明神经营养因子能保护海洛因成瘾和戒断对神经组织产生的损伤。 第二部分、TH和DβH阳性神经元在海洛因戒断、复吸大鼠VTA、NAc脑区表达的变化 目的:通过建立海洛因戒断、美沙酮脱毒及海洛因复吸大鼠模型,模拟海洛因成瘾者戒断、复吸的过程,观察在这期间TH、DβH在VTA和NAc表达的一系列变化,探讨DA和NE在海洛因戒断、复吸过程中的作用及相互关系。 方法:成年雄性SD大鼠随机分为正常对照组、盐水对照组和实验组,实验组又分为纳洛酮戒断组、美沙酮脱毒组和海洛因复吸组。实验组大鼠均按体重逐日递增注射海洛因9d使其成瘾,纳洛酮戒断组大鼠注射纳洛酮催促戒断,观察戒断症状后处死;美沙酮脱毒组大鼠用美沙酮脱毒7d后处死;海洛因复吸组大鼠先用美沙酮脱毒后再次注射海洛因7d使其成瘾,之后处死。盐水对照组注射与实验组相当剂量的生理盐水,同期处死相同数量的大鼠;正常对照组不予任何处理,分批取材。各组大鼠取 VTA、NAc脑区脑组织,用免疫组织化学SABC法和图像分析法观察分析VTA、NAc脑区神经元表达TH和DβH的变化。 结果: (1)与对照组比较,纳洛酮戒断组和海洛因复吸组大鼠VTA、NAc内TH阳性细胞免疫染色加深,平均光密度值显著升高,美沙酮脱毒组无明显变化; (2)DβH阳性细胞的免疫染色在戒断组大鼠VTA、NAc内有所加深,平均光密度值升高,但在脱毒组和复吸组均染色变浅,平均光密度值降低。 结论: (1)纳洛酮戒断大鼠VTA、NAc脑区内DA增加,DA脱羧转变为NE的量也增加,从而引起戒断症状出现; (2)美沙酮脱毒组大鼠DA水平经脱毒之后趋于正常,而NE神经元功能尚未完全恢复。 (3)海洛因复吸抑制了DβH的活性,改变了DA和NE的比值平衡,使VTA、NAc内DA含量增加,NE含量减少。 第三部分、BDNF过表达条件下海洛因成瘾、戒断大鼠NAc脑区DA、DRD、DAT的表达变化 目的:本研究拟建立大鼠海洛因成瘾模型,利用PCR基因芯片分析技术观察引起药物成瘾作用的重要部位NAc脑区BDNF、DA、DRD、DAT以及相关通路的表达变化;运用BDNF慢病毒转染,注射TAT-BDNF融合蛋白等干预的手段使BDNF过表达,观察在高水平BDNF条件下大鼠CPP和纳洛酮戒断的行为学变化,研究NAc神经元中DRD1、DRD2、DRD3、DAT和BDNF的改变及相互关系。 方法:成年雄性SD大鼠随机分为海洛因成瘾组、慢病毒转染组、TAT-BDNF融合蛋白组、空白病毒组、假手术组和对照组。海洛因成瘾大鼠逐日递增注射海洛因成瘾,之后处死取NAc脑区,利用PCR基因芯片技术检测海洛因成瘾大鼠NAc脑区中与DA相关的84个基因的表达变化;运用BDNF慢病毒转染,注射TAT-BDNF融合蛋白等干预的手段使BDNF过表达,之后建立大鼠海洛因CPP模型、纳洛酮戒断模型,观察在高水平BDNF条件下大鼠CPP和纳洛酮戒断的行为学改变;利用Western blot技术检测DRD、DAT的蛋白表达水平;利用qPCR技术检测DRD、DAT的基因表达变化。 结果: (1)基因芯片结果表明,海洛因成瘾大鼠NAc脑区与DA相关的84个基因中有20个基因发生了表达改变,其中DRD1、DRD2、DRD3和DAT表达升高,TH和BDNF降低。 (2)成功构建BDNF过表达慢病毒转染和TAT-BDNF融合蛋白。Western blot方法检测结果显示BDNF过表达的两种模型建立成功。 (3)BDNF过表达大鼠在纳洛酮戒断中体重减轻数值小于空白病毒组和假手术组大鼠,戒断症状较空白病毒组和假手术组大鼠降低。 (4)CPP行为学实验结果表明,对照组大鼠训练前后在伴药箱停留时间无明显差异,空白病毒组与假手术组大鼠训练后在伴药箱停留时间明显长于训练前(p<0.05),CPP模型建立成功。BDNF慢病毒组与TAT-BDNF组大鼠训练前后在伴药箱的停留时间无显著变化。 (5)纳洛酮戒断实验和CPP实验各组大鼠NAc脑区经Western blot和qPCR方法检测,DRD3和DAT在BDNF慢病毒组和TAT-BDNF组大鼠NAc区增多。 结论: (1)基因芯片结果显示NAc脑区BDNF与DA系统参与了调节海洛因成瘾的过程。 (2)NAc脑区BDNF过表达有助于减轻海洛因成瘾大鼠的戒断症状和环境线索诱导的对药物的渴求行为。 (3)BDNF通过作用于DRD3和DAT参与对机体多巴胺系统的调节。