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文獻精讀第33期

文章概述

成癮復(fù)發(fā)是a片類藥物導(dǎo)致死亡的主要原因。已有的研究表明，伏隔核（Nucleus Accumbens core, NAcore）中突觸谷氨酸失調(diào)是成癮行為復(fù)發(fā)的一個關(guān)鍵因素。在動物成癮模型中，谷氨酸失調(diào)在很大程度上是由于表達谷氨酸轉(zhuǎn)運體GLT-1的NAcore星形膠質(zhì)細胞發(fā)生了變化，包括星形膠質(zhì)細胞的突起從神經(jīng)元突觸上縮回以及星形膠質(zhì)細胞GLT-1的表達下調(diào)，但是它們在成癮復(fù)發(fā)中的作用和機制仍然有待進一步明確。

2022年8月10日，南卡羅萊納醫(yī)科大學(xué)的研究人員在《Science Advances》雜志上發(fā)表題為“Plasticity in astrocyte subpopulations regulates heroin relapse”的文章。該研究揭示了大鼠NAcore中表達GLT-1的星形膠質(zhì)細胞是如何適應(yīng)并促進hailuoyin尋求的。hailuoyin線索會導(dǎo)致NAcore中不同的星形膠質(zhì)細胞亞群產(chǎn)生兩種短暫的可塑性：一個亞群的細胞突起與神經(jīng)元突觸的鄰接性增加，另一個亞群中星形膠質(zhì)細胞的GLT-1在神經(jīng)元突觸外表達增加。抑制星形膠質(zhì)細胞上述兩種可塑性會促進線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求。該研究結(jié)果表明，hailuoyin線索會通過短暫誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞亞群不同形式的可塑性來抑制hailuoyin的復(fù)吸，這也為藥物成癮復(fù)發(fā)的治療提供了一種有前景的途徑。
 

核心觀點

1、hailuoyin線索會在不同的星形膠質(zhì)亞群中產(chǎn)生兩種短暫的可塑性：其中一個亞群的細胞突起與鄰近神經(jīng)元突觸的鄰接性增加；而在另一個亞群中，星形膠質(zhì)細胞GLT-1的表達在鄰近神經(jīng)元的突觸外顯著增加；
2、通過反義核酸靶向抑制上述星型膠質(zhì)細胞亞群的兩種短暫可塑性會促進線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求；
3、hailuoyin線索會選擇性地增加星形膠質(zhì)細胞的突起與D2中型多棘神經(jīng)元（Medium Spiny Neurons, MSNs）樹突突觸的鄰接性，而星形膠質(zhì)細胞GLT-1在神經(jīng)元突觸外的表達增加則無神經(jīng)元亞型特異性。
 

研究結(jié)果分析

1. hailuoyin線索導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞表面近端GLT-1的表達短暫升高

為了探討NAcore星形膠質(zhì)細胞在hailuoyin尋求中的變化機制，作者利用操作性學(xué)習(xí)的自身給藥范式來模擬動物成癮-戒斷-復(fù)發(fā)行為，并利用膜結(jié)合的熒光報告基因?qū)�NAcore星形膠質(zhì)細胞進行了標(biāo)記。大鼠在訓(xùn)練后接受10天的自身給藥（hailuoyin或蔗糖）、10天的戒斷、以及部分小鼠接受隨后的線索誘導(dǎo)hailuoyin尋求（不給予實際的hailuoyin或蔗糖獎勵，其中線索誘導(dǎo)15分鐘作為藥物渴望或?qū)で蟮慕Y(jié)果，線索暴露120分鐘作為線索戒斷的結(jié)果）。在對大鼠NAcore切片突觸前的Synapsin I 和GLT-1進行免疫標(biāo)記后，利用共聚焦顯微鏡進行成像。
 

免疫組化結(jié)果顯示，在hailuoyin戒斷后，星形膠質(zhì)細胞質(zhì)膜與Synapsin I的共定位減少，GLT-1的總表達減少，但是GLT-1在星形膠質(zhì)細胞表面的比例沒有改變。在戒斷之后，15分鐘的線索誘導(dǎo)增加了hailuoyin組大鼠星形膠質(zhì)細胞與突觸的接觸，以及表面近端（表面250nm內(nèi)）GLT-1表達高水平星形膠質(zhì)細胞的比例。這種突觸近端星形膠質(zhì)細胞突起和GLT-1表面水平的增加都是短暫的，在120分鐘的線索暴露后會恢復(fù)到戒斷水平，這一時間過程與成癮復(fù)發(fā)期間細胞外谷氨酸的上升和下降相平行。hailuoyin戒斷導(dǎo)致了GLT-1與Synapsin I的共定位減少。盡管hailuoyin尋求會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞表面近端GLT-1的增加，但是并不能恢復(fù)階段后GLT-1與Synapsin I的共定位，相反，線索誘導(dǎo)的表面近端GLT-1的增加都是在突觸之外的。
 

2. hailuoyin線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞可塑性表現(xiàn)出細胞亞群異質(zhì)性
hailuoyin線索誘導(dǎo)15分鐘后，星形膠質(zhì)細胞與突觸的鄰近性短暫增加，但表面近端GLT-1的表達增加沒有與Synapsin I共定位，這表明這些線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞可塑性可能發(fā)生在不同的星形膠質(zhì)細胞亞群中。利用主成分分析，根據(jù)星形膠質(zhì)細胞與突觸的鄰接性和表面近端GLT-1的水平，作者將NAcore中的星形膠質(zhì)細胞分成了高突觸鄰接性（1型）、表面近端GLT-1高水平（2型）、以及低至中度突觸鄰接和表面GLT-1表達（3型）三個亞群。生理鹽水組大鼠的大部分NAcore星形膠質(zhì)細胞主要為1型和3型。hailuoyin戒斷大鼠中1型星形膠質(zhì)細胞減少，2型星形膠質(zhì)細胞增加。15分鐘的hailuoyin線索誘導(dǎo)導(dǎo)致1型星形膠質(zhì)細胞短暫恢復(fù)，2型星形膠質(zhì)細胞質(zhì)比例進一步增加。120分鐘的hailuoyin線索暴露后，3型星形膠質(zhì)細胞占主導(dǎo)地位。
 

3. 在NAcore星形膠質(zhì)細胞中，Gq信號增加了細胞突起與突觸的鄰接性，但不增加細胞表面GLT-1的水平
培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞上，Gq偶聯(lián)信號通過代謝性谷氨酸受體mGluR5促進ezrin依賴的星形膠質(zhì)細胞突起精細的運動。為了確定Gq型mGluR信號是否會觸發(fā)線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞突起運動，作者在線索誘導(dǎo)時利用化學(xué)遺傳學(xué)的方法激活NAcore星形膠質(zhì)細胞，并對星形膠質(zhì)細胞的突觸鄰接性和表面近端GLT-1的表達進行了分析。星形膠質(zhì)細胞激活增加了星形膠質(zhì)細胞突起與Synapsin I的共定位，但不影響表面近端GLT-1水平。這些數(shù)據(jù)表明，在藥物尋求過程中，Gq信號在NAcore星形膠質(zhì)細胞中能夠觸發(fā)形態(tài)可塑性，而突觸外GLT-1表達的增加可能涉及不同的信號級聯(lián)。
 

4.在星形膠質(zhì)細胞亞群中，線索誘導(dǎo)的可塑性降低會增加hailuoyin尋求
為了確定線索誘導(dǎo)的1型和2型星形膠質(zhì)細胞塑性是否影響hailuoyin尋求，作者在動物戒斷后利用反義核酸特異性的阻斷GLT-1或ezrin。hailuoyin線索誘導(dǎo)15分鐘后，大鼠的hailuoyin尋求恢復(fù)，ezrin或GLT-1基因的下調(diào)增強了動物對hailuoyin的渴求。因此，1型或2型星形膠質(zhì)細胞可塑性在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中起著抑制hailuoyin渴求的代償作用。形態(tài)學(xué)結(jié)果表明，ezrin敲除降低了NAcore星形膠質(zhì)細胞的突觸鄰接性，而GLT-1敲除進一步降低了GLT-1的總水平，并阻斷了線索誘導(dǎo)的表面近端GLT-1的表達增加。此外，GLT-1敲除不改變NAcore星形膠質(zhì)細胞的突觸鄰近性，ezrin敲除不影響GLT-1總水平或表面近端GLT-1水平。正如預(yù)期的那樣，GLT-1或ezrin的獨立敲除降低了GLT-1與Synapsin I的共定位。
 

5. 在hailuoyin成癮及復(fù)發(fā)前后，NAcore星形膠質(zhì)細胞與D1-MSNs和D2-MSNs形成有差異的關(guān)聯(lián)
NAcore中兩個主要的神經(jīng)元亞型D1-MSNs和D2-MSNs的活性分別驅(qū)動藥物尋求和尋求消退。因此，作者推測NAcore中不同類型的星形膠質(zhì)細胞與D1-MSNs和D2-MSNs獨特相關(guān)，從而有助于它們在減少線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求方面的功能作用。為了驗證這一假設(shè)，作者在動物訓(xùn)練前對D1和D2神經(jīng)元進行了標(biāo)記，在一系列的成癮-戒斷-復(fù)發(fā)實驗后對孤立的星形膠質(zhì)細胞進行成像，并定量觀察其與病毒標(biāo)記的D1-MSNs和D2-MSNs樹突以及突觸標(biāo)記的Synapsin I或GLT-1的關(guān)系。免疫組化結(jié)果顯示，星形膠質(zhì)細胞在戒斷后從NAcore樹突上縮回，在線索誘導(dǎo)后星形膠質(zhì)細胞突起重新向突觸插入。在戒斷訓(xùn)練后，星形膠質(zhì)細胞在D1-MSNs突觸中與Synapsin I的共定位增加，在D2-MSNs突觸中與Synapsin I的共定位減少。暴露于hailuoyin線索15分鐘后，星形膠質(zhì)細胞與兩種突觸的關(guān)聯(lián)恢復(fù)到對照水平。

在分析D1-MSNs和D2-MSNs樹突相關(guān)GLT-1時，作者觀察到樹突相關(guān)的GLT-1在戒斷訓(xùn)練后減少，在暴露于hailuoyin線索15分鐘后恢復(fù)到生理鹽水對照水平，類似于大鼠在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋找15分鐘內(nèi)表面近端GLT-1的增加。與D1樹突相比，與D2樹突相鄰的GLT-1水平更高。戒斷后樹突相關(guān)的GLT-1減少發(fā)生在D2樹突，而不是D1樹突。線索暴露15分鐘后，GLT-1的表面近端增加與D1或D2樹突沒有相關(guān)。

總之，這些數(shù)據(jù)表明，線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中1型星形膠質(zhì)細胞的增加可能與D2樹突周圍星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)可塑性有關(guān)，但線索誘導(dǎo)的2型星形膠質(zhì)細胞增加，表現(xiàn)出高水平的突觸外GLT-1，而與D1或D2樹突無關(guān)。
 

總結(jié)

該研究發(fā)現(xiàn)，在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中，NAcore中的星形膠質(zhì)細胞通過形態(tài)和GLT-1表達的可塑性這兩種機制來抑制hailuoyin尋求的強度。線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞突起與突觸的鄰近性和表面GLT-1表達增加發(fā)生在不同的星形膠質(zhì)細胞亞群中，并由不同的信號級聯(lián)觸發(fā)，星形膠質(zhì)細胞Gq信號選擇性激活星形膠質(zhì)細胞精細過程運動，而不影響表面GLT-1表達。1型星形膠質(zhì)細胞在NAcore中與突觸鄰接性增加，而2型星形膠質(zhì)細胞表面GLT-1表達增加。選擇性地抑制1型或2型星形膠質(zhì)細胞的可塑性可增強線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求，顯示了線索短暫誘導(dǎo)這些星形膠質(zhì)細胞亞群的功能相關(guān)性。最后，作者證明了在hailuoyin尋求過程中，1型星形膠質(zhì)細胞的增加具有D2-MSNs選擇性，但2型星形膠質(zhì)細胞的增加，與D1-MSNs和D2-MSNs均無關(guān)�？傊�，這些數(shù)據(jù)表明，星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)可塑性具有神經(jīng)元亞型選擇性，在不同的星形膠質(zhì)細胞亞群中，hailuoyin線索會短暫地誘導(dǎo)兩種不同形式的星形膠質(zhì)細胞可塑性，從而抑制hailuoyin的尋求。

研究方法亮點

這項工作闡述了NAcore中表達的星形膠質(zhì)細胞在適應(yīng)并促進hailuoyin尋求過程中的作用機制。研究用到了自身給藥成癮造模、腦立體定位注射、微量導(dǎo)管給藥以及免疫組化等實驗技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù)，能夠提供該研究所涉及的自身給藥成癮造模、腦立體定位注射、微量導(dǎo)管給藥以及免疫組化等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外 100 多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。

原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7044