中缝背核多巴胺神经元调控吗啡奖赏与厌恶关联记忆的表达

发布时间：2020-11-16 06:55

　　 奖赏与厌恶的相关记忆可以影响我们行为上的选择。成瘾性药物往往会作用于脑中学习记忆相关的通路,将摄入药物带来的快感或是药物戒断产生的负面情绪与当下所处的环境因素联系起来,形成特定的药物成瘾的关联记忆。这些记忆会使药物戒断患者在身处相同环境的情况下有着更高的复吸风险。多巴胺在记忆的形成与表达中有着重要的贡献。在哺乳动物中,中脑核团腹侧被盖区(VTA)的多巴胺神经元在奖赏相关的学习与记忆形成中起到必不可少的作用。同样在药物成瘾,例如吗啡成瘾中,VTA处的多巴胺神经元介导了吗啡起始的对动物行为的强化反应以及吗啡相关的奖赏记忆的形成。脑中诸多结构,如中央杏仁核,伏隔核和脑室周围的丘脑区域都被报道参与了正常生理条件和吗啡成瘾状态下关联记忆的表达。虽然这些结构都接受大量的多巴胺能输入,但是多巴胺系统在关联记忆的表达,特别是吗啡成瘾记忆表达中的确切作用和具体的神经环路机制仍不清楚。本文中,我们在小鼠中缝背核(DRN)发现了一群特异的多巴胺神经元。利用光纤记录系统和基于腺病毒相关病毒特异表达的钙离子浓度指示蛋白,我们发现这群神经元可以被奖赏刺激,如蔗糖水,高脂食物和社交隔离后的社交行为所激活。它们对不同大小的蔗糖水的反应随着奖赏变大而变大,对同样质量的高脂食物可根据自身状态的不同做出不同的反应,并且对暗示蔗糖水的声音有学习效果。除了奖赏,DRN多巴胺神经元也可被电击所兴奋,并且同样表现出了对暗示电击的声音的学习能力。利用光遗传学与条件位置偏好行为范式,我们发现这群神经元在高脂食物关联记忆的表达阶段,而非记忆的形成阶段至关重要。利用听觉暗示的条件恐惧测试,我们发现DRN多巴胺神经元在恐惧记忆的形成与表达中均起到作用。这些结果说明了 DRN多巴胺神经元在生理条件下对小鼠奖赏与厌恶相关记忆的表达必不可少。之后,我们检测了这群神经元是否在吗啡成瘾的奖赏关联记忆与戒断的厌恶关联记忆中起到了与生理条件下类此的效果。通过c-Fos免疫染色和光纤记录实验,我们发现DRN多巴胺神经元在吗啡引起的条件位置偏好实验(CPP)的测试阶段吗啡关联箱体中被特异性激活;在测试阶段,而非训练阶段抑制这群神经元的发放可以阻断吗啡位置偏好的形成。利用相同的方法,我们观察到DRN多巴胺神经元在自发性吗啡戒断反应引起的条件位置厌恶实验训练阶段的第4天和测试阶段均被兴奋;在这两个阶段抑制神经元活性均可导致条件位置厌恶程度的降低。并且,损毁这群神经元对吗啡戒断的生理症状并无影响。这些结果说明DRN多巴胺神经元在正常生理条件和吗啡成瘾中对奖赏与厌恶相关记忆的表达都至关重要。最后,利用狂犬病毒单突触逆向追踪筛选的方法,我们找到了在吗啡成瘾状态下DRN多巴胺神经元特异性变化的上游核团——侧臂旁核(LPB)。通过体外电生理记录和条件位置偏好的行为实验,我们阐明了 LPB神经元到DRN多巴胺神经元的谷氨酸能通路在生理和吗啡成瘾状态下对奖赏信息的传递十分重要。综上所述,我们的结果表明DRN多巴胺神经元在记忆表达的调控中的重要作用,为干预吗啡成瘾提供潜在靶点。
【学位单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R749.61
【部分图文】：

使其能迅速地在有激发光的条件下产生强烈的绿色荧光。利用ＧＣａＭＰ钙??离子指示剂与光纤记录系统，我们可以实时在体观察中缝背核多巴胺神经元对糖水??奖励的反应（图３ａ）。我们在ＺＭｒ－Ｃｒｅ转基因小鼠的中缝背核注射了重组酶Ｃｒｅ依赖??的用于表达钙离子浓度指示剂的腺病毒相关病毒ＡＡＶ－ＤＩ０－ＧＣａＭＰ６ｍ，并在相同位置??植入事先制作好的光纤陶瓷插芯。通过对酪氨酸羟化酶（ＴＨ，多巴胺神经元标志蛋??白）和绿色荧光蛋白（用于指示ＧＣａＭＰ６ｍ所在位置）的免疫荧光染色，大多数红??色的ＴＨ阳性细胞均和绿色的表达ＧＣａＭＰ６ｍ蛋白的细胞重合，呈现黄色的荧光信??号（图３ｂ），说明利用Ｄ／＾－Ｃｒｅ转基因小鼠与Ｃｒｅ依赖的ＧＣａＭＰ６ｍ病毒的确可以高??效而特异地标记多巴胺神经元。为了更好地控制每次蔗糖水的摄入量，方便之后分??析中缝背核多巴胺神经元对暗示奖赏的声音的学习效果，我们对表达了?ＧＣａＭＰ６ｍ??蛋白并头部固定光纤陶瓷插芯的小鼠进行了口腔埋管的手术。通过软件控制恒流泵

有任何意义的声音激活的关联学习能力呢？为了探宄这个问题，我们将一个声音同??２０?ｕＬ的蔗糖水联系起来，每天训练小鼠５０次，连续训练５天，分析比较中缝背核??多巴胺祌经元对声音和糖水反应的变化（图４）。从第一天钙信号记录的热图可以清??楚看到，一开始的训练回合，声音所对应的位置（０－２?ｓ）热图的颜色为蓝色，表示??中缝背核多巴胺神经元对其完全没有反应，相对的，糖水对应的位置（４－５?ｓ）则是??表明强烈激活的亮黄色。但是随着训练回合的增多，声音对应的热图颜色逐渐由蓝??转黄。通过５只小鼠平均结果的Ｚｓｃｏｒｅ统计图也可以看出，第一天训练结束后，小??鼠中缝背核多巴胺神经元对声音己经有了一定的兴奋反应。??抛＿■■匾??２０?Ｉ?２０ｉ?２０｝?２０?｜?２０?Ｉ??１５?八?１５?１５?１５?１５??＿５２?０?２?４?６?５－２?０?２?４?６?＇＾２?０?２?４?６?＇５－２?０?２?４?６?＇５－２?０?２?４?６??Ｔｉｍｅ?（ｓ）?Ｔｉｍｅ?（ｓ）?Ｔｉｍｅ?（ｓ）?Ｔｔｆｎｅ（ｓ）?Ｔｖｎｅ（ｓ）??图４连续５天蔗糖水训练的钙信号变化。上侧为一只小鼠钙信号结果的热图示意图，??下侧为５只小鼠钙信号反应平均的Ｚｓｃｏｒｅ统计图。??如果统计比较声音对应的０－２ｓ和起始对照－２－Ｏｓ时段Ｚ?ｓｃｏｒｅ统计图的曲线下面??积，第一天声音对应的曲线下面积显著性高于起始对照相对应的值（图５ｂ），说明??经过一天的学习

连续统计５天声音对应的Ｚ?ｓｃｏｒｅ统计图的曲线下面积以及每一天钙信号反应在??声音时段的最大值，我们可以看到不管是曲线下面积还是反应峰值，中缝背核多巴??胺神经元的反应均呈现显著的上升趋势（图６ａ），说明这群神经元具备一定的学习??能力。中缝背核多巴胺神经元对蔗糖水的反应的曲线下面积与峰值均有随着天数增??加而降低的趋势，但是并没有达到统计学的显著性（图６ｂ）。??ａ?ｂ?ｃ?ｄ??Ｐ＝?０．０２７６?１５?Ｐ＝?０．０２１２?３〇．?Ｐ＝?０．２９９３?３〇?Ｐ＝?０．１３１７??｜?．?＞?９?？??〇，Ｃ＂?？?＋?Ｖ?？１０?？?？?２０－?＿５＿?？?？?“?？?２０－?？?？??｜〇．Ｔ?．?ＮＳ?．．荽于于?Ｔｌ１。，?？了?Ｔ?．ｆ?ｆ?奮?ｆ??＾?－５－—．?．?．?．?，—?Ｏ＇—？?ｉ?．?ｉ??—友?０＇?ｒ?，?．?ｉ—?０■—．?．?１?．?■—??１?２?３?４?５?１?２?３?４?５?１?２?３?４?５?１?２?３?４?５??Ｄａｉｌｙ?ｓｅｓｓｉｏｎ?Ｄａｉｌｙ?ｓｅｓｓｉｏｎ?Ｄａｉｌｙ?ｓｅｓｓｉｏｎ?Ｄａｉｌｙ?ｓｅｓｓｉｏｎ??图６中缝背核多巴胺神经元对蔗糖水训练的钙信号反应统计。（ａ）对暗示糖水的声??音的钙信号Ｚｓｃｏｒｅ统计图的曲线下面积大小比较。（ｂ）对暗示糖水的声音的钙信号??峰值大小比较。（ｃ）对蔗糖水的钙信号Ｚｓｃｏｒｅ统计图的曲线下面积大小比较。（ｄ）??对蔗糖水的钙信号峰值大小比较。实验小鼠只数为５只：使用的统计学方法为单因??素方差分析（ｏｎｅ－ｗａｙ?ＡＮ０ＶＡ）
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本文编号：2885763