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中枢胆碱能系统对吗啡成瘾的影响研究现状

心理科学进展 2008,16(3):418~423

Advances in Psychological Science

中枢胆碱能系统对吗啡成瘾的影响研究现状

李新旺于萍

(首都师范大学心理系,北京 100089)

摘要介绍了中枢胆碱能系统对吗啡成瘾的影响及其机制。研究结果表明,吗啡成瘾过程中伏隔核等脑区细胞间乙酰胆碱水平发生了改变;去除伏隔核等脑区胆碱能细胞强化了吗啡成瘾行为;胆碱能激动剂和抑制剂都能干预吗啡成瘾、但机制可能不同——前者可能通过与多巴胺能交互作用来实现,后者可能通过干扰记忆或者加速吗啡代谢而发挥作用;胆碱能受体对吗啡成瘾也具有重要影响。

关键词吗啡,成瘾,乙酰胆碱,胆碱能激动剂,胆碱能抑制剂。

分类号 B845

吗啡等阿片类物质是在中国乃至亚洲被广泛使用的成瘾物质;乙酰胆碱(acetylcholine, Ach)是第一个被发现的神经递质。由于药物成瘾是一种成瘾记忆(addiction memory),而乙酰胆碱被证明参与了正常的学习记忆过程,并且,研究发现吗啡成瘾过程中脑内乙酰胆碱的含量发生了变化,因此,中枢胆碱能系统对吗啡成瘾的影响受到了人们的关注。本文综述了吗啡成瘾过程中伏隔核等脑区细胞间乙酰胆碱水平的变化、胆碱能系统药物和胆碱能受体对吗啡成瘾的影响及其机制的研究概况。

1 吗啡等药物成瘾过程中伏隔核等部位细胞间乙酰胆碱水平的变化

伏隔核(nucleus accumbens, Nac)被认为在阿片等药物成瘾中具有重要作用。它是整合感觉和动机性行为信息的脑区,参与成瘾药物的强化和戒断反应。

Fi?erová使用显微透析方法研究证明,急性注射大剂量(10 mg/kg以上)吗啡30分钟后导致大鼠NAc 等脑区细胞间Ach释放量大幅下降[1]。Osman等人观察到,脑内(黑质)注射或者静脉注射吗啡均显著降低大鼠前额皮层细胞间Ach释放水平[2]。

经过慢性处理并形成吗啡依赖的大鼠,在戒断期间脑内Ach却出现爆发性释放,高于先前使用生理盐水处理的对照组;与这种药理学过程相平行的是,吗啡依赖动物在此期间急剧出现特征性戒断反

收稿日期:2007-12-31

* 北京市教委科技发展计划项目(KM200710028021)资助。通讯作者:李新旺,E-mail: pro_xwli@http://www.wendangku.net/doc/312be862caaedd3383c4d3ab.html 应。Tjon报道:用吗啡慢性处理的大鼠,在吗啡戒断后的1~21天纹状皮层和NAc中Ach释放增加。在急性吗啡处理之后Ach这种适应性释放增加与轻度但却持久的脑啡肽最大抑制效应的降低相联系。因此,接受腹侧中脑DA神经元调节的纹状皮层和NAc胆碱能神经元活动增强,或许代表了吗啡的长久的神经适应性效应,并在与滥用药物的易感性增强相联系的行为敏感化中具有关键性作用[3]。

Rada的实验进一步说明了急性吗啡处理过程中和戒断期间脑内Ach的变化:使用递增剂量连续腹腔注射吗啡,注射过程中的最后一天(第8天),发现NAc和前额皮层细胞间Ach减少;第9天,使用纳洛酮催促戒断导致这两个部位Ach增加;之后,通过显微注射把吗啡注入NAc,再次降低了NAc细胞间Ach的浓度;相反,把阿片抑制剂methylnaloxonium注入NAc则使NAc细胞间Ach的浓度升高;并且,这两种效应的大小与注射剂量成正比[4]。

实际上,对大鼠只进行一次吗啡处理,也能引起NAc中Ach释放改变:外周注射吗啡(10mg/kg)1次,自然戒断21天采用电刺激检测大鼠NAc和尾状核Ach释放的变化,发现NAc细胞间Ach增加32%;外周注射吗啡(30mg/kg)则使NAc中Ach增加47%。尾状核中的Ach也发生了同样变化[5]。

Rada还发现,注射烟碱和安定等,对伏隔核细胞间乙酰胆碱释放的影响类似于吗啡。外周注射烟碱导致NAc细胞间Ach释放量迅速下降,1小时后开始回升;而使用梅坎米胺(mecamylamine)催促戒

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断,则使NAc细胞外Ach释放量迅速升高而DA释放量则迅速下降[6];对大鼠使用安定进行慢性处理导致NAc中Ach释放下降,而戒断期间大幅度升高[7]。

综上所述,NAc内部Ach水平与吗啡强化效应有特殊关系——细胞间Ach浓度在对吗啡反应(产生奖赏效应)时降低,而在戒断(产生厌恶效应)时升高。Ach的这种变化被认为是神经系统内部对吗啡发生的长时程神经适应性变化[1]。由此可见,中枢胆碱能系统参与了吗啡成瘾过程。

2 去除伏隔核和纹状体胆碱神经元对吗啡成瘾行为的影响

在动物研究中,常常根据行为表现判断是否对成瘾药物产生依赖(成瘾)。高自发活动(行为敏感化)和条件性位置偏好(conditioned place preference, CPP)是动物研究中常用的行为指标。Takatoshi等人使用免疫毒素介导的细胞剔除技术(immunotoxin -mediated cell targeting)去除小鼠NAc胆碱能细胞,考察通过这种方法改变胆碱能神经元功能对吗啡等药物诱导的成瘾行为的影响。结果发现:去除NAc 胆碱能细胞不仅强化了动物在CPP模型中对吗啡的敏感化,而且在条件性厌恶中对吗啡戒断产生了负强化(negative reinforcement);同时,这种去除NAc胆碱能细胞的小鼠注射可卡因所诱导的行为敏感化进一步增强。正常情况下,胆碱酯酶抑制剂donepezil和galanthamine,能够非常显著地抑制吗啡和可卡因诱导的CPP以及自发活动;去除NAc 胆碱能神经元之后,胆碱酯酶的这种抑制作用消失[8]。Nakanishi(2003)也报道,使用免疫毒素介导的细胞定位技术去除小鼠纹状体胆碱能细胞,动物对吗啡诱导的行为变化(旋转)增强[9]。

3 胆碱能激动剂和抑制剂对吗啡等成瘾行为的影响

3.1 胆碱能系统激动剂对吗啡成瘾行为的影响

Takatoshi等人发现胆碱酯酶抑制剂donepezil和galanthamine,能够非常显著的抑制吗啡和可卡因导致的CPP以及可卡因激发的自发活动。Ninkovic发现,乙酰胆碱酯酶(AchE)功能基因破坏的动物对安非他明产生的CPP效应显著降低[10]。李新旺也观察到:同时腹腔注射吗啡和胆碱酯酶抑制剂毒扁豆碱的大鼠,精神兴奋运动(自发活动)水平显著低于单独注射吗啡的动物[11]。上述实验结果显示,通过胆碱能激动剂提高脑内胆碱能系统功能,能够抑制吗啡等药物成瘾行为的发展。

但是,通过脑内给药和CPP模型研究胆碱能系统激动剂对吗啡成瘾行为的影响却得出了和上述相反的结论:Rezayof研究发现,海马CA1内部注射毒扁豆碱1,4,8微克,显著强化了吗啡导致的CPP[12];腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)注射毒扁豆碱或者烟碱受体激动剂——烟碱,同时皮下注射对条件行为偏好的建立无效的剂量的吗啡(0.5 mg/kg),大鼠形成了显著的条件行位置偏好[13]。Zarrindast也发现,杏仁核注射毒扁豆碱,强化吗啡导致的CPP [14]。

3.2 胆碱能系统抑制剂对吗啡诱导的成瘾行为的影响

Lu等人研究发现,外周注射胆碱能M受体抑制剂东莨菪碱能够抑制吗啡诱导的CPP的表达[15];Oka 等人的研究结果显示,东莨菪碱能够抑制吗啡诱导的行为敏感化的发展[16];李新旺在实验中也观察到,东莨菪碱能够抑制吗啡诱导的行为敏感化的发展;然而,进一步的研究显示,东莨菪碱不能抑制吗啡诱导的行为敏感化的转化[17]。这些结果说明东莨菪碱对吗啡诱导的成瘾行为具有一定程度的抑制作用。

脑内微量注射胆碱能抑制剂也能够抑制吗啡诱导的CPP:Rezayof观察到,海马CA1区注射胆碱能M受体抑制剂阿托品1、4、7微克,能够抑制吗啡导致CPP的形成,并且阿托品(7微克)注射到CA1区能够反转毒扁豆碱对吗啡效应的强化作用[12];VTA 分别注射乙酰胆碱M型受体抑制剂阿托品或N型受体抑制剂梅坎米胺,都能够抑制吗啡诱导的CPP;同时,阿托品或者梅坎米胺都能够选择性地反转毒扁豆碱或者烟碱对吗啡CPP的强化作用[13]。Zarrindast也发现,杏仁核注射阿托品抑制了吗啡CPP[14]。

3.3 胆碱能系统激动剂和抑制剂对吗啡导致的学习记忆障碍的影响

成瘾药物的直接作用之一可能在于干扰正常的强迫学习,乙酰胆碱对Morris水迷宫任务这类强迫性空间学习记忆也具有重要作用。研究吗啡等成瘾药物和胆碱能系统药物在强迫性空间学习记忆中的交互作用,有助于理解吗啡成瘾的机制。

研究发现,吗啡能够干扰大鼠对Morris水迷宫这类空间任务的学习和记忆,东莨菪碱能够强化吗啡对学习记忆空间任务的干扰作用;并且,吗啡导

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致的空间记忆和回忆障碍,能够被Ach M受体激动剂氧化震颤素或胆碱酯酶抑制剂毒扁豆碱所反转[18,19]。Ukai等人研究显示,吗啡等阿片样物质对记忆的损害是通过μ受体介导的,并且这种损害作用能够被μ受体拮抗剂纳洛酮所反转[20],暗示纳洛酮的这种记忆恢复功能是通过封闭μ受体从而导致吗啡效应的反转。同样的,氧化震颤素或毒扁豆碱也能够显著改善内啡肽(与μ受体结合)对小鼠学习记忆回避任务的损害效应。这些结果显示,胆碱能系统的激活产生了一种与纳洛酮反转阿片物质造成的记忆损害一样的效应。

4 胆碱能受体对吗啡成瘾行为的影响

胆碱能受体分为毒蕈碱型(即M型,包括M1、M2、M3、M4、M5亚型)和烟碱型(即N型,包括N1、N2亚型)两类。

20世纪80年代立以来,寡核苷酸人工合成技术的成功使得反义核酸的研究快速发展起来。反义核酸技术是指利用反义核酸特异地抑制某些基因的表达。这种技术在胆碱能受体与吗啡成瘾关系的研究中得到了应用。

把M5受体反义寡核苷酸注射到VTA的多巴胺神经元区,能显著地提高VTA背外侧核的奖赏刺激阈值,降低奖赏效应。Liu等人的研究果表明,VTA 区微量注射降低M5受体功能的反义寡核苷酸(antisense oligonucleotides,AS-Ons),能够抑制海洛因诱导的大鼠行为敏感化;使用海洛因处理之前VTA区微量注射M5受体的反义寡核苷酸,也能够抑制海洛因诱导的大鼠伏隔核和海马齿状回神经元内部FosB表达水平的提高。相反,VTA区微量注射正义寡核苷酸(sense oligonucleotide,S-ONs)不具有这种效应[21]。

康定鑫等人发现,对吗啡建立起稳定的CPP的大鼠,VTA内神经型一氧化氮合酶阳性神经元表达显著增加;而侧脑室预注射M5反义寡脱氧核苷酸则能够抑制吗啡诱导的CPP,同时也显著减少了VTA 内nNOS表达。在吗啡诱发的CPP形成后,侧脑室单次注射M5反义寡脱氧核苷酸也可以逆转大鼠对伴吗啡环境的位置偏爱,同时也明显减少VTA内nNOS 表达[22]。

丑维斌等发现,脊髓鞘内注射M2反义寡核苷酸可显著减少吗啡戒断症状,M1反义寡核苷酸虽可部分减轻戒断症状,但总的作用弱于M2反义寡核苷酸;吗啡依赖大鼠蓝斑核内nNOS表达增加,用纳络酮催促戒断后nNOS表达的程度更大;鞘内注射M2反义寡核苷酸可抑制在吗啡戒断时蓝斑核nNOS的表达增强,而M1反义寡核苷酸对其无影响[23]。研究者认为,脊髓M2受体介导吗啡戒断时大鼠蓝斑核内nNOS的表达增加。

5 中枢胆碱能系统影响吗啡成瘾的机制

5.1 通过胆碱能系统与多巴胺能系统交互作用影响吗啡成瘾

许多研究证明,外周注射吗啡、酒精等使大鼠产生成瘾过程中,NAc等脑区细胞间DA水平升高;但是,在戒断期间这些脑区细胞间的DA水平下降[6,24]。这些结果说明在吗啡等药物成瘾过程中出现的奖赏效应与脑内DA水平升高有关,而戒断期间伴随的厌恶状态与NAc DA水平降低相联系。由此可见,脑内的多巴胺在药物成瘾过程中具有重要作用,即药物成瘾存在多巴胺机制。

在NAc、尾状核等脑区,胆碱能系统和DA能系统发生了交互作用:一方面,Stoof等人研究显示,在尾状核和NAc,多巴胺D2受体激动剂能够抑制Ach的释放[25]。另一方面,胆碱能系统也能够影响NAc DA释放。Tzavara等人通过转基因技术制备了胆碱能M4受体缺失小鼠(M4 knockout, M4 KO)。研究发现,M4 KO小鼠NAc DA释放水平及其代谢产物DOPAC和HA V均高于野生型(wild-type, WT)匹配小鼠;同时,M4 KO小鼠对安非他明的敏感化增强。在中脑内部,M4受体位于胆碱能中间神经元和GABA能传入神经元上。正常情况下,来自背侧隔区和脑桥被盖的Ach释放,激活M4受体,直接抑制投射到NAc的DA神经元,或者间接通过抑制D1受体功能,导致NAc DA释放减少。在M4 KO 小鼠中,由于M4受体的缺失,导致Ach对投射到NAc的DA神经元的自动抑制功能丧失,强化了中脑边缘DA系统向NAc的兴奋输入[26],因而NAc 中DA水平升高,提高了吗啡的成瘾效应。

如前所述,吗啡能够导致多个脑区的乙酰胆碱释放水平下降,由此引起的生理功能改变类似于M4受体缺失——脑内乙酰胆碱水平下降有可能使与中脑M4受体结合的乙酰胆碱数目减少、导致该受体激活水平降低,削弱或解除了对投射到NAc的DA神经元的抑制作用,引起NAc细胞间DA水平提高,强化了吗啡成瘾效应。这可能是中枢胆碱能系统参与吗啡成瘾的机制之一。

吗啡通过什么方式影响乙酰胆碱释放呢?一些

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研究证明,阿片样激动剂(如吗啡、内啡肽),通过与阿片μ和δ受体结合,能够抑制海马等部位胆碱能神经元活动。因为μ和δ受体位于胆碱能神经元末端,一般情况下,这些受体能够被阿片物质高度抑制。因此,对动物进行急性吗啡处理处理导致Ach释放下降;但是,使用吗啡多次处理之后,担当抑制中枢胆碱能活动的阿片受体对吗啡产生耐受,解除了对胆碱能神经元的抑制,导致戒断期间Ach释放增加[27]。另外,使用吗啡处理能够增加中枢神经系统内部5-HT的释放[28];5-HT作用于前脑基底部胆碱能神经元胞体或者树突上的突触后5-HT1A受体,抑制胆碱能神经元释放乙酰胆碱[29]。

胆碱能系统通过与DA能系统的交互作用影响吗啡成瘾在行为敏感化动物模型上获得了直接证据。Wang发现,DA能纤维轴突末端能够直接与纹状体胆碱能中间神经元发生联系,纹状体回路直接调节运动功能[30]。Nakanishi研究显示:纹状体运动回路受神经递质DA和Ach的调节:DA对其具有兴奋作用而Ach则抑制其功能。也就是说,纹状体内部DA和Ach的整合直接控制运动输出。基底神经节运动中枢(纹状体)回路受到DA和Ach会聚性交互作用的协调性调节,可以看作是吗啡成瘾过程中NAc等脑区Ach释放减少、DA增加影响行为敏感化的机制[9]。通过这一机制可以解释胆碱能系统激动剂抑制吗啡诱导的行为敏感化的原因——胆碱能系统激动剂能够提高胆碱能系统的功能,通过交互作用方式抑制由吗啡导致的DA释放增加而引起的运动功能增强。

5.2 不同脑区的胆碱能系统对吗啡成瘾的影响存在差别

精神药理学早已证明,同一种药物作用于不同的靶位,可能产生不同的效应。新近的一项研究直接证明毒扁豆碱具有这种特点:

外周注射毒扁豆碱,在一定程度上抑制了大鼠通过用鼻子拱一个可以透过光线的小孔自动获得静脉注射海洛因的行为以及海洛因自我给药频率,并且,毒扁豆碱的这种作用被东莨菪碱(而不是梅坎米胺)所反转。经过10~14天的自我给药训练,动物放回饲养笼内14天。之后返回自我给药的环境中,检验动物先前获得的自我给与海洛因行为的熄灭情况:通过呈现先前训练过程中伴随自我给药的条件线索(如房灯、先前用鼻子拱的小孔发出的光线、注射器注射时发出的声音)激发大鼠自我给药行为的恢复。结果表明,毒扁豆碱对线索诱导的海洛因自我给药行为的恢复产生了剂量依赖的抑制效应。较小剂量的毒扁豆碱(0.1 mg/kg)慢性处理对这种行为的获得没有影响,但是,在之后的行为恢复测试中,该组动物的海洛因寻求行为显著低于使用生理盐水代替毒扁豆碱处理的对照组。为了考察毒扁豆碱这一效应作用的脑区,把它注入NAc或者VTA。结果发现,把毒扁豆碱注入NAc,抑制了上面提到的条件线索对海洛因寻求行为的恢复作用;但是把毒扁豆碱注入到VTA则强化了条件线索诱导的海洛因寻求行为的恢复[31]。这一结果初步说明,不同脑区的胆碱能系统可能对吗啡成瘾的影响存在差别。

5.3 胆碱能抑制剂可能通过影响学习记忆或加速吗啡代谢影响吗啡成瘾

越来越多的人认为,阿片依赖和耐受与学习记忆之间存在某种联系,因为重复暴露于阿片产生的神经可塑性与学习记忆引起的反应很相似。起源于中隔等脑区的海马胆碱能通路,对海马的学习记忆等功能具有重要影响;起源于基底神经核、投射到皮层的胆碱能通路与唤醒和认知有关系。胆碱能系统抑制剂东莨菪碱等能够阻断胆碱能通路;并且,它所引起的健忘症,表现为认知功能的减退,多半与胆碱能神经递质减少有关[32]。因此,东莨菪碱影响滥用药物诱导的行为敏感化和CPP,一种可能是因为阻断胆碱能系统对海马和皮层的刺激作用、通过破坏学习记忆而实现的。一些实验对此提供了支持:如上述Lu的研究发现,东莨菪碱能够抑制吗啡诱导的条件性位置偏好的表达。这种实验范式被认为与环境线索引起的学习记忆有关[15];Itzhak等人检测了东莨菪碱对可卡因导致的CPP的作用以及在给药环境与检测环境一致和不一致情况下东莨菪碱对可卡因诱导的行为敏感化发展的影响,结果发现东莨菪碱能够抑制可卡因诱导的CPP以及给药环境与检测环境一致情况下行为敏感化的发展,但是,对非环境依赖(即给药环境和检测环境不一致)的行为敏感化没有影响[33]。

另外,外周给与东莨菪碱还有可能通过加快吗啡代谢,影响吗啡成瘾。我国学者周文华等人发现,东莨菪碱可以明显增加急性成瘾大鼠吗啡排泄量,并且,增加的吗啡排泄量与东莨菪碱注射量成正相关[34];海洛因成瘾者,使用东莨菪碱治疗10天,血清中游离吗啡和结合吗啡的浓度降至正常水平,与戒断症状消失相一致[29];使用东莨菪碱进行前处理

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和伴随吗啡处理,都能够降低纳络酮催促戒断症状(包括跳跃、旋转、体重减轻、咬齿、腹泻等);生化分析发现,这些大鼠尿液中吗啡排泄量增加[35]。

6 问题和展望

综上所述,中枢胆碱能系统在吗啡等阿片类药物成瘾中的作用,近些年来受到了广泛关注。从现有的研究成果来看,在吗啡成瘾过程中,中枢胆碱能系统可能通过与多巴胺能系统的交互作用或者通过学习记忆系统发挥作用。另外,胆碱能抑制剂东莨菪碱还可能通过加速吗啡代谢抑制吗啡成瘾。在今后的研究中需要进一步确立胆碱能系统影响吗啡成瘾的详细机理;假如该系统影响吗啡成瘾存在多种方式,那么哪种方式的作用程度最大。如果能够确切证明吗啡这类阿片类药物成瘾与胆碱能系统功能改变有关并且详细阐明其机制,那么,中枢胆碱能系统就可能成为治疗阿片类药物成瘾的靶位之一。另外,由于药物成瘾是一种成瘾记忆,启发人们在临床治疗中采用“记忆丧失疗法”,即选择干扰记忆的药物如东莨菪碱等治疗药物成瘾。显然,揭示胆碱能系统激动剂和抑制剂影响吗啡成瘾的机理有助于人们正确评估“记忆丧失疗法”,确立筛选胆碱能系统的药物治疗吗啡等阿片类物质成瘾的思路。

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Effect of Central Cholingeric System on Addiction of Morphine

LI Xin-Wang, YU Ping

(Department of Psychology, Capital Normal University, Beijing 100089, China)

Abstract: This article reviews the effects of the central cholinergic system on the addiction of the morphine and the related mechanisms. A considerable amount of research results show that morphine induces changes in release of extracellular acetylcholine in the nucleus accumbens (NAc) and other brain areas. It was also reported that cholinergic cell ablation in the NAc or the striatum enhances the addiction of morphine by using immunotoxin-mediated cell targeting. The cholinergic agonists and antagonists can both interfere with the addiction of morphine but the mechanism may be different. The former probably exerts addiction of morphine through the interaction of the cholinergic system and the dopaminergic system. The latter perhaps works in the way of blocking the memory or accelerating the metabolism of morphine. Cholinergic receptor plays a important role in the addiction of morphine.

Key words: Morphine, addiction, acetylcholine, cholinergic agonists, cholinergic antagonists.