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光遗传技术揭秘药物成瘾

时间:2016-08-11 热度: 分享到:

众所周知,毒品在娱乐圈已经泛滥成灾,造成了恶劣的社会影响。而明星作为一个特殊的人群,在成名后精神极度空虚、对前途的焦虑以及人际关系的复杂都使他们希望借助毒品让自己得到短暂的放松。为什么产生药物成瘾性,成瘾性为什么难以戒除?对于这些问题科学界也仍然在探索之中。而近年来生理学研究中冉冉升起的明星技术-光遗传学技术可以给予我们关键的提示。

 

光遗传学技术(optogenetics)结合光学(optics)及遗传学(genetics)的优势,能在活体动物甚至是自由运动的动物脑内,精准地控制成瘾相关大脑腹侧被盖区(VTA)神经元的活动。下面让我们通过解读《Morphine去抑制VTA多巴胺神经元的谷氨酸能输入并兴奋多巴胺神经元》来揭示药物成瘾的科学奥秘。

 

这篇文章是由复旦大学医学神经生物国家重点实验室郑平教授课题组在elife杂志上发表的高分原创论文。作者利用光遗传学技术(涉及的病毒包装由和元生物提供),在活体动物脑内,精准地开关GABA能中间神经元,研究Morphine对突触前谷氨酸释放的影响。研究结果表明,在正常生理条件下,谷氨酸对VTA-DA兴奋性传入是受到了GABA能中间神经元的抑制作用,这种作用是通过GABA能中间神经元突触后GABAB受体实现的。而Morphine恰巧能去除这种抑制性,结果是间接地导致突触前谷氨酸释放增加。

图1. 通过Ih电流和TH染色鉴定VTA-DA神经元。


图2.
Morphine对VTA-DA神经元自发性发放及其兴奋性的改变是通过作用于突触后的谷氨酸受体产生的。

图3.Morphine促进VTA-DA神经元突触前的谷氨酸释放。


图4.Morphine不对突触前末梢产生直接作用而是间接增强VTA-DA神经元突触前谷氨酸释放。


图5. 激活GABA神经元可显著抑制VTA-DA神经元突触前谷氨酸释放。


图6. GABAB受体介导了GABA对突触前谷氨酸释放的抑制作用。


图7. GABAB受体在VTA-DA神经元突触前表达的验证。


图8. 阻断GABAB受体可增加突触前谷氨酸的释放。


图9. 抑制GABA能神经元对Morphine作用的影响。


图10. Morphine对GABAB受体拮抗剂增强神经元电流发放作用的影响。


图11. VTA注射GABAB受体拮抗剂对大鼠运动活力实验的影响。


图12. VTA注射GABAB受体拮抗剂对大鼠位置偏爱实验的影响。

 

上述研究结果提示Morphine可能通过改变神经元的活性从而影响脑功能,这在揭示Morphine成瘾机制方面具有极高的学术参考价值,为如何有效干预药物成瘾提供了新策略。

 

此外值得关注的是,采用转基因动物结合光遗传学病毒载体工具的方法阐明药物作用的神经环路机制已成为目前神经环路研究中非常前沿的重要策略。即用Cre-loxP系统进行基因表达实验,可以将病毒(包含荧光蛋白、光遗传通道蛋白、化学遗传学蛋白等)注射进入Cre转基因小鼠里面,在组织特异性启动子的驱动下,使得蛋白特异性表达在某类神经元里。如中科院上海生命科学研究院神经科学研究所李澄宇研究组2014年在《科学》杂志发表了题为《内侧前额叶在“延迟期间”的电活动对工作记忆任务学习的贡献》的科研论文,其中在活体动物脑内也用到了“光遗传学”这项较新的技术;2015年,中科院上海生命科学研究院神经科学研究所姚海珊研究组通过光遗传技术操纵视皮层的特定类型抑制性神经元,发现PV阳性的抑制性神经元在调控皮层反应可靠性中有重要作用,该文被《自然通讯》杂志收录。此外,科学家们正逐渐将这项技术扩展至其他领域,用于研究肿瘤、心脏、血液等疾病的发生发展从而进行相关疾病的防治。请密切关注和元后续的相关报道。

 

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