EMBO Reports︱南京中医药大学关晓伟/范宇团队揭示可卡因成瘾易感性的DUSP1机制

本文由“逻辑神经科学”授权转载

撰文︱范宇

责编︱王思珍，方以一

流行病学数据表明，吸毒人员低龄化特征日益显著，其中，青少年吸毒者占比超过50%。青春期是神经系统发育和成熟的关键时期，青春期暴露于可卡因（Adolescent cocaine exposure，ACE）显著增加成年后吸毒风险，但相关的生物机制尚不清楚。内侧前额叶皮质（medial prefrontal cortex，mPFC）整合并调控皮层和皮层下结构的功能，在认知、奖赏、情绪、动机和社交中起着至关重要的作用，在青春期处于发育的快速期，也是毒品毒性作用的关键脑区。  

近日，南京中医药大学关晓伟/范宇团队在《EMBO Reports》上发表了题为“mPFC DUSP1 mediates adolescent cocaine exposure-induced higher sensitivity to drug in adulthood”的研究论文，报道了青春期接触可卡因的成年小鼠毒品易感性增强的mPFC分子机制，为预测具有青春期毒品滥用史人群的成瘾风险的潜在生物标志物和干预药理靶标提供了基础研究数据。

1. ACE成年小鼠可卡因易感性增加，伴随mPFC脑区中CaMKII神经元活化增加

首先，作者构建ACE雄性小鼠模型（图1A），通过条件性位置偏爱（Conditioned place preference，CPP）行为范式发现ACE可以增强小鼠成年后对阈下剂量可卡因的易感行为，表现为ACE成年小鼠CPP获得成功（图1B）；与ASE成年小鼠相比，ACE成年小鼠的ΔCPP score显著增加（图1C-E）。采用c-fos（神经元活化标志物）与NeuN（成熟神经元标志物）免疫荧光染色方法，发现mPFC脑区神经元活性显著增加（图2A），主要集中在Cg1和PrL亚区，并且与CPP行为具有正相关性（图2B）。采用光纤记录CaMKII（谷氨酸神经元标志物）神经元的钙信号，发现ACE成年小鼠从非伴药箱进入伴药箱过程中钙信号显著增加。这些结果提示ACE增强小鼠成年期对可卡因的易感性，伴随mPFC脑区CaMKII神经元活性增加。

图1 ACE增强小鼠成年期对可卡因的易感行为

图2 阈下剂量 的可卡因可触发成年期ACE小 鼠mPFC CaMKII阳性神经元。

2. ACE成年小鼠mPFC脑区CaMKII神经元上的DUSP1水平降低

作者采用RNA-seq方法对ACE成年小鼠mPFC转录组进行表征，通过差异火山图（图3A）和PPI分析（图3B）筛选出潜在靶标分子DUSP1及MAPK信号通路。验证发现，ACE成年小鼠未接受阈下剂量可卡因刺激时，DUSP1的转录水平、蛋白水平和酶活性均无变化（图3C-E）；而接受阈下剂量可卡因（sdC）刺激后，DUSP1的转录水平升高（图3F），蛋白水平和酶活性均显著降低（图3G-H），进一步发现mPFC中CaMKII神经元中DUSP1平均荧光强度显著降低（图3I）及其下游分子ERK1/2磷酸化水平显著增加（图3J）。这些结果提示sdC可引起 ACE小鼠成年mPFC脑区CaMKII神经元DUSP1（DUSP1CaMKII）核酸与蛋白的反向变化。

图3 ACE成年小鼠mPFC脑区CaMKII神经元的DUSP1蛋白水平降低及其下游分子ERK1/2磷酸化表达水平显著增加

3. mPFC过表达DUSP1CaMKII显著降低ACE成年小鼠可卡因易感性

为了进一步靶向调节DUSP1，作者通过立体定位注射病毒的方式，特异性过表达mPFC中CaMKII神经元DUSP1，qPCR、WB和ELISA验证病毒有效性（图4A-D）。发现，过表达DUSP1有效降低ACE成年小鼠对阈下剂量可卡因的易感性，表现为与Pre-test相比，ACE-OE组成年小鼠CPP Test无差异；ΔCPP score与ACE-Ctrl组成年小鼠相比无差异（图4E-H）。同时，过表达DUSP1有效降低ACE成年小鼠CaMKII神经元的活性（图4I）及其下游分子ERK1/2磷酸化表达水平（图4J）。这些结果提示过表达mPFC中CaMKII神经元DUSP1可缓解ACE成年小鼠可卡因易感性。

图4 过表达mPFC脑区中DUSP1CaMKII有效降低ACE成年小鼠可卡因易感性，伴随CaMKII神经元活性及其下游ERK1/2的磷酸化表达水平降低

4. 敲低mPFC脑区中DUSP1 CaMKII 可加剧ACE成年小鼠可卡因易感性

最后，作者特异性敲低mPFC中CaMKII神经元DUSP1， qPCR、WB和ELISA验证病毒有效性（图5A-D）。发现，特异性敲低DUSP1增强ACE成年小鼠对阈下剂量可卡因的易感性，表现为与Pre-tets相比，ACE-KD组成年小鼠CPP Test显著增加且幅度比ACE-Ctrl组更高；与ACE-Ctrl组相比，ΔCPP score显著增加（图5E-H）。同时，特异性敲低DUSP1增加ACE成年小鼠CaMKII神经元的活性（图4I）及其下游分子ERK1/2磷酸化表达水平（图5J）。这些结果提示敲低mPFC中CaMKII神经元DUSP1增强ACE成年小鼠可卡因易感性。

图5 敲低mPFC脑区中DUSP 1CaMKII 可增强ACE成年小鼠可卡因易感性，伴随CaMKII神经元活性及其下游ERK1/2的 磷酸化表达水平升高

图6 全文总结图

文章结论与讨论，启发与展望  

本研究表明，青春期暴露于可卡因（ACE）可增加成年期对毒品的易感性，与mPFC脑区谷氨酸能神经元异常活化密切相关，其上的 DUSP1-ERK信号路径是调控mPFC过度活化的关键分子，因此，mPFC脑区DUSP1可作为预测具有青春期毒品滥用史人群的成瘾风险的潜在生物标志物和干预药理靶标。后期，基于这些研究结果，将进一步探究DUSP1CaMKII增强可卡因易感性的mPFCCaMKII环路靶标机制。

免责声明：

文中所涉及药物使用、疾病诊疗等内容仅供医学专业人士参考。

—END—

编辑：Michel.米萱

校对：MiLu.米鹭