氯胺酮慢性成瘾恒河猴伏隔核、前额叶皮质脑区损伤效应的静息态BOLD-fMRI及多巴胺受体D2、多巴胺转运体表达相关机制的研究

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药物成瘾严重危害着人类健康,是当今世界性的医学难题之一。中脑腹侧被盖区(Ventral tegmental area,VTA)-伏隔核(Nucleus Accumbens,NAc)-前额叶皮质(Prefrontal cortex,PFC)构成的神经环路是药物成瘾的神经解剖学基础,伏隔核和前额叶皮质是这条神经环路的重要脑区。药物成瘾与多巴胺(Dopamine,DA)系统的多巴胺受体、多巴胺转运体有着密不可分的关系。氯胺酮(K粉)作为新型毒品的危害日益严重。大量的医学研究在探索药物成瘾的机制,研究使用非人灵长类动物作为实验动物模型,可以获得与人类相近的实验数据,能为药物成瘾机制的研究提供更为可靠的科学依据。本实验采用非人灵长类动物恒河猴作为实验模型,建立恒河猴氯胺酮慢性成瘾模型,运用行为学、BOLD-fMRI技术及分子生物学三种技术相结合的方法,从整体-组织-细胞分子水平进行研究。研究恒河猴氯胺酮慢性成瘾后与奖赏、认知控制药物成瘾行为相关的伏隔核、前额叶皮质脑区功能活动变化情况,同时检测伏隔核、前额叶皮质脑区多巴胺受体D2(Dopamine Receptor D2,DRD2)和多巴胺转运体( Dopamine Transporter,DAT)的表达情况,进而探讨氯胺酮慢性成瘾可能的功能连接途径及相关神经分子机制,以期为氯胺酮慢性成瘾的临床防治和治疗提供客观的理论依据。本实验共分为三部分进行研究:  第一部分:恒河猴氯胺酮慢性成瘾模型的建立  目的:以剂量递增的给药方法建立恒河猴氯胺酮慢性成瘾模型。  方法:成瘾组恒河猴采用臀部肌肉注射氯胺酮,连续给药10周,对照组恒河猴参照成瘾组注射同等剂量的生理盐水,在造模过程中对成瘾组和对照组恒河猴进行行为学观察和体重检测。  结果:通过比较成瘾组恒河猴造模前后以及成瘾组与对照组恒河猴的行为学改变和体重变化,均有统计学差异。成瘾组恒河猴表现为刻板行为增多、易激惹、倦怠、蜷卧等状态,饮食量显著减少,体重明显下降。  结论:本实验使用剂量递增的给药方法成功建立了恒河猴氯胺酮慢性成瘾模型。氯胺酮慢性成瘾后恒河猴行为学异常和体重下降均符合药物成瘾的特征改变,证明本次实验造模成功。  第二部分:恒河猴伏隔核脑区静息态BOLD-fMRI研究及DRD2,DAT表达的影响  目的:以伏隔核作为静息态功能连接分析的感兴趣区,同时结合伏隔核脑区DRD2和DAT表达情况来揭示氯胺酮慢性成瘾对大脑神经环路的影响。  方法:在造模前后分别对实验恒河猴进行脑静息态BOLD-fMRI扫描,并以伏隔核作为静息态功能连接分析的感兴趣区。造模后的恒河猴进行脑部解剖取伏隔核脑区,HE染色观察恒河猴伏隔核脑区神经元的变化,免疫组化技术、real-time PCR及Western-blot检测恒河猴伏隔核脑区DRD2和DAT的表达情况。  结果:通过恒河猴脑静息态BOLD-fMRI结果显示,氯胺酮慢性成瘾组恒河猴相对于对照组恒河猴的伏隔核全脑功能连接差异脑区中,其中伏隔核与双侧背外侧前额叶、中脑腹侧被盖区、双侧前扣带回、双侧枕叶功能连接减低(受损),而伏隔核与双侧颞叶(梭状回)、双侧顶叶(楔前叶)功能连接增强(强化)。通过组织细胞HE染色显示,伏隔核神经元胞体缩小,部分胞浆皱缩,排列紊乱。通过real-time PCR及Western-blot显示,恒河猴氯胺酮慢性成瘾后在伏隔核中DRD2和DAT表达减低,成瘾组与对照组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。  结论:本实验通过脑静息态BOLD-fMRI表明,伏隔核脑区表现为与认知控制、工作记忆、视觉、注意功能相关的脑区出现功能异常。氯胺酮可直接损伤伏隔核神经细胞,甚至导致神经细胞变性、凋亡。上述结果表明伏隔核脑区中DRD2和DAT的下调可能导致了相关环路脑区功能连接的改变,这可能是氯胺酮慢性成瘾的重要分子机制之一。  第三部分:恒河猴前额叶皮质脑区静息态BOLD-fMRI研究及DRD2,DAT表达的影响  目的:以前额叶皮质作为静息态功能连接分析的感兴趣区以及结合DRD2和DAT的表达,来探索氯胺酮慢性成瘾恒河猴前额叶皮质脑区功能连接网络的变化和相关神经分子机制。方法:在造模前后对实验恒河猴进行脑静息态BOLD-fMRI扫描,解剖恒河猴脑组织取前额叶皮质脑区,HE染色观察恒河猴前额叶皮质脑区神经元的变化,免疫组织化学法、real-time PCR及Western-blot检测恒河猴前额叶皮质脑区DRD2和DAT的表达情况。  结果:通过恒河猴脑静息态BOLD-fMRI结果显示,与对照组相比静息态下氯胺酮慢性成瘾组恒河猴前额叶皮质的全脑功能连接网络发生显著变化,其中前额叶皮质功能连接减低(受损)的脑区包括:双侧眶额叶、背外侧前额叶、前扣带回及小脑;功能连接增强(强化)的脑区包括:双侧海马、顶叶及岛叶。HE染色显示前额叶皮质神经元松散,胞体缩小,胞浆皱缩,形态不规则。通过real-time PCR及Western-blot显示,恒河猴氯胺酮慢性成瘾后在前额叶皮质中DRD2和DAT表达减低,成瘾组与对照组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。  结论:本实验通过脑静息态BOLD-fMRI表明,在前额叶皮质脑区表现为与认知控制、学习记忆、注意功能的脑区出现功能异常。氯胺酮可直接损伤前额叶皮质脑区神经细胞。前额叶皮质脑区中DRD2和DAT的下调和相应脑区神经功能连接的改变,与氯胺酮慢性成瘾的机制有密切关系。  综合三部分实验恒河猴氯胺酮慢性成瘾的行为学改变、脑静息态BOLD-fMRI、HE染色、免疫组织化学法、real-time PCR和Western Blot检测的结果分析,从整体-组织-细胞分子水平进行研究,验证了恒河猴氯胺酮慢性成瘾行为学改变与脑功能变化及分子调控的相互关系。本研究结果提示,伏隔核、前额叶皮质脑区作为氯胺酮慢性成瘾的重要神经解剖结构,参与了成瘾的神经功能调控;伏隔核、前额叶皮质脑区中DRD2和DAT表达的变化是氯胺酮慢性成瘾的重要分子机制,其表达降低可能参与了氯胺酮慢性成瘾的生理病理和行为学改变的过程。
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