成癮行為消退性學習的研究進展

劉文濤，王維勝，何 玲，劉景根

(1.中國藥科大學藥理學教研室，江蘇南京 210009;2.中科院上海藥物研究所新藥研究國家重點實驗室上海 201203)

醫學上藥物成癮(drug addiction)被認為是一種反復發作的慢性腦部疾病，由于用藥后行為和神經可塑性發生變化，導致腦內形成異常記憶，使成癮者對藥物相關的信號異常敏感，盡管深知成癮藥品的危害，也會強迫性地做出用藥的決定;最終，覓求和吸食藥物會變成一種異常的習慣化的學習過程。即使患者短期戒斷，但只要存在誘發因素，患者就容易發生復吸(relapse)。當成癮者在面對相關線索或場景，如:藥物、用藥工具、正在用藥的人或曾經用藥的場地時，不僅會產生繼續用藥的主觀訴求，而且還會表現出焦慮、煩躁和興奮等生理狀態的變化。在評價促使復吸的因素時，成癮者多認為藥物或戒斷相關性線索是導致復吸的主要原因，弄清如何阻止相關線索誘導成癮者復吸成為成癮領域研究的主要目標。研究發現:當受試動物再次暴露于藥物相關環境中時，而不給予相應的藥物刺激，受試動物的戒斷時間會明顯增加(即消退現象)［1］。因此，對消退學習的研究成為成癮領域研究的熱點。

1 成癮行為是聯想性學習過程

由藥物或戒斷相關線索誘發的渴求和復吸是屬于條件反應(CRs)的一種，是通過巴甫洛夫條件反射所形成的;在成癮患者長期吸毒過程中，這些線索已經逐漸變成強迫性藥物使用信號。Thompson等［2］在1965的研究中就發現，與成癮相關的其它眾多因素相比較，藥物或戒斷相關線索更易引起覓藥行為的復吸，提示成癮過程中這些線索參與成癮這種聯想性記憶的形成。

藥物或戒斷相關線索可通過多種機制誘導條件反射進而調節動物行為;藥物或戒斷相關的線索可以被視為巴甫洛夫條件反射中的條件性刺激(CS)，而被看作偶然事件的一部分，當 CS出現的時候就預示著會出現非條件性刺激(US)，即被給予藥物或產生急性戒斷癥狀。藥物或戒斷相關線索引起的條件反射，屬于巴甫洛夫條件反射，可以通過消退訓練減輕這種反射。當受試動物通過消退性學習后，成癮動物的戒斷時間可以被明顯延長(如自身給藥)或戒斷反應減弱(如條件位置厭惡)。越來越多的神經科學研究小組開始探討與藥物或戒斷相關線索的消退行為，旨在弄清這些消退行為的行為學和神經生物學機制。

2 消退學習的行為學特征

消退學習是多次重復暴露于條件性刺激且缺少先前條件配對時所包括的US，這種暴露訓練(消退訓練)結果表現為條件反射強度或頻率的下降(消退)。目前對于消退訓練成績的評價主要包括兩種方式:消退訓練期間評價(withinsession extinction)主要是指伴隨消退訓練而進行的測試所發現的消退現象;消退訓練后期評價(extinction retention)主要是指在完成消退訓練后(至少24 h以后)在某一時間點評價消退學習的記憶。

在條件位置模型中可以通過兩種訓練方式進行消退訓練:①反復多次測試，讓動物自由探索條件位置模型的裝置;②將動物限制于先前進行條件配對的盒內，但不再給予藥物或誘導戒斷，隨后通過讓動物自由探索裝置而評價消退訓練。當消退發生后動物不再偏愛或厭惡之前條件性配對的那一側盒;也就是動物對兩側盒的喜愛程度基本恢復到條件配對前水平。

消退學習并不是由于遺忘或從腦中抹掉了已形成的條件性記憶;在大多數巴甫洛夫條件反射模型中，形成的條件反射記憶是長效且不易遺忘的，若受試動物不暴露于缺少US的環境中，則條件反射(CR)不會消失。另一方面，消退性記憶亦是非常脆弱的，在某些條件狀態下，CR很容易再次出現;比如當動物在場景Ⅰ中進行條件化訓練，在場景Ⅱ中進行消退訓練，而當已在場景Ⅱ中出現消退現象的動物再次回到場景Ⅰ進行測試，發現CR的表達水平恢復到之前的水平，這被稱之為重現效應(renewal)。同樣，進行消退訓練后CR表達明顯減少的大鼠，放置一段時間再進行行為檢測，發現CR又會恢復到消退訓練前的水平，這被稱為自發恢復(spontaneous recovery)。這些現象均表明消退學習并未損傷原先已形成的記憶，而是形成了一種新的抑制性記憶，并且這種記憶是具有時間和環境依賴性［3］。

3 與成癮行為消退性學習相關的核團

目前，對于藥物或戒斷相關線索消退現象的神經生物學機制了解很少;不僅進行系統研究的論文很少，事實上，一些相關的發現還是在進行其它方面研究時偶然觀察到的。且到目前為止，沒有任何具有指導性的理論框架去組織這些不連續的文獻資料，因此這些資料也難以形成完整結構的理論機制，當然也無法將這些理論應用于臨床治療。但是，仍然具有一些可以應用的來自于其它類型研究的相關資料。對于相同類型的巴甫洛夫條件反射模型——恐懼記憶消退現象的研究已經進行了很多年，對于這種學習所涉及的神經環路、神經藥理學和分子機制都已經獲得了大量文獻資料。恐懼記憶消退學習過程涉及的核心環路思想:腹內側前額皮層抑制由邊緣結構(特別是杏仁核)所觸發的條件性恐懼反應。大量數據表明，其他類型巴甫洛夫條件反射和操作式反應消退學習同樣包含這樣的基本過程。

3.1杏仁核基底旁側核在成癮行為消退性學習中的功能杏仁核(amygdala)主要包括核基底旁側核(basolateral nucleus of the amygdala，BLA)、中央核(central nucleus of amygdala，CeA)和ITC區(intercalated cell masses)。使用即刻早期基因Fos作為實驗研究中神經活性標記物，表明參與成癮形為獲得和鞏固過程的眾多核團也參與了消退性學習。當動物暴露于藥物相關線索或場景(消退環境)時，BLA部位的Fos蛋白的表達明顯高于將動物暴露于非消退環境的對照組;更多研究表明消退學習中BLA的可塑性變化是十分重要的。在自身給藥模型中，獲得可卡因覓藥行為的大鼠，被用興奮性方式毀損BLA核團后，在行為測試階段就需要花費更多的時間停止壓桿行為(在這個實驗中，測試階段可卡因泵出與壓桿次數是不成比例的，在獲取階段此兩者是成比例的，而藥物相關線索的出現是不連續的);相同模型中，在每次行為測試結束之后，立即在BLA核團注射電壓門控鈉通道阻斷劑河豚毒素(TTX)抑制 BLA的活性也可以獲得類似結果［4］;這些資料均表明干擾 BLA功能，會損害自身給藥的消退學習能力。另一實驗顯示，在獲得可卡因條件性位置偏愛(condition place preference，CPP)后，興奮性毀損BLA核團可阻止CPP的消退行為［5］。最后，在強制性將動物限制于安非他明配對的環境之后，立即在BLA核團定位注射葡萄糖或膽堿能受體激動劑氧化震顫素可明顯促進CPP的消退性學習。

3.2內側前額皮層的下邊緣區在成癮行為消退學習中的功能內側前額皮層(medial prefrontal cortex，mPFC)主要分為兩個區域:緣前區(prelimbic cortex，PrL)和下緣區(infralimbic cortex，IL)。目前，僅有少量行為學研究揭示內側前額皮層在藥物線索消退行為中所起到的作用。在其中一個研究中，在將動物強制性限制于安非他明配對環境之前，IL核團定位注射麻醉劑布比卡因，明顯阻斷安非他明誘導的CPP消退行為［6］;同樣在消退訓練之前，IL核團注射NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)受體拮抗劑 AP-5也能獲得類似的效果［6］。另一研究表明興奮性毀損mPFC核團，對于可卡因CPP行為的獲取和消退學習均不產生任何影響［7］;但在此研究工作中，損毀區域主要集中在PrL區，這個區域被提示并不是條件性恐懼記憶消退性學習所必須的。借用Fos蛋白表達作為神經元活性的標記物，Zavala等［8］發現靜脈自身給藥消退性訓練明顯增加前額皮層(mPFC)的PrL和IL的Fos蛋白的表達;同一研究小組獲得了類似的行為學實驗結果，但其實驗中并沒有檢測PrL和IL的蛋白表達情況。

4 成癮行為消退性學習涉及的谷氨酸受體

4.1 NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)受體NMDA 受體是一種特殊的離子型通道蛋白，具有獨特的門控方式，即電壓化學門控方式;NMDA受體是學習記憶的關鍵物質基礎，其電壓依賴性是由離子通道內部的Mg2+阻滯作用決定的。

NMDA受體拮抗劑明顯阻礙藥物或戒斷相關線索誘導的消退學習;如上所述，在mPFC注射AP5使得安非他明誘導的 CPP行為的消退學習能力受損［6］。在自身給藥模型行為測試階段，每次行為測試后立即在 BLA核團注射AP5，可以使線索誘導的覓藥行為的持續時間更久;這可能是由于在反復接觸覓藥環境時大鼠的消退學習被阻止所引起［9］。在消退訓練前，腹腔給予NMDA受體拮抗劑MK-801可以阻止代謝性谷氨酸受體調質CDPPB對可卡因條件位置偏愛消退學習的促進作用［10］。相反，D-環絲氨酸(DCS，NMDA 受體激動劑)可促進藥物或戒斷相關線索的消退學習;在反復的位置偏愛測試之后或之前即刻腹腔給予 DCS可明顯促進可卡因CPP的消退性學習，或者在重復測試后立即在 BLA給予 DCS也能明顯促進消退學習［11］。同樣，在納洛酮誘導的條件位置厭惡模型(condition place aversion，CPA)中，急性戒斷性配對訓練后的大鼠，被再次限制于配對環境之前，腹腔給予DCS可明顯促進其消退行為的產生［12］。

4.2AMPA(α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異口惡唑丙酸)受體AMPA受體在腦內普遍存在，屬于離子通道型受體，介導著突觸信號的快速傳遞。AMPA受體是四聚體，由特定的4個谷氨酸受體亞基(GluR1-4)組成，這4個亞基是以二聚體形式存在的。AMPA受體不僅參與基本的突觸傳遞，同時也在行為訓練所引起的突觸可塑性改變中發揮重要作用。

在恐懼記憶(fear conditioning)的研究中發現，恐懼記憶的獲得是與BLA細胞表面AMPA受體的GluR1和GluR2亞基表達增加有關的。在大鼠條件化訓練后1 h進行消退訓練(extinction training)，發現GluR1和 GluR2亞基在細胞膜上的GluR1和GluR2受體減少，而細胞質的GluR1和GluR2受體增加，即AMPA受體內吞。結合這些生化方面的發現，Lin等［13］對獲得恐懼記憶的大鼠BLA神經元進行全細胞膜片記錄發現:AMPA/NMDA比率是增加的;并且這樣的變化可以被微注射DCS所逆轉，進一步提示這些變化是由于細胞膜上NMDA受體依賴AMPA受體發生的內吞所造成。

對研究藥物成癮和戒斷為線索誘導的消退在AMPA受體上的報道目前還不是很多，目前資料主要集中于對Narp蛋白的研究，Narp是結合于AMPA受體后發揮作用，負責AMPA受體在突觸的轉運和聚集。目前的研究都是在條件位置模型中進行，主要發現［14－15］:在嗎啡誘導的 CPP模型中Narp敲除小鼠的消退學習能力明顯降低;而在納絡酮誘導的CPA行為中Narp敲除小鼠的消退學習能力卻明顯增加。對于這樣的發現目前還很難解釋，一方面因為基因敲除具有一定的局限性，另一方面目前對于這兩種行為消退學習的神經生物學機制還知之甚少。但是，至少這些數據預示著AMPA受體在藥物和戒斷為線索的消退學習中起著非常重要的作用。

5 表觀遺傳在成癮行為消退性學習中的作用

表觀遺傳逐漸成為學習記憶分子機制研究的重點，而受到越來越多神經科學家的關注;其中一個主要的原因是因為染色體的修飾與轉錄調節具有十分密切的關系。染色體的修飾主要包括組蛋白的修飾與DNA甲基化，其中乙酰化是組蛋白修飾最重要的修飾方式，發生在N端保守的賴氨酸殘基上，組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰化轉移酶(HATs)和組蛋白去乙酰化酶(HDACs)協調催化完成，是一個由HATs和HDACs調控的動力學上可逆的過程，它可調節轉錄:HATs催化組蛋白尾部賴氨酸殘基的乙酰化將導致局部DNA與組蛋白八聚體解開纏繞，從而使各種轉錄因子與DNA特異序列結合，促使轉錄發生;而HDACs降低組蛋白的乙酰化水平，使染色質緊縮，限制了轉錄因子與DNA結合，抑制轉錄的發生。

cAMP效應元件結合因子(CREB)以及其共同激活物如(CREB結合蛋白CBP)在學習記憶領域都有重要的作用，CBP是長時程突觸可塑性和長期記憶時進行基因轉錄所必需，最近的研究表明CBP具有組蛋白乙酰轉移酶(HATs)的功能［16］。同時組蛋白去乙酰化酶(HDACs)也被證明對于突觸可塑性和記憶是十分重要的。普遍來說，如果HAT的功能受損，組蛋白乙酰化水平下降，就會導致突觸可塑性和長期記憶受損;若乙酰化水平升高(通過使用去乙酰化酶抑制劑)，就可以提高突觸可塑性和增強長期記憶。

消退作為一種學習記憶過程，其學習記憶牽涉到組蛋白修飾的基因轉錄和表達過程，這個過程可以被藥物如去乙酰化酶抑制劑所改變。Bredy等［17］不僅發現多種 HDACs抑制劑可以提高動物恐懼消退成績，而且證明經過消退訓練后特定基因啟動子部位的組蛋白發生乙酰化修飾。在成癮性相關的記憶中，Malvaez等［18］首次發現給予小鼠 HDACs抑制劑后，進行可卡因條件位置偏愛訓練小鼠的消退學習能力明顯提高;而且消退訓練后給予藥物丁酸鈉(HDACs抑制劑)不僅明顯減低小鼠的偏愛行為，并且之前已經形成條件位置偏愛小鼠的藥物尋求行為的重建也被明顯減輕。這些結果顯示HDACs抑制劑不僅提高了消退的效率，更加強了消退學習的的持久性，明顯延長藥物的戒斷時間。

消退學習被認為是保全原有記憶而發生的新的學習記憶;HDACs抑制劑促進記憶鞏固階段的基因表達，因此HDACs抑制劑可能是通過促進消退訓練中形成的新的聯想性學習記憶的鞏固，發揮其促進消退的作用。研究者還發現HDACs抑制劑促進場景性恐懼記憶和藥物尋求行為的消退性學習，使得我們猜想的內在機制(即通過染色體修飾調節基因表達進而改變神經元功能和最終引起行為學改變)的證據變得更多。但是，HDACs抑制劑增強消退學習的具體機制還不是十分的明確，所用的HDACs抑制劑也都是非特異性的，仍需要大量的工作來研究特定的HDAC(如HDACⅠ、HDACⅡ等)在消退學習中的具體作用。

6 藥物和戒斷相關線索消退學習的臨床研究

如上闡述，對恐懼記憶的基礎研究得到的結論已經開始影響臨床治療。比如，神經影像研究發現當患者暴露于與創傷相關線索時，患者杏仁核核團過度激活，而前額皮層活動減低［19］;以上結論連同動物實驗數據，意味著前額皮層-杏仁核抑制環路的功能失調，導致損傷后應激能力失調(post traumatic stress disorder，PTSD)患者恐懼記憶的消退學習能力減弱［20－21］。對于頑固和虛弱的PTSD患者，為了恢復其腦部功能，有學者提出用深部腦刺激對前額皮層-杏仁核的失衡進行糾正。另一臨床上應用于癥狀相對較輕患者的治療策略是提高NMDA受體功能;D-環絲氨酸(DCS，FDA批準用于治療結核病)被用于恐怖癥、社交焦慮障礙和強迫癥臨床治療，取得效果類似于動物模型恐懼記憶的消退學習;對于一些臨床癥狀不明顯的患者，DCS并沒有獲得很好的治療效果;但此藥物使用是從實驗室到臨床的典型代表。

類似臨床見解和研究進展主要來自于對藥物線索消退學習的深入研究。例如，成癮者在神經心理測試中表現很差，這種測試主要反映前額皮層功能;在某些病例中成癮者的表現類似于前額皮層受損的患者［22］;在進行這些神經心理測試時，前額皮層功能明顯減弱或發生變化。此外，成癮患者大多表現為前額皮層體積和灰質密度降低。這些結果可以用于解釋為何藥物線索的暴露治療往往取得效果并不明顯;也許，比迄今所嘗試更深入的強化治療，才能夠補償成癮者有限前額皮層功能。在談話療法中，有選擇性的結合藥物線索暴露療法和增強前額皮層功能的技術手段(如行為抑制和欲望滿足度延緩)，這樣的治療方法可能有效。

在暴露療法中，使用D-環絲氨酸是另一種潛在的非常有用的治療方式;在動物模型藥物和戒斷相關線索消退學習以及臨床PTSD患者線索暴露療法中，D-環絲氨酸所表現出的效能，使得研究者對于D-環絲氨酸在成癮患者暴露療法中作為輔助手段所能起到的作用充滿期待;研究顯示，D-環絲氨酸可能是通過促進成癮者消退學習以補償成癮者的消退缺陷，進而改善治療進程。這些重要發現為未來臨床研究提供了重要的理論基礎。

7 展望

盡管藥物和戒斷相關因素的消退學習研究已取得一定進步，但仍有大量的研究工作需要完成。這些工作應主要圍繞弄清消退學習涉及的神經核團和環路，以及消退學習所涉及突觸可塑性的內在機制進行展開。

比如，對于mPFC核團是否參與條件性渴求或條件性戒斷的消退性學習仍不是十分清楚;依據已有實驗證據表明內側前額皮層區在恐懼記憶和覓藥行為中具有類似的作用［23］，以此可以推斷出一個事實:前額皮層緣前區(PrL)和下邊緣區(IL)在恐懼記憶學習中起著互相補充的作用，如PrL主要在恐懼記憶的表達中發揮作用，而IL抑制恐懼記憶的表達［24］;將來的工作應優先研究前額皮層的各亞區域的特定功能及在各種行為中發揮的作用。杏仁核被認為是消退學習中前額皮層發揮作用的潛在下游靶點，其中主要認為核團BLA是條件性渴求和戒斷反應的行為表達及在相對應的消退行為中發揮重要作用。另外，需要進一步研究除杏仁核和前額皮層之外，還有哪些核團對藥物線索誘導消退學習產生作用，以及進一步闡明這些核團之間存在的相互作用。

8 結語

隨著對成癮行為的消退性學習的深入研究，將為進一步了解成癮機制以及尋找成癮治療的分子靶點提供一定的思路;同時必然將為未來臨床治療成癮提供更加堅實的理論支持與指導，為最終解決成癮這一難題提供幫助。

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