DRD2 TaqIA不同基因型海洛因成癮者抑制性控制網絡的fMRI研究

李小懷，朱國平，蔡關科，敬甲兵，王帆，劉為，時宏，胡風，王瑋*

作者單位：

1. 空軍軍醫大學唐都醫院核醫學科，西安 710038

2. 浙江大學醫學院附屬第四醫院放射科，義烏 322000

3. 甘肅省慶陽市第一人民醫院放射科，慶陽 745000

海洛因成癮是一種最嚴重的物質使用障礙，是由強烈的生物社會因素造成的慢性腦病[1]，以認知自我控制受損為特征，包括控制毒品沖動或抑制沖動藥物驅動行為的能力受損[2]。缺少抑制控制是成癮行為的主要機制之一，這與多巴胺介導的神經回路有關，功能性磁共振成像研究已證明抑制控制所涉及多個區域，包括前額葉皮層、前扣帶回、輔助運動區和前島葉[3]，特別是右側額下回(inferior frontal gyrus，IFG)對抑制控制發揮重要作用[4]。有學者認為右額下回是動作抑制信號的節點，參與動作反應的暫停及停止過程[5-6]，也同時參與減緩動作反應的過程[7]。反應抑制GO/NOGO任務中發現健康志愿者右IFG顯著激活有關[8]，而成癮者右側IFG功能活動失調被認為是一個顯著特點[9-10]。

成癮形成過程中基因因素起到了60%的作用[11]，大多數與成癮風險有關的基因主要影響物質濫用時個體生物學及新陳代謝過程[12]。多巴胺(dopamine，DA)是重要的神經遞質，當成癮性物質作用于神經系統內源性化學遞質受體，產生下游信號轉導效應，導致伏隔核中DA大量釋放，作用于多巴胺D2受體(dopamine receptor D2，DRD2)，激活獎賞連鎖反應，調節DA釋放量和獎賞位點，最終DA和DA受體結合后完成獎賞效應。DRD2兩個等位基因分別為A1和A2，其等位基因為TaqI A+型(A1/A1和A1/A2，A+)與TaqI A-型(A2/A2，A-)[13]。DRD2 TaqI A多態性通過影響DRD2密度來調節DA效能，影響成癮易感性[14]。

雖然先前的研究表明，抑制控制和刺激驅動注意力的損傷是海洛因成癮的特點，并與右側IFG的激活減弱有關，但目前還不清楚不同基因類型的海洛因成癮者在認知控制期調節右側IFG活動有何差異。因此，本研究探討DRD2 TaqI A不同基因型海洛因成癮者抑制控制網絡的差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集招募海洛因成癮者57例(海洛因組)。納入標準：(1)符合《美國精神疾病診斷與統計手冊》第四版物質成癮診斷標準；(2)除海洛因和尼古丁外，無其他物質成癮史；(3)視力正常或矯正后正常；(4)年齡18～50歲；(5)本人曾無重大精神創傷，無軀體疾病史。排除標準：(1)符合《美國精神疾病診斷與統計手冊》第四版物質成癮診斷標準以外的其他診斷標準；(2)腦部有實質性的病變；(3)磁共振禁忌證。收集海洛因成癮者唾液標本，由美國應用生物系統公司(上海)采用聚合酶鏈反應-限制性酶切片段長度多態性技術，測定DRD2 TaqI A基因多態性，分為A＋型組和A-型組[15-16]。在唐都醫院社區招募年齡、受教育程度、吸煙情況相匹配的健康志愿者46名作為對照組(正常組)。所有受試者均為男性、右利手。本實驗已通過唐都醫院倫理委員會批準，受試者在檢查前均被告知研究目的與內容，并自愿簽署知情同意書。

1.2 沖動測評

本研究采用周亮等人修訂的Barratt沖動性量表第十一版中文版(Barratt Impulsivity Scale，BIS-11)評估受試者的沖動性特征，共26個條目，采用1～4分四級評分法[17]。該量表分3個維度：注意力沖動、運動沖動、無計劃沖動。量表的統計量為總分和各維度得分，得分越高說明沖動性越高。本量表具有較高的內部一致性信度，為測量沖動性的通用量表之一[18-19]。主試者由接受臨床心理學專業培訓的人員擔任，當場檢查、收回問卷。

1.3 磁共振數據采集

受試者在磁共振掃描前8h禁止飲茶、咖啡、酒以及服用任何藥物。使用GE Signa Excite HD 3.0 MRI設備，8通道頭線圈進行數據采集。掃描過程中受試者戴耳塞，處于靜息狀態(即睜眼，保持安靜，不接受外界刺激、盡量不思考)。在正式數據采集之前，進行1 min模擬掃描，以適應環境。對受試者依次采集T2WI、靜息態功能像、高分辨率T1WI。功能像采用梯度回波回波平面成像序列(echo planar imaging，EPI)，參數如下：重復時間(TR) 2000 ms，回波時間(TE) 30 ms，反轉角(FA) 90°，激勵次數(NEX) 1，視野(FOV) 256 mm×256 mm，矩陣(matrix) 64×64，層厚4 mm，層間隔0 mm，共32層，150個時間點。3D高分辨率結構像數據采集采用快速擾相梯度回波序列，參數：TR 8 ms，TE 3.0 ms，FOV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，空間分辨率1 mm×1 mm×1 mm，共166層。結構像由2名經驗豐富的主治醫師進行審閱，以排除腦實質存在器質性病變的受試者。

1.4 數據處理

1.4.1 預處理

基于matlab(https://ww2.mathworks.cn/)平臺利用dpabi 2.3[20]及SPM12 (https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件對靜息態影像數據進行預處理，包括格式轉化、時間校正、頭動校正、分割、回歸協變量(24個頭動方向、腦脊液信號、白質信號)、空間標準化、高斯平滑(FWHM=6 mm)、去線性漂移、濾波(0.01～0.1 Hz)。頭動在各個方向(x、y、z)的平動小于1.5 mm，轉動小于1°。三組受試者均無因頭動排除。

1.4.2 功能連接

對預處理后的靜息態數據進行基于感興趣區(regions of interesting，ROI)的功能連接分析。參考先前的研究[3，10，21-22]，選取AAL模板中右側額下回為種子點，提取其內平均時間序列，采用Pearson相關性分析該種子時間序列和全腦每個體素時間序列系數的相關程度，對r值進行Fisher z轉換，將相關系數進行正態性變換，所獲得的腦激活為腦區兩點間的連接強度。

表1 行為學數據對比表(±s)Tab. 1 Behavioral data comparison table (±s)

注：(1) t1，P1為正常組與海洛因組兩組獨立樣本t檢驗的t值與P值，兩組間在教育時間指標間差異有統計學意義；(2) t2，P2為A+型與A-型兩組獨立樣本t檢驗的t值與P值，兩組在各個指標差異均無顯著性差異，P＞0.05

項目 正常組(46名)海洛因組 t1/t2 P1/P2 A+型組(35例) A-型組(22例)年齡(歲) 34.30±8.01 35.97±7.51 36.41±8.91 -1.15/-0.12 0.25/0.84教育時間(年) 10.28±2.18 9.34±1.78 9.05±3.06 2.34/0.46 0.02/0.65吸煙時間(年) 15.61±7.23 17.97±5.42 19.22±6.25 -1.98/-0.81 0.07/0.43每日0.25/0.13每日海洛因吸煙量(支) 16.96±9.69 20.71±9.42 16.68±9.65 -1.15/1.56—/0.41海洛因食用用量(克) — 0.43±0.5 0.33±0.24 —/0.84—/0.53時間(月) — 85.93±78.83 72.72±71.27 —/0.63

表2 組間抑制沖動評分比較Tab. 2 Comparison of inhibition scores between groups

表3 海洛因組與正常組功能連接差異的腦區Tab. 3 Brain regions with differences in functional connectivity between the heroin group and the normal group

表4 A+型組與A-型組功能連接差異的腦區Tab. 4 Brain regions with different functional connections between A+ group and A- group

1.5 統計

1.5.1人口及心理學資料

應用SPSS 20.0統計分析軟件對海洛因組與正常組、A+型基因組與A-型基因組的人口學(年齡、教育、每日吸煙量及吸煙時間、每日海洛因用量及海洛因食用時間)、心理學沖動性量表(沖動總分、注意力沖動分、運動沖動分、無計劃沖動分)的計量資料進行描述性統計，以表示，并對上述指標進行兩獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

1.5.2 影像學資料

應用dpabi 2.3[20]中統計模塊(Statistical Analysis)對影像結果進行分析。對海洛因組與正常組，A+型基因組與A-型基因組進行非參數置換檢驗，重復置換5000次，P＜0.05，TFCE校正[23-24]。應用dpabi 2.3[20]中視圖模塊(Viewer)及XjView (http://www.alivelearn.net/xjview)呈現影像結果。

1.6 相關性分析

對兩組間顯著性差異腦區進一步探討。選取腦區差異峰值坐標為球心，6 mm為半徑，提取A+型與A-型海洛因成癮者腦信號強度值，與抑制沖動評分、吸食海洛因情況做相關分析。

2 結果

2.1 一般人口學資料

正常組與海洛因組在教育時間間差異有統計學意義，在后續的功能連接分析中將作為協變量進行控制。A+型組與A-型組在各指標均無顯著差異(表1)。

2.2 沖動性評分

圖1 海洛因成癮組與正常組右側額下回功能連接差異的腦區。非參數置換檢驗，P＜0.05，TFCE校正。紅色表示海洛因組＞正常組，藍色表示海洛因組＜正常組 圖2 A+型組與A-型組右側額下回功能連接差異的腦區。非參數置換檢驗，P＜0.05，TFCE校正Fig. 1 Brain regions with different functional connections between heroin group and normal group. Nonparametric replacement test, P＜0.05, TFCE correction. Red indicates heroin group ＞ normal group, blue indicates heroin group ＜ normal group. Fig. 2 Brain regions with different functional connections between A+ group and A- group. Nonparametric replacement test, P＜0.05, TFCE correction.

海洛因組與正常組在沖動總分、行為沖動、無計劃沖動三指標間差異有統計學意義。A+型組與A-型組 在各個指標差異均無顯著性差異(表2)。

2.3 腦功能連接

控制教育時間，與正常組相比，海洛因成癮組右側額下回功能連接增強區域為雙側楔前葉、舌回、距狀回、丘腦和右側后扣帶，功能連接降低區域為雙側頂葉、中扣帶(圖1；表3)。

與A-型組相比，A+型組右側額下回功能連接增強區域位于雙側小腦及右側梭狀回，功能連接降低區域為雙側前扣帶、內側前額葉及左側島葉、顳中回(圖2；表4)。

2.4 相關性

A+型組與A-型組差異腦區與沖動抑制評分、吸食海洛因情況均無相關性(P＞0.05)。

3 討論

本研究利用基因技術對海洛因成癮者DRD2 TaqIA基因進行分類，結合心理學與功能磁共振技術，探討其調節抑制性控制過程中腦區的差異，結果顯示，海洛因成癮者心理沖動性更高；其右側額下回與后默認網絡連接增強，與感覺運動網絡連接降低；且A+型海洛因成癮者大腦調節抑制功能腦區(島葉、內側前額葉)和監測抑制功能腦區(前扣帶)均與執行抑制功能腦區(右側額下回)的連接降低。因此，本研究表明，海洛因成癮者A+型在覓藥行為中有更高的沖動行為，可能更易復吸。

3.1 沖動性與抑制性

A+型與A-型成癮者在沖動差異無顯著性，但與正常者相比，具有更高的沖動性，包括行為沖動和無計劃沖動。沖動性是一種易導致不恰當或適應不良行為的傾向，突出表現為行為決策和行為抑制兩個方面[25]。高沖動個體行為決策能力受損，常偏好即時可得的利益，忽視延遲的獎賞，無法抵制欲望和誘惑，做出不利于自己和他人的選擇[26]，同時，高沖動個體控制能力受損，難以對抑制信號做出快速反應，發生不受個體主觀控制的行為，產生非期望的行為后果，如成癮行為或復吸[27]。張東升等[28]通過抑制任務GO/NOGO范式對長期美沙酮維持治療的海洛因成癮者進行研究也發現，其抑制控制功能受損，可能是復吸率較高的原因之一。

右側額下回主要與抑制控制或反應抑制有關[29]，先前的研究也表明右側額下回在反應抑制過程中起著關鍵作用[30]，激活強度與認知控制有直接關聯[10]，評估抑制性控制功能的GO/NOGO任務范式研究中也發現右側額下回激活[31]。在成癮研究中發現，右側額下回的皮層厚度降低[32]，其激活強度也降低[33]。因此，本研究以右側額下回為種子點作全腦功能連接，與正常組相比，海洛因成癮者右側額下回與后扣帶、楔前葉連接增強，與頂下小葉連接降低，與感覺運動網絡連接降低；且A+基因型海洛因成癮者大腦右側額下回與島葉、內側前額葉前扣帶連接降低，與小腦連接增強。

3.2 抑制控制網絡

與正常者相比，海洛因成癮者抑制控制腦區右側額下回到感覺運動網絡的雙側頂葉功能連接降低，表明成癮者對沖動覓藥或吸食的行為抑制能力降低。前扣帶參與自上而下的認知控制，抑制或克服不適反應，對行為進行監測，降低沖突[34]。A+基因型海洛因成癮者抑制性控制腦區右側額下回到前扣帶區域功能連接降低，表明該類成癮者外環境刺激或內環境變化時，前扣帶對信息加工的沖突做出應答，引發右側額下回認知控制的策略調節，抑制優勢反應行為降低，可能無法阻止行為的沖突，導致再次覓藥或復吸行為的可能。島葉中具有較高密度多巴胺受體，在動機、情緒和成癮行為中起著重要作用[35]，在與自我監測和任務刺激間起到調節作用[36]。島葉與前扣帶、腹內側前額葉皮層交互連接，負責對內臟信息或外界的刺激進行整合，對其沖突信息作出反應，決定機體的執行[36]。A+基因海洛因成癮者右側額下回到島葉及腹內側前額功能連接降低，表明，機體探測到突顯刺激，傳遞抑制信號的能力減弱，可能導致認知控制下降。

小腦在以往成癮研究中常被忽視，本研究表明可能在海洛因成癮中也起著一定作用。一方面，小腦參與多項成癮相關的腦功能改變，如運動、情緒記憶、計劃、決策等多項功能[37]。小腦還參與抑制控制過程，并可能是成癮的神經基礎[16]。另一方面，小腦參與成癮過程具有其解剖基礎。小腦與大腦皮層、邊緣系統和基底節間存在廣泛的結構和功能連接，其中來自腹側被蓋區的多巴胺能神經元投射，可能是小腦參與海洛因成癮的物質基礎。對小腦在成癮中的功能還需進一步探討。

3.3 小結

局限性：(1)本研究只研究了右側額下回與全腦功能連接，左側額下回是否存在相同或相似結果，尚需進一步驗證；(2)雖然可以根據實驗結果推斷可以功能連接的方向，但仍需技術方法驗證。

總之，本研究利用基因技術對海洛因成癮者DRD2 TaqIA基因進行分類，結合心理學與功能磁共振技術，探討其調節抑制性控制過程中腦區的差異，結果表明海洛因成癮者心理沖動性較高且抑制控制網絡存在異常；與A-型相比，A+型海洛因成癮者抑制控制能力更差，可能更易覓藥或復吸。

利益沖突：無。