Tiềm năng do thuốc gây ra ở các khớp thần kinh kích thích trong VTA

Một nghiên cứu tiên phong của Ungless và các cộng sự vào năm 2001 đã chứng minh rằng chỉ một lần tiếp xúc với cocaine đã gây ra sự tăng cường sức mạnh synap tại các synap kích thích trên các tế bào thần kinh DA vùng VTA khi được đo sau 24 giờ trên các lát cắt não (Ungless và cộng sự, 2001 ). Điều này được đo bằng sự gia tăng tỷ lệ dòng điện hậu synap kích thích (EPSCs) do AMPA điều hòa so với EPSCs do NMDA điều hòa (được gọi là tỷ lệ AMPA/NMDA). Sau đó, LTP được kích thích bằng điện được chứng minh là bị tắc nghẽn tại các synap kích thích VTA ở chuột được điều trị bằng cocaine trong khi LTD lại được tăng cường. Những quan sát này cũng như một số phép đo điện sinh lý khác cho thấy sự thay đổi về tính dẻo dai được quan sát có thể có chung cơ chế với LTP được kích thích bằng synap (Ungless và cộng sự, 2001 ). Sau đó, người ta đã chứng minh rằng việc sử dụng các loại thuốc gây nghiện khác, bao gồm amphetamine, morphine, ethanol, nicotine và benzodiazepine, cũng có thể gây ra sự gia tăng sức mạnh khớp thần kinh trong VTA, một hiệu ứng không thấy ở các loại thuốc hướng thần không có khả năng gây nghiện (Saal et al., 2003 ; Gao et al., 2010 ; Tan et al., 2010 ). Quan sát này cho thấy sự hội tụ của các phản ứng tế bào trong VTA bởi tất cả các loại thuốc gây nghiện và cung cấp một cơ chế thần kinh khả thi mà qua đó các thích nghi thần kinh ban đầu làm nền tảng cho chứng nghiện có thể được kích hoạt.

Tác động của việc sử dụng thuốc không theo điều kiện lên tính dẻo dai của khớp thần kinh VTA chỉ biểu hiện tạm thời, kéo dài ít nhất 5 ngày nhưng không quá 10 ngày và đã được chứng minh là có tương quan tích cực với sự phát triển ban đầu của hiện tượng nhạy cảm hành vi nhưng không liên quan đến sự biểu hiện của nó (Ungless et al., 2001 ; Saal et al., 2003 ; Borgland et al., 2004 ). Nếu cocaine được tự sử dụng thì kết quả lại khác hẳn vì tính dẻo dai ở VTA trở nên dai dẳng và có thể được phát hiện ngay cả sau 90 ngày cai nghiện (Chen et al., 2008 ).

Việc tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh glutamatergic trên các tế bào DA vùng VTA được cho là có liên quan đến khả năng của các loại thuốc gây nghiện trong việc tăng cường DA ngoại bào ở NAc (Di Chiara và Imperato, 1988 ) và có thể đại diện cho sự khởi đầu của quá trình học tập phần thưởng "bệnh lý", trong đó xảy ra sự "ghi nhớ" các liên kết giữa thuốc và tín hiệu. Thật vậy, sự gia tăng sức mạnh khớp thần kinh glutamatergic phụ thuộc vào thụ thể NMDA đã được báo cáo ở các tế bào thần kinh DA vùng VTA trong quá trình hình thành liên kết tín hiệu-phần thưởng (Stuber et al., 2008 ) và gần đây đã được xác nhận rằng cocaine làm tăng chọn lọc tỷ lệ AMPA/NMDA của các tế bào thần kinh VTA chiếu đến NAc thay vì PFC (Lammel et al., 2011 ); người ta đã chứng minh rằng sự truyền dẫn dopamine trong NAc rất quan trọng đối với việc hình thành liên kết Pavlovian (Kelley, 2004 ). Do đó, có thể sự tăng cường hoạt động của các tế bào thần kinh VTA DA đại diện cho mã hóa thần kinh tương tự như LTP, có thể là một quá trình học tập liên kết, có thể rất cần thiết cho các phản ứng hành vi ban đầu do cocaine gây ra và có khả năng kích hoạt các thích nghi dài hạn làm nền tảng cho chứng nghiện, mặc dù nó không đại diện cho chính trạng thái nghiện. Như những người khác đã đề xuất, có thể các loại thuốc gây nghiện lợi dụng mạch phần thưởng của não để "học quá mức" giá trị của thuốc đối với cơ thể (Kauer và Malenka, 2007 ).

Nguồn gốc của các đường dẫn truyền glutamatergic liên quan đến VTA trong quá trình biến đổi thần kinh do thuốc gây ra vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng các synapse glutamatergic của VTA được nhắm mục tiêu bởi các đường dẫn truyền từ cả VTA và nhân cuống cầu não (PPN) đều cho thấy sự tăng cường hoạt động thần kinh từ cocaine, nhưng chỉ các synapse nhận đầu vào từ các sợi thần kinh hướng tâm của PPN mới được tăng cường hoạt động thần kinh bởi Δ9 ^- tetrahydrocannabinol (THC) (Good và Lupica, 2010 ). Do đó, có vẻ như các sợi thần kinh hướng tâm glutamatergic cụ thể tham gia vào quá trình tăng cường hoạt động thần kinh do thuốc gây ra có thể khác nhau tùy thuộc vào loại thuốc được sử dụng, và cũng có thể một đường dẫn truyền cụ thể nào đó là phổ biến cho tất cả các biến đổi thần kinh kích thích do thuốc gây ra ở VTA; điều này vẫn cần được xác định. Vùng VTA nhận được các đường dẫn truyền rộng rãi từ nhiều vùng não khác nhau, bao gồm cả vỏ não trước trán (PFC), hạch hạnh nhân và nhân dưới đồi (Geisler và Wise, 2008 ), nhiều trong số đó đã được chứng minh là ảnh hưởng đến sự phát xung của các tế bào thần kinh DA ở VTA ( Grillner và Mercuri, 2002 ). Các thí nghiệm trong tương lai sử dụng kỹ thuật quang di truyền có thể giúp xác định các đường dẫn truyền cụ thể chịu trách nhiệm cho sự tăng cường do thuốc gây ra tại các khớp thần kinh VTA được quan sát thấy khi phản ứng với các loại thuốc gây nghiện khác nhau, từ đó làm sáng tỏ bản chất chính xác của sự thích nghi thần kinh này.

Các cơ chế tạo ra chất dẻo synap do thuốc gây ra ở khớp thần kinh bị kích thích trong VTA

Tương tự như LTP do kích thích điện ở các tế bào thần kinh DA vùng não giữa, sự gia tăng sức mạnh khớp thần kinh ở VTA do cả cocaine và nicotine gây ra đã được chứng minh là phụ thuộc vào sự hoạt hóa thụ thể NMDA (Bonci và Malenka, 1999 ; Ungless et al., 2001 ; Mao et al., 2011 ). Ngược lại, việc duy trì sự tăng cường do cocaine gây ra gần đây đã được chứng minh là cần hoạt động của protein kinase Mζ (Ho et al., 2012 ), một dạng protein kinase C (PKC) hoạt động tự chủ, trong khi LTP phụ thuộc vào thời điểm xung điện ở các tế bào thần kinh DA VTA của chuột chưa từng dùng thuốc phụ thuộc vào các dạng PKC thông thường (Luu và Malenka, 2008 ). Trong trường hợp nicotine, sự tăng cường dẫn truyền synap VTA đòi hỏi sự kích thích các tế bào thần kinh DA được điều hòa bởi các thụ thể acetylcholine nicotinic α4β2 (nAChRs) ở thân và nhánh tế bào thần kinh (Mao et al., 2011 ). Sự gia tăng giải phóng glutamate tiền synap do nicotine gây ra cũng góp phần vào việc tạo ra tính dẻo dai synap đặc biệt này, có thể thông qua việc tăng cường hoạt hóa các thụ thể NMDA (Mao et al., 2011 ).

Tương đối nhiều người biết đến các cơ chế tạo ra chất dẻo synap gợi lên cocaine so với độ dẻo cơ bản gây ra bởi các loại thuốc lạm dụng khác. Ứng dụng cocaine vào các lát cắt trung gian dẫn đến việc truyền thụ thể NMDA trong vòng vài phút và được đề xuất thông qua việc chèn các NMDAR chứa NR2B vào các khớp thần kinh thông qua cơ chế yêu cầu kích hoạt D₅ thụ thể và tổng hợp protein mới (Schilstrom et al., 2006; Argilli và cộng sự, 2008). Orexin A cũng đã được chứng minh là cần thiết cho cả việc chèn nhanh các thụ thể chứa NR2B do cocaine và tăng tỷ lệ AMPA / NMDA; phù hợp với orexin₁ Chất đối kháng thụ thể SB334867 đã được chứng minh là ngăn chặn sự phát triển của sự nhạy cảm với cocaine (Borgland et al., 2006). Ngoài những thay đổi trong biểu hiện tiểu đơn vị thụ thể NMDA, mức độ tăng của các thụ thể AMPA có chứa GlamR1 (thiếu GlamR2) tại các khớp thần kinh đã được quan sát ngay sau khi 3 h sau khi phơi nhiễm cocainee (Argilli và cộng sự, 2008). Quan sát này kết hợp với các bằng chứng gần đây khác đã dẫn đến giả thuyết rằng việc chèn vào khớp thần kinh của các thụ thể thiếu dẫn truyền GlamR2 dẫn đến biểu hiện của sự ức chế synap do cocaine trong VTA (Dong et al., 2004; Bellone và Luscher, 2006; Mameli và cộng sự, 2007; Brown và cộng sự, 2010; Mameli và cộng sự, 2011), để đánh giá xem (Kauer và Malenka, 2007; Sói và Tseng, 2012). Việc chèn các thụ thể AMPA thiếu GlamR2 này phụ thuộc vào việc truyền thụ thể NMDA trong các tế bào thần kinh VTA DA vì nó không có ở chuột thiếu các thụ thể NMDA chức năng trong các tế bào thần kinh DA (Engblom et al., 2008; Mameli và cộng sự, 2009). tôisự bổ sung các thụ thể AMPA thiếu GlamR2 rất có ý nghĩa vì chúng có các đặc tính độc đáo; Chúng có khả năng thẩm thấu canxi, có độ dẫn kênh đơn lớn hơn các thụ thể có chứa GlamR2, và do đó có khả năng rất lớn để thay đổi truyền dẫn synap (Isaac và cộng sự, 2007). Do đó, việc chèn các thụ thể AMPA thiếu GlamR2 trong VTA thể hiện một cơ chế khả thi mà các loại thuốc lạm dụng có thể khởi tạo các thích ứng nhựa trong các giai đoạn ban đầu của việc sử dụng thuốc.

Việc chèn các thụ thể AMPA thiếu GluR2 vào các khớp thần kinh kích thích ở VTA hiện đã được chứng minh là xảy ra khi sử dụng các loại thuốc thuộc nhiều nhóm khác nhau như nicotine và morphine, cũng như khi kích hoạt quang di truyền các tế bào thần kinh DA VTA (Brown et al., 2010 ). Điều này đã dẫn đến giả thuyết rằng việc chèn các thụ thể AMPA thiếu GluR2 có khả năng thấm canxi đại diện cho một cơ chế phổ quát có thể là cơ sở cho sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh VTA do thuốc gây ra ( Brown et al., 2010 ), mặc dù dữ liệu đối với amphetamine không nhất thiết phù hợp với giả thuyết này (Faleiro et al., 2004 ). Hơn nữa, vì các thụ thể AMPA thiếu GluR2 là các thụ thể chỉnh lưu hướng vào trong và do đó dẫn rất ít dòng điện ở +40 mV, nên việc chèn chúng một mình không thể giải thích được sự gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA do thuốc gây ra. Một nghiên cứu gần đây đo lường các phản ứng synap đơn vị được tạo ra bởi một nguồn glutamate cục bộ cao (quang phân hai photon của glutamate bị giam giữ) cho thấy, ngoài việc ảnh hưởng đến EPSC trung gian bởi thụ thể AMPA, việc tiếp xúc với cocaine cũng làm giảm EPSC đơn vị trung gian bởi thụ thể NMDA (Mameli et al., 2011 ), do đó cung cấp một cơ chế khả thi mà tỷ lệ AMPA/NMDA có thể tăng lên trong trường hợp này (bằng cách giảm mẫu số của tỷ lệ). Điều này vẫn cần được nghiên cứu thêm với các loại thuốc gây nghiện khác.

Sự trao đổi giữa các thụ thể AMPA chứa GluR2 và không chứa GluR2 do thuốc gây ra có thể được đảo ngược bằng cách kích hoạt các thụ thể mGluR1 trong VTA (Bellone và Luscher, 2006 ; Mameli et al., 2007 ). Do đó, sự trao đổi thụ thể AMPA qua trung gian mGluR1 cung cấp một cơ chế có thể giải thích tại sao sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh VTA do thuốc gây ra lại có tính chất tạm thời, kéo dài 5 ngày chứ không phải 10 ngày (Ungless et al., 2001 ; Mameli et al., 2007 ). Thật vậy, nếu chức năng mGluR1 trong VTA bị giảm 24 giờ trước khi dùng cocaine thì sự chỉnh lưu hướng vào trong do cocaine gây ra sẽ kéo dài hơn 7 ngày (Mameli et al., 2007 , 2009 ). Do đó, một lời giải thích khả thi cho việc tại sao sự tăng cường dẫn truyền thần kinh do cocaine gây ra vẫn tồn tại ở vùng VTA sau khi tự sử dụng cocaine (không giống như sau khi sử dụng không có điều kiện) có thể là do việc tự sử dụng cocaine dẫn đến sự suy giảm tín hiệu mGluR1 ở vùng VTA.

Dược phẩm gợi lên tính dẻo của khớp thần kinh ở các khớp thần kinh ức chế trong VTA

Ekhớp thần kinh xcitatory không phải là loại khớp thần kinh duy nhất trong các tế bào thần kinh VTA DA bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng thuốc không lạm dụng. Các khớp thần kinh ức chế trong VTA cũng có vai trò quyết định trong việc kiểm soát tốc độ bắn của các tế bào thần kinh DA, do đó tính dẻo ở các khớp thần kinh GABAergic có khả năng ảnh hưởng đáng kể đến việc truyền DA. Thật vậy, cocaine, morphin và ethanol đều có thể ảnh hưởng đến tính dẻo synap ức chế trong VTA (Melis et al., 2002; Liu và cộng sự, 2005; Nugent và cộng sự, 2007). Tiếp xúc với cocaine nhiều lần trong cơ thể trong thời gian 5, 7 gây ra sự giảm biên độ của dòng synap qua trung gian GABA, do đó tạo điều kiện cho cảm ứng LTP trong các tế bào VTA bằng cách giảm sức mạnh của ức chế GABAergic (Liu và cộng sự, 2005). Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy cơ chế của sự ức chế này là LTD phụ thuộc endocannabinoid tại khớp thần kinh GABAergic liên quan đến việc kích hoạt ERK1 / 2 (Pan et al., 2008, 2011). GABA_A Các thụ thể đồng bộ trên các tế bào thần kinh dopamine VTA cũng thể hiện LTP phụ thuộc NMDA mạnh mẽ (gọi là LTP_GABA) để đáp ứng với kích thích tần số cao (Nugent et al., 2007). LTP này_GABA không có mặt trong các lát cắt VTA 2 và / hoặc 24 h sau trong cơ thể quản lý morphin, nicotine, cocaine hoặc ethanol (Nugent et al., 2007; Quan và Diệp 2010; Niehaus và cộng sự, 2010). Trong trường hợp ethanol, phòng ngừa LTP_GABA được trung gian bởi thụ thể-opioid (Quan và Ye, 2010) Cùng với sự tổng hợp synap ở các khớp thần kinh bị kích thích, mất LTP này_GABA nên làm tăng việc bắn các nơ-ron VTA DA sau khi tiếp xúc với thuốc.

Gần đây, người ta cũng đã chứng minh rằng sự truyền dẫn GABA chậm cũng bị ảnh hưởng bởi các loại thuốc gây nghiện . Do đó, chỉ cần một liều methamphetamine hoặc cocaine cũng đủ để làm suy yếu đáng kể khả năng kiểm soát hoạt động của tế bào thần kinh GABA ở vùng VTA của thụ thể GABA _{B khi đo} ex vivo sau 24 giờ (Padgett et al., 2012 ). Sự mất đi điện thế hậu synap ức chế chậm (IPSC) do methamphetamine gây ra xuất phát từ sự giảm dòng điện kênh kali chỉnh lưu hướng vào trong (GIRK) liên kết với thụ thể GABA _B và protein G, do những thay đổi trong quá trình vận chuyển protein, và đi kèm với sự giảm đáng kể độ nhạy của thụ thể GABA _B tiền synap trong các tế bào thần kinh GABA của vùng VTA. Không giống như ảnh hưởng của thuốc lên các synap GABA _{A , sự suy giảm tín hiệu GABA B} R-GIRK này kéo dài nhiều ngày sau khi tiêm (Padgett et al., 2012 ).

Tương quan hành vi của tiềm năng thuốc được gợi lên trong các tế bào VTA DA

Như đã đề cập trước đó, tác dụng của việc sử dụng thuốc không phụ thuộc điều kiện lên tính dẻo dai của khớp thần kinh trong các tế bào thần kinh DA ở VTA chỉ biểu hiện tạm thời, kéo dài ít nhất 5 ngày nhưng không quá 10 ngày và đã được chứng minh là có tương quan tích cực với sự phát triển ban đầu của hiện tượng nhạy cảm hành vi nhưng không tương quan với sự biểu hiện của nó (Ungless et al., 2001 ; Saal et al., 2003 ; Borgland et al., 2004 ). Để ủng hộ giả thuyết rằng sự tăng cường hoạt động của khớp thần kinh VTA do thuốc gây ra thể hiện sự cảm ứng nhạy cảm hành vi, việc tiêm thuốc đối kháng glutamate vào VTA làm giảm, và sự điều hòa tăng GluR1 thông qua virus làm tăng cường các đặc tính nhạy cảm vận động của thuốc (Carlezon et al., 1997 ; Carlezon và Nestler, 2002 ). Bằng chứng mạnh mẽ về sự tham gia của thụ thể NMDA chứa NR2A và B được cung cấp bởi quan sát cho thấy việc ức chế dược lý một trong hai thụ thể này ngăn chặn cả sự phát triển của hiện tượng nhạy cảm và sự gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA do cocaine gây ra (Schumann et al., 2009 ). Tuy nhiên, chuột bị xóa bỏ chọn lọc NR1 hoặc GluR1 (chọn lọc đối với các tế bào thần kinh DA ở vùng não giữa) hoặc xóa bỏ toàn bộ GluR1 vẫn thể hiện sự nhạy cảm về hành vi nhưng lại cho thấy dòng điện thụ thể AMPA bị suy giảm sau khi điều trị bằng cocaine (Dong et al., 2004 ; Engblom et al., 2008 ). Một điểm thú vị khác được thể hiện qua quan sát cho thấy phản ứng CPP và hành vi vận động có điều kiện không xuất hiện ở chuột đột biến gen GluR1 (Dong et al., 2004 ) và sự tuyệt chủng của phản ứng CPP do cocaine không xuất hiện ở chuột bị xóa gen GluR1 nhắm vào các tế bào thần kinh DA vùng não giữa (Engblom et al., 2008 ), trong khi ở chuột đột biến gen NR1, sự phục hồi phản ứng CPP do cocaine và biểu hiện của sự nhạy cảm hành vi bị suy giảm (Engblom et al., 2008 ; Zweifel et al., 2008 ). Do đó, ngay cả khi có lưu ý về khả năng bù trừ phát triển ở chuột đột biến và/hoặc khả năng xóa gen không hoàn toàn, vẫn có thể các quá trình thần kinh chi phối sự tăng cường hoạt động của các tế bào thần kinh DA do thuốc gây ra và sự nhạy cảm hành vi bị tách rời. Thay vào đó, có thể sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh VTA góp phần vào việc gán ý nghĩa kích thích cho các tín hiệu liên quan đến thuốc.

Việc đo lường những thay đổi ở khớp thần kinh sau khi sử dụng thuốc không có điều kiện bị hạn chế trong việc cung cấp thông tin về tình trạng bệnh thực sự của chứng nghiện. Các nghiên cứu đo lường sự thay đổi về tính dẻo dai của khớp thần kinh sau khi sử dụng thuốc có điều kiện, ví dụ như tự sử dụng thuốc theo phương pháp điều kiện hóa hành vi, sẽ phù hợp hơn với tình trạng của con người. Về vấn đề này, sự tăng cường khớp thần kinh của các tế bào DA ở vùng VTA do tự sử dụng cocaine gây ra có tính bền vững đặc biệt, kéo dài đến 3 tháng sau khi cai nghiện và được chứng minh là kháng lại quá trình huấn luyện dập tắt (Chen et al., 2008 ). Do đó, mặc dù ban đầu được cho là một sự kiện thoáng qua, dường như tính dẻo dai do thuốc gây ra ở vùng VTA có khả năng kéo dài, chứng tỏ rằng phương pháp sử dụng (có điều kiện so với không có điều kiện) là yếu tố quyết định quan trọng đến tuổi thọ của nó. Điều này được hỗ trợ bởi quan sát cho thấy nhóm đối chứng trong nghiên cứu này không cho thấy sự gia tăng tương tự về tỷ lệ AMPA/NMDA; cho thấy chính việc học hỏi mối liên hệ giữa tín hiệu-phần thưởng hoặc hành động-kết quả đang thúc đẩy tính dẻo dai. Ngược lại, việc tự dùng thức ăn hoặc đường sucrose trong điều kiện tương tự tạo ra sự gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA kéo dài trong 7 ngày nhưng không kéo dài đến 21 ngày sau khi cai nghiện, rõ ràng là tạm thời so với tác dụng do cocaine gây ra (Chen et al., 2008 ). Việc thiếu tính bền vững của sự biến đổi do thức ăn gây ra cho thấy rằng sự thay đổi về sức mạnh khớp thần kinh do cocaine gây ra không chỉ đơn thuần là sự biểu hiện thần kinh của các quá trình học tập có tính chất công cụ hoặc tín hiệu-phần thưởng liên quan đến mô hình tự dùng thuốc có điều kiện , mà là một tác dụng đặc hiệu của thuốc, có khả năng đại diện cho sự tăng cường bệnh lý của các liên kết giữa thuốc và tín hiệu. Như đã đề cập trước đó, các tín hiệu dự đoán phần thưởng cũng được phát hiện gây ra sự gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA trong VTA, mặc dù không kéo dài như vậy, hỗ trợ vai trò của sự điều chỉnh chức năng khớp thần kinh kích thích này trong học tập phần thưởng (Stuber et al., 2008 ).

Điều thú vị là, mức độ gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA tương tự nhau bất kể số lần tiêm (một lần so với nhiều lần) , phác đồ sử dụng (có điều kiện so với không có điều kiện) và thời gian tiếp cận (tiếp cận hạn chế so với tiếp cận kéo dài) (Borgland et al., 2004 ; Chen et al., 2008 ; Mameli et al., 2009 ). Điều này cho thấy sự gia tăng tỷ lệ AMPA/NMDA quan sát được ở các tế bào DA vùng VTA có thể là một sự kiện tạo điều kiện thuận lợi, có lẽ báo hiệu "sự nổi bật" thay vì đại diện cho sự khởi phát của bệnh lý thần kinh tiềm ẩn, điều mà có thể sẽ gia tăng khi tiếp tục tiếp xúc.

Độ dẻo do thuốc gây ra ở các khớp thần kinh kích thích trong NAc

Không giống như VTA, một liều tiêm cocaine duy nhất không gây ra sự gia tăng sức mạnh khớp thần kinh ở NAc khi đo sau 24 giờ (Thomas et al., 2001 ; Kourrich et al., 2007 ). Quan sát này và thang thời gian hai chiều theo sau với việc sử dụng và cai nghiện lặp đi lặp lại cho thấy tính dẻo dai do thuốc gây ra ở NAc khác biệt rõ rệt so với những gì được quan sát thấy ở VTA . Thật vậy, khi tiêm cocaine lặp đi lặp lại (để gây ra sự nhạy cảm về hành vi), tỷ lệ AMPA/NMDA giảm được quan sát thấy ở các khớp thần kinh vỏ NAc khi đo sau 24 giờ kể từ lần sử dụng cuối cùng (Kourrich et al., 2007 ). Sự suy giảm khớp thần kinh do sử dụng cocaine lặp đi lặp lại này dường như có liên quan đến tính dẻo dai ở VTA; khi chức năng mGluR1 bị gián đoạn chọn lọc ở VTA, chỉ cần một liều tiêm cocaine duy nhất là đủ để gây ra sự suy giảm tương tự ở các khớp thần kinh NAc (Mameli et al., 2009 ). Các tác giả của nghiên cứu này cho rằng sự kích thích tăng cường của các đường dẫn truyền VTA có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng đồng thời DA và glutamate trong NAc thông qua việc giải phóng DA tăng cường . Điều này sau đó có thể làm thay đổi ngưỡng kích hoạt tính dẻo cục bộ trong NAc bằng cách ảnh hưởng đến khả năng kích thích của mạch hoặc bằng cách tích hợp các quá trình truyền tín hiệu nội bào (Mameli et al., 2009 ).

Ý nghĩa chức năng của sự suy giảm hoạt động của các khớp thần kinh NAc trong giai đoạn cai nghiện cấp tính hiện vẫn chưa rõ ràng. Một lời giải thích khả thi có thể là sự suy giảm hoạt động của các tế bào thần kinh gai trung bình (MSN) ở NAc làm giảm phản ứng của chúng đối với các kích thích gây hưng phấn tự nhiên, do đó góp phần vào chứng mất khả năng cảm nhận khoái cảm trong giai đoạn cai nghiện cấp tính. Cũng có thể sự giảm tỷ lệ AMPA/NMDA quan sát được là kết quả của việc chèn màng của các thụ thể NMDA chứa NR2B (do đó làm tăng mẫu số của tỷ lệ) khi các khớp thần kinh im lặng mới được tìm thấy xuất hiện trong vỏ NAc khi tiếp xúc với cocaine (Huang et al., 2009 ). Các khớp thần kinh glutamatergic im lặng, biểu hiện dòng điện trung gian thụ thể NMDA chức năng khi không có dòng điện trung gian thụ thể AMPA, được cho là có khả năng tăng cường dẫn truyền thần kinh (Isaac et al., 1995 ). Sau khi được tạo ra, các khớp thần kinh im lặng này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc tuyển dụng các thụ thể AMPA, từ đó tăng cường dẫn truyền thần kinh kích thích. Điều này cung cấp một cơ chế khả thi để giải thích sự gia tăng mức độ bề mặt của thụ thể AMPA và tỷ lệ AMPAR/NMDAR sau đó được quan sát thấy ở NAc trong quá trình cai nghiện kéo dài (Boudreau và Wolf, 2005 ; Boudreau et al., 2007 ; Kourrich et al., 2007 ; Conrad et al., 2008 ). Các thụ thể NMDA chứa NR2B trong NAc cũng có thể liên quan đến sự hình thành các liên kết giữa thuốc và bối cảnh vì việc ức chế biểu hiện gen bằng siRNA của tiểu đơn vị này ngăn chặn CPP morphine ở chuột nhưng không ngăn chặn sự nhạy cảm về hành vi (Kao et al., 2011 ).

Không giống như cocaine, một chế độ tiếp xúc gián đoạn lặp đi lặp lại với ethanol dẫn đến sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh khi phản ứng với một giao thức kích thích gây ra LTD trước đó, được đo sau 24 giờ kể từ lần tiếp xúc cuối cùng (Jeanes et al., 2011 ). Sự tăng cường phụ thuộc vào NMDA này chỉ là tạm thời, vì sau 48 giờ cai nghiện, nó đã biến mất và không thể gây ra cả LTP lẫn LTD (Jeanes et al., 2011 ). Các tác giả giải thích những thay đổi mạnh mẽ như vậy trong tính dẻo dai của NAc là một dấu hiệu cho thấy tầm quan trọng tiềm tàng của quá trình này trong sự thích nghi thần kinh do ethanol gây ra. Hơn nữa, không giống như các chất kích thích tâm thần, ethanol có thể tác động lên các thụ thể NMDA, do đó có khả năng ảnh hưởng trực tiếp đến tín hiệu glutamatergic.

Điện thế synap quan sát thấy trong NAc sau một thời gian rút tiền

Ngược lại với tình trạng suy giảm chức năng quan sát được trong giai đoạn cai nghiện cấp tính, sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh vỏ NAc được quan sát thấy sau 10-14 ngày cai nghiện do sử dụng cocaine hoặc morphine lặp đi lặp lại (Kourrich et al., 2007 ; Wu et al., 2012 ). Hơn nữa, sau 7 ngày cai nghiện sau một lần sử dụng cocaine, người ta nhận thấy sự gia tăng biên độ của mEPSCs cũng như sự mất đi LTP do kích thích tần số cao (HFS) gây ra ở cả tế bào thần kinh lõi và vỏ NAc biểu hiện thụ thể dopamine D1 ₍ Pascoli et al., 2012 ). Sự thay đổi này trong khả năng tạo ra tính dẻo dai của khớp thần kinh được gọi là siêu dẻo dai. Siêu dẻo dai do cocaine gây ra cũng được quan sát thấy sau khi cai nghiện cocaine. Do đó, chuột đã tự sử dụng cocaine và sau đó trải qua 3 tuần cai nghiện hoặc kiêng cữ cho thấy sự thiếu hụt rõ rệt về khả năng phát triển LTP trong lõi NAc sau khi kích thích PFC. Quan sát này đi kèm với sự dịch chuyển sang trái của đường cong đầu vào-đầu ra, cho thấy sự tăng cường biên độ fEPSP (Moussawi et al., 2009 ). Sự tăng cường các khớp thần kinh NAc cũng được quan sát thấy dưới dạng gia tăng dòng điện trung gian AMPA sau một thời gian dài kiêng cữ sau khi tự sử dụng (Conrad et al., 2008 ). Nhìn chung, những dữ liệu này cho thấy sự tăng cường khớp thần kinh ở NAc phát triển theo thời gian cai nghiện hoặc theo thời gian kể từ lần sử dụng cocaine đầu tiên. Một nghiên cứu gần đây ủng hộ cách giải thích thứ hai vì sự gia tăng tương tự về tần số mEPSCs đã được quan sát thấy ở các tế bào thần kinh MSN biểu hiện thụ thể D1 _ở chuột bất kể có hay không có thời gian cai nghiện kéo dài sau khi sử dụng cocaine lặp đi lặp lại (Dobi et al., 2011 ). Do đó, dường như các sự kiện dẫn đến những thay đổi trong dẫn truyền glutamatergic ở NAc cần một khoảng thời gian để phát triển.

Sự đóng góp của các tiểu đơn vị thụ thể AMPA cụ thể vào sự thay đổi này thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn cai nghiện và phương pháp sử dụng; từ 10 đến 21 ngày sau khi cai nghiện cả bằng cách sử dụng thụ động và tự sử dụng, các thụ thể AMPA chứa GluR2 dường như chịu trách nhiệm cho những thay đổi trong dẫn truyền AMPA (Boudreau và Wolf, 2005 ; Boudreau et al., 2007 ; Kourrich et al., 2007 ; Ferrario et al., 2010 ), trong khi sau 21 ngày, các thụ thể AMPA không chứa GluR2 được thêm vào các khớp thần kinh. Phát hiện sau này dường như chỉ xảy ra khi cocaine được tự sử dụng (Conrad et al., 2008 ; McCutcheon et al., 2011 ), mặc dù xem thêm (Mameli et al., 2009 ). Với khả năng dẫn truyền tăng lên của các thụ thể AMPA thiếu GluR2, có thể việc chèn chúng xảy ra để đáp ứng với sự suy giảm các khớp thần kinh NAc do tự sử dụng cocaine gây ra, từ đó dẫn đến tăng khả năng phản ứng của MSN đối với các tín hiệu kích thích gây ra hành vi tìm kiếm cocaine trong tương lai. Thật vậy, việc chặn các thụ thể AMPA thiếu GluR2 trong NAc ngăn chặn sự biểu hiện của hành vi tìm kiếm cocaine do tín hiệu kích thích gây ra (Conrad et al., 2008 ), và hành vi tìm kiếm cocaine do AMPA hoặc cocaine gây ra cũng bị chặn bởi việc tiêm các oligonucleotide antisense của mRNA GluR1 vào NAc (Ping et al., 2008 ).

Thử thách ma túy sau khi cai nghiện khiến cho quá trình ức chế synap thành trầm cảm

Sự gia tăng cường độ dẫn truyền thần kinh và biểu hiện bề mặt của các tiểu đơn vị thụ thể AMPA do cocaine gây ra ở NAc sau khi ngừng sử dụng không có điều kiện sẽ bị đảo ngược khi tiêm thêm cocaine (thử thách lại) (Thomas et al., 2001 ; Boudreau et al., 2007 ; Kourrich et al., 2007 ; Ferrario et al., 2010 ). Do đó, sự suy giảm dẫn truyền thần kinh lại được quan sát thấy ở vỏ NAc khi đo 24 giờ sau lần tiêm cocaine này (Thomas et al., 2001 ), mặc dù xem thêm (Pascoli et al., 2012 ). Về mặt hành vi, điều này dường như tương quan với biểu hiện của sự nhạy cảm, và ít nhất trong trường hợp amphetamine, đã được chứng minh là do clathrin làm trung gian và phụ thuộc vào quá trình nội bào phụ thuộc GluR2 của các thụ thể AMPA hậu synap (Brebner et al., 2005 ). Sự suy giảm biểu hiện bề mặt của thụ thể AMPA sau khi sử dụng cocaine chỉ là tạm thời, vì trong vòng 7 ngày, biểu hiện bề mặt sẽ phục hồi đến mức tương đương với chuột được điều trị trước bằng cocaine nhưng không sử dụng cocaine (Ferrario et al., 2010 ). Như vậy, có vẻ như tiền sử tiếp xúc và cai nghiện cocaine có thể dễ dàng thay đổi hướng của tính dẻo dai của khớp thần kinh trong NAc.

Gần đây, người ta đã tìm ra mối liên hệ trực tiếp giữa sự tăng cường hoạt động của các khớp thần kinh vỏ não-nhân accumbens trên các tế bào dương tính với thụ thể D1 _sau 7 ngày cai nghiện và sự biểu hiện của hiện tượng nhạy cảm. Như đã đề cập trước đó, sau 7 ngày cai nghiện sau một lần sử dụng cocaine, các khớp thần kinh này được phát hiện là tăng cường hoạt động ở cả vùng lõi và vỏ (được đo bằng sự gia tăng biên độ mEPSC) và hiện tượng LTP do kích thích tần số cao (HFS) gây ra bị giảm. Điều tương tự không được tìm thấy đối với các khớp thần kinh trên các tế bào dương tính với thụ thể D2 (Pascoli et al., ₂₀₁₂ ) . Khi được đảo ngược bằng phương pháp quang di truyền học in vivo thông qua một quy trình được biết là gây ra LTD, các khớp thần kinh vỏ não-nhân accumbens trên các tế bào dương tính với thụ thể D1 _cho thấy mEPSC giảm và sự biểu hiện của hiện tượng nhạy cảm vận động bị ngăn chặn. Điều quan trọng là, khả năng của HFS trong việc gây ra LTP đã được phục hồi ở những tế bào thần kinh này (Pascoli et al., 2012 ), do đó chứng minh mối liên hệ trực tiếp giữa sự thích nghi khớp thần kinh đặc biệt này tại các khớp thần kinh vỏ não-nhân accumbens và sự biểu hiện của hiện tượng nhạy cảm với cocaine.

Yếu tố phiên mã

Các yếu tố phiên mã là các protein liên kết với các chuỗi DNA cụ thể để điều chỉnh quá trình phiên mã gen bằng cách tương tác với phức hợp RNA polymerase II (Mitchell và Tjian, 1989). Các yếu tố phiên mã có thể được gây ra hoặc kìm nén để đáp ứng với các kích thích của môi trường, dẫn đến thay đổi biểu hiện gen và cuối cùng là chức năng thần kinh. Một số yếu tố phiên mã đã được xác định cho vai trò tiềm năng của chúng trong nghiện vì biểu hiện và kích hoạt của chúng được quy định trong con đường mesocorticolimbic khi tiếp xúc với thuốc lạm dụng. FosB là một trong những yếu tố phiên mã như vậy đã nhận được sự chú ý đặc biệt do tính ổn định bất thường của nó. FosB là một biến thể ghép nối của gen FosB và nó chia sẻ tương đồng với các thành viên khác trong gia đình Fos bao gồm c-Fos, FosB, Fra1 và Fra2 mà tất cả đều dị hợp với protein gia đình Jun (c-Jun, JunB hoặc Jun Các yếu tố phiên mã protein-1 (AP-1) (Morgan và Curran, 1995). Các thành viên gia đình Fos khác này được gây ra nhanh chóng trong văn phòng để đáp ứng với việc điều trị tâm thần cấp tính, tuy nhiên do sự không ổn định của họ, biểu hiện này thoáng qua và trở về mức cơ bản trong vài giờ (Graybiel et al., 1990; Trẻ và cộng sự, 1991; Hy vọng và cộng sự, 1992). Ngược lại, ΔFosB tích lũy trong nhóm sau khi dùng thuốc mãn tính, và biểu hiện của nó vẫn tồn tại trong vài tuần sau khi tiếp xúc với thuốc cuối cùng (Hope et al., 1994; Nye và cộng sự, 1995; Nye và Nestler, 1996; Pich và cộng sự, 1997; Muller và Unterwald, 2005; McDaid và cộng sự, 2006). Dữ liệu từ các thí nghiệm hành vi hỗ trợ vai trò của ΔFosB trong một số tác động lâu dài do các loại thuốc lạm dụng mang lại. Sự biểu hiện quá mức của ΔFosB trong striatum dẫn đến tăng phản ứng vận động với cả cocaine cấp tính và mãn tính, và làm tăng các đặc tính củng cố của cả cocaine và morphin (Kelz et al., 1999; Colby và cộng sự, 2003; Zachariou và cộng sự, 2006), trong khi sự ức chế FosB tạo ra các hiệu ứng hành vi ngược lại (Peakman et al., 2003). Do khả năng tăng các đặc tính động lực khuyến khích của các loại thuốc lạm dụng, yếu tố phiên mã này đã được đề xuất để đại diện cho một công tắc phân tử của Cameron, tạo điều kiện cho việc chuyển sang nghiện (Nestler, 2008).

Protein liên kết yếu tố đáp ứng cAMP (CREB) là một yếu tố phiên mã khác đã trở thành tâm điểm của nhiều nghiên cứu do vai trò được đề xuất của nó trong tính dẻo dai do thuốc gây ra (McPherson và Lawrence, 2007 ). CREB được biểu hiện rộng rãi trong não và có thể được kích hoạt bởi vô số con đường truyền tín hiệu nội bào dẫn đến quá trình phosphoryl hóa tại serine 133 (Mayr và Montminy, 2001 ). CREB được phosphoryl hóa (pCREB) kích thích sự tuyển dụng protein liên kết CREB (CBP), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phiên mã của nhiều gen hạ nguồn khác nhau (Arias và cộng sự, 1994 ). pCREB được tạo ra nhanh chóng trong thể vân khi tiếp xúc với các chất kích thích tâm thần (Konradi et al., 1994 ; Kano et al., 1995 ; Walters và Blendy, 2001 ; Choe et al., 2002 ) và điều này được giả thuyết là đại diện cho một cơ chế cân bằng nội môi nhằm chống lại các phản ứng hành vi đối với các loại thuốc gây nghiện (McClung và Nestler, 2003 ; Dong et al., 2006 ). Phù hợp với điều này, sự biểu hiện quá mức của CREB trong vỏ nhân accumbens (NAc shell) làm giảm các đặc tính gây hưng phấn của cocaine trong mô hình ưu tiên vị trí có điều kiện (CPP), trong khi điều ngược lại được quan sát thấy khi ức chế CREB trong vùng này (Carlezon et al., 1998 ; Pliakas et al., 2001 ). Tương tự, việc loại bỏ hoặc ức chế gen CREB ở thể vân lưng làm tăng độ nhạy cảm với các đặc tính kích hoạt vận động của chất kích thích tâm thần, củng cố thêm giả thuyết này (Fasano et al., 2009 ; Madsen et al., 2012 ).

Mặc dù dữ liệu từ các thí nghiệm CPP hỗ trợ ý tưởng CREB hoạt động như một bộ điều biến tiêu cực của phần thưởng thuốc, ít nhất là đối với cocaine, đây có thể là một sự đơn giản hóa. Một số nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật khác nhau để thay đổi chức năng CREB trong vỏ NAc đã tiết lộ rằng việc ức chế CREB làm giảm sự củng cố cocaine trong mô hình tự quản (Choi et al., 2006; Green và cộng sự, 2010; Larson và cộng sự, 2011), trong khi việc củng cố cocaine được tăng cường nhờ sự biểu hiện quá mức của CREB trong khu vực này (Larson et al., 2011). Những phát hiện khác biệt này có lẽ là do sự khác biệt cơ bản giữa các quy trình điều hòa cụ và Pavlovian cũng như tự nguyện vs. quản lý thuốc không tự nguyện. CPP liên quan đến các quá trình học tập kết hợp, và được cho là một thước đo gián tiếp các đặc tính khoái lạc của thuốc hơn là củng cố thuốc cho mỗi gia nhập (Bardo và Bevins, 2000). Tự quản lý thuốc tự nguyện có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố cảm xúc và khả năng hoạt động của CREB trong NAc để giảm đáp ứng với các kích thích gây bệnh (Barrot et al., 2002) và làm giảm hành vi trầm cảm (Pliakas et al., 2001) có thể ảnh hưởng đến xu hướng tự quản lý thuốc. Thật thú vị, việc xóa CREB khỏi PFC dẫn đến giảm động lực tự quản cocaine (McPherson et al., 2010), chứng minh rằng tác động của thao tác CREB đối với hành vi cũng thay đổi đối với các vùng não khác nhau. Điều này có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên khi bảng điểm CREB khác biệt rõ rệt theo loại tế bào (Cha-Molstad et al., 2004) và do đó, điều quan trọng là xác định những thay đổi trong biểu hiện gen xảy ra trong dòng CREB đóng góp vào các kiểu hình này. Những điều phức tạp hơn nữa là quan sát rằng CREB trong vỏ NAc rất cần thiết cho CPP nicotine (Brunzell et al., 2009), gợi ý rằng các cơ chế dựa trên phần thưởng nicotine có điều kiện khác với các cơ chế cocaine và morphin cơ bản, cả hai đều được tăng cường bởi sự ức chế CREB trong vỏ NAc (Carlezon et al., 1998; Pliakas và cộng sự, 2001; Barrot và cộng sự, 2002).

Cơ chế biểu sinh

Di truyền học biểu sinh có nhiều định nghĩa khác nhau, nhưng trong khoa học thần kinh, nó thường được định nghĩa là những thay đổi trong biểu hiện gen xảy ra thông qua sự điều chỉnh chromatin mà không phải do thay đổi trình tự DNA cơ bản gây ra (McQuown và Wood, 2010 ). Chromatin mô tả trạng thái của DNA khi nó được đóng gói bên trong tế bào. Đơn vị lặp lại cơ bản của chromatin là nucleosome, bao gồm 147 cặp bazơ DNA quấn quanh một octamer được cấu tạo từ các cặp của bốn histone lõi (H2A, H2B, H3 và H4) (Luger và cộng sự, 1997 ). Các đuôi amino đầu cuối của các histone lõi này có thể trải qua một số biến đổi sau dịch mã bao gồm acetyl hóa, methyl hóa, phosphoryl hóa, ubiquitin hóa và sumoylation (Berger, 2007 ). Việc thêm và loại bỏ các nhóm chức năng này khỏi đuôi histone được thực hiện bởi một số lượng lớn các enzyme biến đổi histone, bao gồm acetyltransferase, deacetylase, methyltransferase, demethylase và kinase (Kouzarides, 2007 ). Những biến đổi histone này đóng vai trò báo hiệu sự tuyển dụng các yếu tố phiên mã và các protein khác tham gia vào quá trình điều hòa phiên mã, và làm thay đổi cấu trúc chromatin để làm cho DNA dễ tiếp cận hơn hoặc ít dễ tiếp cận hơn với bộ máy phiên mã (Strahl và Allis, 2000 ; Kouzarides, 2007 ; Taverna et al., 2007 ). Do đó, các cơ chế biểu sinh đại diện cho một phương tiện quan trọng mà các tác nhân kích thích từ môi trường có thể điều chỉnh biểu hiện gen và cuối cùng là hành vi.

Gần đây, sự biến đổi chromatin đã được công nhận là một cơ chế quan trọng làm nền tảng cho những thay đổi do thuốc gây ra trong tính dẻo dai và hành vi (Renthal và Nestler, 2008 ; Bredy et al., 2010 ; McQuown và Wood, 2010 ; Maze và Nestler, 2011 ; Robison và Nestler, 2011 ). Bằng chứng đầu tiên cho điều này đến từ các thí nghiệm của Kumar và các cộng sự, những người đã sử dụng xét nghiệm miễn dịch kết tủa chromatin (ChIP) để chứng minh rằng cocaine gây ra sự biến đổi histone tại các promoter gen cụ thể trong thể vân (Kumar et al., 2005 ). Cụ thể, việc sử dụng cocaine cấp tính dẫn đến sự siêu acetyl hóa H4 của promoter cFos , trong khi sử dụng mãn tính dẫn đến sự siêu acetyl hóa H3 của promoter BDNF và Cdk5 . Quá trình acetyl hóa histone liên quan đến việc chuyển một nhóm acetyl bằng enzym vào đuôi N-terminal cơ bản của histone, làm trung hòa tương tác tĩnh điện giữa histone và DNA mang điện tích âm, giúp nó dễ tiếp cận hơn với bộ máy phiên mã (Loidl, 1994 ). Điều này phù hợp với khả năng của cocaine trong việc làm tăng biểu hiện của các yếu tố phiên mã thuộc họ Fos một cách cấp tính (Graybiel et al., 1990 ; Young et al., 1991 ), trong khi BDNF và Cdk5 chỉ được tạo ra khi tiếp xúc mãn tính (Bibb et al., 2001 ; Grimm et al., 2003 ).

Tình trạng histone bị acetyl hóa quá mức cũng có thể đạt được trong thí nghiệm bằng cách sử dụng các chất ức chế histone deacetylase (HDAC), và các loại thuốc này đã được sử dụng để kiểm tra tác động của việc tăng acetyl hóa histone toàn thân lên các phản ứng hành vi đối với các loại thuốc gây nghiện. Việc sử dụng các chất ức chế HDAC toàn thân làm tăng một cách hiệp đồng tình trạng acetyl hóa quá mức được quan sát thấy khi phản ứng với cocaine trong thể vân (Kumar et al., 2005 ), và điều này làm tăng cường hoạt động vận động và cảm giác thỏa mãn do cocaine gây ra (Kumar et al., 2005 ; Sun et al., 2008 ; Sanchis-Segura et al., 2009 ). Ức chế HDAC cũng có thể làm tăng độ nhạy cảm vận động đối với ethanol và morphine, và tạo điều kiện thuận lợi cho CPP morphine (Sanchis-Segura et al., 2009 ). Tuy nhiên, các chất ức chế HDAC cũng được phát hiện có khả năng ngăn chặn sự phát triển của hiện tượng nhạy cảm với một lần tiếp xúc morphine duy nhất (Jing et al., 2011 ), và làm giảm động lực tự sử dụng cocaine (Romieu et al., 2008 ). Những phát hiện trái ngược này có thể phản ánh sự khác biệt trong các phác đồ sử dụng thuốc, và điều quan trọng là chúng chứng minh rằng các chất ức chế HDAC không làm tăng cường phản ứng hành vi đối với thuốc một cách bừa bãi trong mọi điều kiện.

Do tác dụng hỗ trợ quá trình phiên mã gen, các chất ức chế HDAC cũng có thể giúp thúc đẩy một số loại học tập nhất định (Bredy et al., 2007 ; Lattal et al., 2007 ). Gần đây, người ta đã chứng minh rằng việc sử dụng chất ức chế HDAC sau khi tiếp xúc lại với môi trường đã từng được ghép nối với cocaine có thể thúc đẩy sự dập tắt phản xạ CPP do cocaine gây ra, và điều này có lẽ liên quan đến sự gia tăng quá trình acetyl hóa histone H3 trong NAc (Malvaez et al., 2010 ). Truyền trực tiếp chất ức chế HDAC suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) vào NAc trong giai đoạn huấn luyện của CPP làm tăng phần thưởng cocaine có điều kiện (Renthal et al., 2007 ), cho thấy rằng việc ức chế HDAC trong vùng này có thể thúc đẩy cả học tập liên quan đến phần thưởng và học tập dập tắt phản xạ, tùy thuộc vào bối cảnh sử dụng thuốc. Các thí nghiệm tiếp theo đã tiết lộ vai trò của HDAC5 và HDAC nội sinh được biểu hiện nhiều trong NAc trong việc điều chỉnh phần thưởng cocaine. Việc sử dụng cocaine làm tăng chức năng của HDAC5 bằng cách điều chỉnh quá trình khử phosphoryl hóa và nhập vào nhân sau đó, và quá trình khử phosphoryl hóa HDAC5 trong NAc làm suy yếu sự phát triển của CPP cocaine (Taniguchi et al., 2012 ). Tương tự, sự biểu hiện quá mức của HDAC5 trong NAc trong giai đoạn huấn luyện của CPP làm giảm phần thưởng cocaine, và hiệu ứng này bị đảo ngược khi biểu hiện một dạng đột biến của HDAC5 trong NAc (Renthal et al., 2007 ). Có thể HDAC5 đang tạo ra những tác động này bằng cách ức chế quá trình phiên mã gen do thuốc gây ra, vốn thường làm tăng các đặc tính gây hưng phấn của cocaine.

Phân tích toàn bộ hệ gen về các biến đổi chromatin xảy ra ở NAc do tiếp xúc với cocaine đã tiết lộ vô số biến đổi chromatin tại các vùng khởi động của các gen nằm ở hạ lưu của cả CREB và ΔFosB (Renthal et al., 2009 ). Phân tích này cũng cho thấy sự điều hòa tăng lên của hai sirtuin, SIRT1 và SIRT2, là các protein có hoạt tính HDAC và cũng có thể khử acetyl các protein tế bào khác (Denu, 2005 ). Sự cảm ứng của SIRT1 và SIRT2 có liên quan đến sự gia tăng acetyl hóa H3 và tăng cường liên kết của ΔFosB tại các vùng khởi động gen của chúng, cho thấy chúng là các mục tiêu hạ lưu của ΔFosB (Renthal et al., 2009 ). Sự điều hòa tăng lên của SIRT1 và SIRT2 được cho là có liên quan đến hành vi; Sirtuin làm giảm khả năng kích thích của các tế bào thần kinh MSN vùng nhân accumbens (NAc) trong ống nghiệm , và việc ức chế dược lý sirtuin làm giảm tác dụng gây hưng phấn của cocaine, trong khi việc kích hoạt chúng làm tăng phản ứng gây hưng phấn đối với cocaine (Renthal et al., 2009 ).

Ngoài vai trò chức năng của HDAC, các nghiên cứu di truyền cũng đã tiết lộ vai trò của histone acetyltransferase (HAT) trong việc điều hòa một số phản ứng hành vi đối với các chất gây nghiện. Có thể nói, cơ chế quan trọng nhất mà CBP có thể tăng cường phiên mã gen là thông qua hoạt động HAT nội tại của nó (Bannister và Kouzarides, 1996 ), và những phát hiện gần đây cho thấy hoạt động HAT của CBP có liên quan đến một số thay đổi biểu sinh do tiếp xúc với thuốc. Đáp ứng với cocaine cấp tính, CBP được huy động đến vùng khởi động FosB, nơi nó acetyl hóa histone H4 và làm tăng biểu hiện của FosB (Levine et al., 2005 ). Ở chuột thiếu hụt một alen CBP, lượng CBP được huy động đến vùng khởi động ít hơn, dẫn đến giảm acetyl hóa histone và biểu hiện FosB. Điều này cũng tương ứng với sự tích lũy ΔFosB ít hơn trong thể vân, và không có gì đáng ngạc nhiên khi những con chuột này thể hiện sự nhạy cảm giảm khi đáp ứng với thử thách cocaine (Levine et al., 2005 ). Gần đây, sử dụng hệ thống tái tổ hợp cre-lox, Malvaez và các đồng nghiệp đã nghiên cứu vai trò của hoạt động CBP nằm cụ thể trong NAc đối với quá trình phiên mã gen và hành vi do cocaine gây ra (Malvaez et al., 2011 ). Họ báo cáo rằng việc xóa bỏ có chọn lọc CBP trong NAc dẫn đến giảm quá trình acetyl hóa histone và biểu hiện c-Fos, và làm suy giảm hoạt động vận động khi phản ứng với cả cocaine cấp tính và mãn tính (Malvaez et al., 2011 ). Phần thưởng cocaine có điều kiện cũng bị ức chế ở những con chuột này, cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy hoạt động CBP trong NAc rất quan trọng đối với sự hình thành ký ức liên quan đến thuốc (Malvaez et al., 2011 ).

Gần đây, các thí nghiệm từ phòng thí nghiệm Kandel đã tiết lộ rằng các cơ chế biểu sinh có thể là nền tảng cho khả năng được giả thuyết của nicotine hoạt động như một "chất gây nghiện dẫn đường". Chuột được điều trị trước bằng nicotine mãn tính trước khi tiếp xúc với cocaine cho thấy sự nhạy cảm vận động và phần thưởng cocaine tăng lên so với chuột chưa từng tiếp xúc với nicotine (Levine và cộng sự, 2011 ). Ngoài ra, việc điều trị trước bằng nicotine dẫn đến sự ức chế LTP do cocaine gây ra mạnh hơn ở các khớp thần kinh kích thích trong nhân accumbens (NAc), một hiệu ứng không thấy khi chỉ dùng nicotine. Phân tích các biến đổi histone do tiếp xúc với nicotine trong 7 ngày cho thấy sự gia tăng acetyl hóa H3 và H4 tại promoter FosB trong thể vân, một hiệu ứng không rõ rệt khi phản ứng với việc sử dụng cocaine trong 7 ngày. Hoạt động của HDAC giảm ở thể vân của chuột được điều trị bằng nicotine, nhưng không thay đổi ở chuột được điều trị bằng cocaine. Đáng chú ý, việc truyền chất ức chế HDAC trực tiếp vào NAc có thể bắt chước các tác dụng của việc điều trị trước bằng nicotine trong việc tăng cường tác dụng của cocaine. Không có thay đổi nào trong số này được quan sát thấy khi chuột được điều trị bằng cocaine trước khi dùng nicotine, điều này khẳng định tính đặc hiệu về mặt thời gian của các tác dụng này. Bộ thí nghiệm tinh tế này đã cung cấp một lời giải thích khả thi về mặt di truyền học về lý do tại sao hút thuốc lá hầu như luôn xảy ra trước khi sử dụng cocaine trong dân số loài người (Kandel, 1975 ; Kandel et al., 1992 ).

Ngoài quá trình acetyl hóa histone, gần đây quá trình methyl hóa histone cũng được công nhận là một biến đổi chromatin có liên quan đến hành vi do các chất gây nghiện gây ra (Laplant et al., 2010 ; Maze et al., 2010 , 2011 ). Quá trình methyl hóa histone liên quan đến việc bổ sung enzym một, hai hoặc ba nhóm methyl vào các gốc lysine hoặc arginine ở đầu N của đuôi histone, và có liên quan đến sự hoạt hóa hoặc ức chế phiên mã, tùy thuộc vào bản chất của biến đổi (Rice và Allis, 2001 ). Các nghiên cứu đầu tiên kiểm tra quá trình methyl hóa histone do cocaine gây ra đã dẫn đến việc xác định hai enzyme methyltransferase histone, G9a và protein giống G9a (GLP), bị giảm biểu hiện liên tục trong NAc 24 giờ sau cả khi tiếp xúc cocaine không có điều kiện và tự sử dụng cocaine (Renthal et al., 2009 ; Maze et al., 2010 ). Sự điều hòa giảm này có liên quan đến sự giảm tương tự trong quá trình methyl hóa histone H3 lysine 9 (H3K9) và 27 (H3K27). Sau đó, sự biểu hiện quá mức của G9a trong NAc đã được chứng minh là làm giảm sự biểu hiện của một số gen được chọn do cocaine gây ra, làm giảm phần thưởng của cocaine được đo bằng CPP, và ức chế sự gia tăng mật độ gai thần kinh thường được quan sát thấy khi phản ứng với cocaine lặp đi lặp lại (Maze et al., 2010 ). Điều ngược lại xảy ra khi sự biểu hiện của G9a trong NAc bị ức chế, dẫn đến tăng mật độ gai thần kinh và tăng cường phần thưởng của cocaine. Có bằng chứng cho thấy những thay đổi do cocaine gây ra trong sự biểu hiện của G9a và sự giảm tiếp theo của H3K9 và H3K27 được điều hòa bởi ΔFosB (Maze et al., 2010 ). Nhìn chung, những thí nghiệm này đã xác định một vai trò quan trọng của quá trình methyl hóa histone bởi G9a trong một số hậu quả lâu dài về hành vi và sinh hóa của việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với cocaine.

Gần đây, quá trình trimethyl hóa lysine 9 của histone H3 (H3K9me3), trước đây được cho là một dấu hiệu dị nhiễm sắc thể tương đối ổn định, đã được chứng minh là được điều chỉnh một cách năng động trong NAc bởi sự tiếp xúc cấp tính và mãn tính với cocaine (Maze et al., 2011 ). Việc sử dụng cocaine lặp đi lặp lại dẫn đến sự giảm liên tục trong liên kết H3K9me3 ức chế, đặc biệt tập trung ở các vùng gen không mã hóa (Maze et al., 2011 ). Những phát hiện ban đầu này cho thấy rằng việc tiếp xúc cocaine lặp đi lặp lại có thể dẫn đến việc giải phóng sự im lặng của một số yếu tố chuyển vị ngược trong các tế bào thần kinh NAc, và việc xác định hậu quả hành vi của những thích nghi biểu sinh mới này sẽ rất thú vị.

Do tính chất dai dẳng của chứng nghiện, các nghiên cứu gần đây cũng đã khám phá vai trò của quá trình methyl hóa DNA, một sự thích nghi biểu sinh ổn định hơn so với sự biến đổi histone. Quá trình methyl hóa DNA liên quan đến việc bổ sung các nhóm methyl vào các bazơ cysteine ​​trong DNA, và nó thường liên quan đến sự ức chế phiên mã (Stolzenberg et al., 2011 ). Phân tích não của chuột được tiêm cocaine thụ động trong 7 ngày, hoặc tự sử dụng cocaine trong 13 ngày cho thấy sự giảm điều hòa của enzyme methyltransferase DNA DNMT3a trong NAc 24 giờ sau lần tiếp xúc cocaine cuối cùng (Laplant et al., 2010 ). Ngược lại, sau khi tiếp xúc cocaine mãn tính hơn (cả thụ động và tự sử dụng trong 3 tuần trở lên) và thời gian cai nghiện 28 ngày, mRNA dnmt3a được phát hiện tăng lên đáng kể trong NAc (Laplant et al., 2010 ). Việc ức chế quá trình methyl hóa DNA/DNMT3a đặc hiệu ở vùng nhân accumbens (NAc) sau đó đã được chứng minh là làm tăng cả phản ứng CPP và sự nhạy cảm vận động đối với cocaine, trong khi điều ngược lại được quan sát thấy sau khi biểu hiện quá mức DNMT3a trong vùng này. Hơn nữa, việc ức chế DNMT3a ở NAc cũng ngăn chặn sự gia tăng mật độ gai thần kinh do cocaine gây ra (Laplant et al., 2010 ). Ý nghĩa hành vi của những thay đổi về mật độ gai thần kinh ở NAc do cocaine gây ra vẫn chưa được hiểu rõ. Các thao tác ức chế sự hình thành gai thần kinh do thuốc gây ra đã được chứng minh là làm giảm các đặc tính gây hưng phấn của cocaine (Russo et al., 2009 ; Maze et al., 2010 ); tuy nhiên, các nghiên cứu khác lại cho thấy rằng việc ức chế sự hình thành gai thần kinh làm tăng cường tác dụng gây hưng phấn của cocaine (Pulipparacharuvil et al., 2008 ; Laplant et al., 2010 ). Vì cocaine dường như gây ra sự điều chỉnh rất phức tạp đối với nhiều gai thần kinh khác nhau trong suốt quá trình tiếp xúc và cai nghiện (Shen et al., 2009 ), người ta cho rằng những khác biệt này có thể phụ thuộc vào loại gai thần kinh bị thay đổi (Laplant et al., 2010 ).

Từ các thí nghiệm được mô tả trong tài liệu này, rõ ràng quy định do thuốc gây ra đối với tiềm năng phiên mã của các tế bào thể hiện một cơ chế chính ảnh hưởng đến phản ứng hành vi với thuốc và học tập liên quan đến phần thưởng. Một bước quan trọng tiếp theo sẽ là xác định những thay đổi biểu sinh nào có liên quan nhất đến tình trạng nghiện bệnh của con người. Cho rằng chỉ tiếp xúc với ma túy là không đủ để tạo ra nghiện nghiện ở cả người và động vật, việc kết hợp các mô hình đo lường chặt chẽ hơn các dấu hiệu hành vi của nghiện, như sử dụng ma túy bắt buộc và tái nghiện sẽ có giá trị đáng kể.