奖赏和厌恶的生物学底物：伏隔核活动假说（2009）

A.药理学证据

众所周知，滥用药物（Di Chiara和Imperato，1988）和自然奖励（Fibiger等，1992; Pfaus，1999; Kelley，2004）具有提高NAc中多巴胺细胞外浓度的共同作用。 此外，NAc的病变会降低兴奋剂和阿片类药物的奖赏效果（Roberts等，1980; Kelsey等，1989）。 大鼠的药理学研究（例如， Caine等人，1999）和猴子（例如， Caine等人，2000）表明D2样受体功能在奖励中起关键作用。 然而，有研究涉及直接微量输注药物进入该领域，这为其在奖励国家中的作用提供了最有力的证据。 例如，大鼠将多巴胺释放剂安非他明直接自我给予NAc（Hoebel等，1983），证明了在该区域中提升细胞外多巴胺的增强作用。 大鼠也将自我给予多巴胺再摄取抑制剂可卡因进入NAc，尽管与安非他明报道的相比，这种效果出乎意料地弱（Carlezon等，1995）。 这一观察结果导致人们猜测可卡因的有益效果是在NAc之外，包括嗅结节的区域内介导的（Ikemoto，2003）。 然而，大鼠将狂热地自我给予多巴胺再摄取抑制剂诺米芬辛进入NAc（Carlezon等，1995），表明可卡因的局部麻醉特性使药物直接应用于神经元的研究复杂化。 多巴胺D2选择性拮抗剂舒必利的共同输注减弱了诺米芬辛的颅内自我给药，证明了D2样受体在该药物的NAc内微量输注的奖赏效应中的关键作用。 当与各种其他研究的证据一起考虑时（综述参见Rompré和Wise，1989），这些研究完全符合1980中的理论，即NAc中的多巴胺作用在奖励和动机中发挥着必要和充分的作用。 。

虽然很少有争议认为NAc中的多巴胺作用足以获得奖励，但其他工作开始挑战它们是必要的概念。 例如，老鼠会直接将吗啡自我给予NAc（Olds，1982），远离触发区（VTA），其中药物起作用以提升NAc中的细胞外多巴胺（Leone等，1991; 约翰逊和诺斯，1992）。 考虑到μ-和δ-阿片受体直接位于NAc MSNs上（Mansour等人，1995），这些数据首次表明奖励可以由与多巴胺触发的事件（或其下游）发生的事件触发。 大鼠还将自行给予苯环利定（PCP），一种复合药物，一种多巴胺再摄取抑制剂和一种非竞争性NMDA拮抗剂，直接进入NAc（Carlezon和Wise，1996）。 有两条证据表明这种效应不依赖于多巴胺。 首先，多巴胺D2选择性拮抗剂舒必利的共同输注不影响PCP的颅内自我给药; 第二，大鼠将自我管理其他非竞争性（MK-801）或竞争性（CPP）NMDA拮抗剂，对多巴胺系统没有直接影响直接进入NAc（Carlezon和Wise，1996）。 这些数据提供了早期证据，即NAc中NMDA受体的阻断足以获得奖励，并且通过扩展，奖励可以是多巴胺非依赖性的。 预计阻断NMDA受体会导致NAc MSN的兴奋性整体降低而不影响AMPA受体介导的基线兴奋性输入（Uchimura等人，1989; Pennartz等人。 1990）。 重要的是，大鼠也将NMDA拮抗剂自我管理到PFC的深层（Carlezon和Wise，1996），直接投射到NAc（见 Kelley，2004并且已被概念化为抑制（“停止！”）激励电路的一部分（Childress，2006）。 综合考虑，这些研究提供了两个关键的证据，它们在我们目前的工作假设的制定中发挥了突出作用：首先，多巴胺依赖性奖励通过阻断D2样受体而减弱，这些受体是主要表达的抑制性受体。在NAc上的间接途径的MSNs; 第二，预期会降低NAc总体兴奋性的事件（例如，G的刺激）_i - 耦合的阿片受体，兴奋性NMDA受体的刺激减少，兴奋性输入减少）足以获得奖励。 这种解释导致了一种奖励模型的发展，其中关键事件是减少NAc中MSN的激活（Carlezon和Wise，1996).

其他药理学证据支持这一理论，并暗示钙（Ca2 +）及其第二信使功能。 激活的NMDA受体可以阻断Ca2 +，这是一种细胞内信号分子，可以影响膜去极化，神经递质释放，信号转导和基因调控（见 Carlezon和Nestler，2002; Carlezon等，2005）。 将L-型Ca2 +拮抗剂地尔硫卓直接微量注射到NAc中可增加可卡因的奖赏效果（Chartoff等人，2006）。 地尔硫卓诱导的Ca2 +内流改变影响奖励的机制尚不清楚。 一种可能性是通过电压操作的L型通道阻断Ca2 +流入降低了腹侧NAc内神经元的放电率（Cooper和White，2000）。 然而，重要的是要注意，至少在这些研究中测试的剂量下，地尔硫卓不是有益的。 这可能表明通过NAc内的L型通道的Ca2 +流入的基线水平通常较低，并且难以进一步降低。 相关的可能性是微量注射地尔硫卓减少了在NAc中介导的可卡因的厌恶作用，揭露了奖励。 例如，NAc内转录因子cAMP反应元件结合蛋白（CREB）的活性与厌恶状态和可卡因奖励的减少相关（Pliakas等，2001; Nestler和Carlezon，2006）。 CREB的激活依赖于磷酸化，磷酸化可以通过激活L型Ca2 +通道发生（Rajadhyaksha等，1999）。 磷酸化CREB可诱导强啡肽的表达，强啡肽是一种神经肽，可能通过激活NAc中的κ-阿片受体而导致厌恶状态（综述见 Carlezon等，2005）。 NAc Ca2 +在调节奖励和厌恶状态中的潜在作用是我们工作中的一个共同主题，将在下面更详细地解释。

B.分子证据

缺乏多巴胺D2样受体的小鼠对可卡因的奖赏效果的敏感性降低（Welter等，2007）。 消除D2样受体也会降低吗啡的奖赏效果（Maldonado等，1997） - 可能是通过降低药物通过VTA机制刺激多巴胺的能力： Leone等，1991; 约翰逊和诺斯，1992）和侧下丘脑脑刺激（Elmer等，2005）。 对这些发现的一种解释是，NAc中D2样受体的丧失降低了多巴胺抑制间接途径的能力，这是一种假定的奖赏机制。 这些发现与人类成瘾者在NAc中减少多巴胺D2样受体结合的证据相结合，表明该受体在编码奖赏中起着重要作用（Volkow等人，2007).

分子生物学的其他进展使得能够检测对滥用药物的神经适应性反应以及模拟离散脑区域中的这种变化以检查其重要性的能力。 一种这样的变化是AMPA型谷氨酸受体的表达，其在脑中普遍表达并且由受体亚单位GluR1-4的各种组合组成（Hollmann等，1991; Malinow和Malenka，2002）。 滥用药物可以改变NAc中的GluR表达。 例如，反复间歇接触可卡因可提高NAc中GluR1的表达（丘吉尔等人，1999）。 此外，GluR2在工程化表达ΔFosB的小鼠的NAc中升高，这是一种神经适应，与对滥用药物的敏感性增加有关（Kelz等人，1999）。 使用病毒载体在NAc中选择性地提高GluR1的研究表明，这种神经适应倾向于使可卡因厌恶进行调理试验，而NAc中升高的GluR2增加可卡因奖赏（Kelz等人，1999）。 对这种发现模式的潜在解释可能涉及Ca2 +及其对神经元活动和细胞内信号传导的影响。 增加的GluR1表达有利于形成GluR1-同源（或GluR1-GluR3异聚体）AMPAR，其是Ca2 + - 可渗透的（Hollman等，1991; Malinow和Malenka，2002）。 相比之下，GluR2含有一个可防止Ca2 +流入的基序; 因此，增加GluR2的表达将有利于形成含GluR2的Ca2 + - 不可渗透的AMPAR（并且理论上减少Ca2 + - 可渗透的AMPAR的数量）。 因此，含GluR2的AMPAR具有生理特性，使其在功能上不同于缺乏该亚基的那些，特别是与它们与Ca2 +的相互作用（图。 1).

图。 1

示意图说明了AMPA（谷氨酸）受体的亚基组成。 为简单起见，用2亚基描述受体。 GluR2含有一个通过受体阻断Ca2 +通量的基序，因此含有的受体通过 ...

这些早期研究涉及调理研究，这些研究通常需要反复接触滥用药物，并且可能涉及奖励和厌恶（戒断）的循环。 最近的研究探讨了通过重复药物暴露获得的GluR表达模型的改变如何影响颅内自我刺激（ICSS），这是一项操作性任务，其中强化剂（脑刺激奖励）的大小得到精确控制（明智的，1996）。 NAc壳中GluR1的表达升高会增加ICSS阈值，而GluR2升高会降低它们（Todtenkopf等，2006）。 GluR2对ICSS的影响在质量上类似于滥用药物引起的影响（明智的，1996），表明它反映了刺激的有益影响的增加。 相比之下，GluR1的作用在质量上类似于由抑郁症治疗引起的作用，包括停药（Markou等，1992）和κ-阿片受体激动剂（Pfeiffer等，1986; Wadenberg，2003; Todtenkopf等，2004; Carlezon等，2006），表明它反映了刺激的奖励影响的减少。 这些发现表明，NAc壳中GluR1和GluR2的表达升高对动机行为具有显着不同的后果。 此外，他们证实以前的观察结果表明，NAc壳中GluR1和GluR2表达升高在可卡因位调节研究中具有相反的作用（Kelz等人，1999），并将这些影响的普遍性扩展到不受滥用药物驱动的行为。 也许最重要的是，它们提供了更多的证据来证明NAc中的Ca2 +通量可以降低奖励或提高厌恶程度。 因为Ca2 +在神经元去极化和基因调节中起作用，所以NAc壳中GluR表达和AMPAR亚基组成的改变可能引发生理和分子反应，这可能相互作用以改变动机。 同样，Ca2 +信号转导可能触发参与厌恶状态的基因的机制在下面详细描述。

A.药理学证据

一些最早的证据表明NAc在厌恶状态中发挥作用来自涉及阿片受体拮抗剂的研究。 将广谱阿片受体拮抗剂（甲基纳洛酮）微量注射到阿片依赖大鼠的NAc中，建立了条件性位置厌恶（Stinus等，1990）。 在鸦片依赖性大鼠中，沉淀性戒断可诱导NAc中的即刻早期基因和转录因子（Gracy等，2001; Chartoff等人，2006），建议激活MSN。 选择性κ-阿片受体激动剂，其模拟内源性κ-阿片样物质配位体强啡肽的作用，也产生厌恶状态。 向NAc微量注射κ-阿片受体激动剂会导致条件性反转（Bals-Kubik等，1993）并提高ICSS阈值（陈等人，2008）。 抑制性（G_i-coupled）κ-阿片受体位于VTA多巴胺输入到NAc的末端（Svingos等，1999），它们调节局部多巴胺的释放。 因此，它们通常与μ-和δ-阿片受体结合（Mansour等人，1995在行为测试中，刺激会对这些其他受体产生相反的激动剂作用。 实际上，NAc的细胞外多巴胺浓度在全身范围内降低（DiChiara和Imperato，1988; Carlezon等，2006）或局部微量输注的κ-阿片受体激动剂（Donzati等，1992; Spanagel等，1992）。 中脑多巴胺系统功能下降与抑郁状态相关，包括啮齿动物的快感缺失（明智的，1982）和人类的烦躁不安（Mizrahi等，2007）。 因此，一种厌恶的途径似乎是减少对NAc的多巴胺输入，这将减少对似乎对奖赏至关重要的抑制性多巴胺D2样受体的刺激（Carlezon和Wise，1996).

其他研究似乎证实了多巴胺D2样受体在抑制厌恶反应中的重要作用。 多巴胺D2样拮抗剂微量注射到阿片依赖大鼠的NAc中，可引起阿片类药物戒断的迹象（哈里斯和阿斯顿琼斯，1994）。 尽管在本研究中没有测量到动机效应，但促使阿片戒断的治疗通常会导致厌恶状态比引起躯体体征退缩的效果更强（Gracy等，2001; Chartoff等人，2006）。 然而有趣的是，将多巴胺D1样激动剂微注射到NAc中也会产生阿片类依赖性大鼠戒断的体征。 数据表明，另一种厌恶途径是增加对NAc中阿片依赖性诱导的神经适应的大鼠中兴奋性多巴胺D1样受体的刺激。 也许并不奇怪，阿片依赖大鼠D1样受体刺激的一个后果是GluR1的磷酸化（Chartoff等人，2006），这将导致直接途径的MSN上AMPA受体的表面表达增加。

B.分子证据

接触滥用药物（Turgeon等人，1997）和压力（Pliakas等，2001）激活NAc中的转录因子CREB。 病毒载体诱导的NAc CREB功能升高降低了药物的奖赏效果（Carlezon等，1998）和下丘脑脑刺激（Parsegian等，2006），表明类似快感缺失的影响。 它还使低剂量的可卡因厌恶（一种烦躁的假象），并增加强迫游泳测试中的不动行为（“行为绝望”的假定标志）（Pliakas等，2001）。 其中许多影响可归因于CREB调节的强啡肽功能增加（Carlezon等，1998）。 实际上，κ-阿片受体选择性激动剂具有与NAc中CREB功能升高所产生的效果相似的效果，在奖励模型中产生快感缺乏和烦躁的迹象，并且在强迫游泳试验中增加不动性（Bals-Kubik等，1993; Carlezon等，1998; Pliakas等，2001; Mague等，2003; Carlezon等，2006）。 相反，κ-选择性拮抗剂产生类似抗抑郁样表型，类似于在NAc中具有破坏的CREB功能的动物中所见的表型（Pliakas等，2001; Newton等，2002; Mague等，2003）。 这些研究结果表明，在NAc内药物或应激诱导的CREB活化的一个生物学重要后果是强啡肽的转录增加，这引发抑郁的关键迹象。 如上所述，强啡肽效应可能通过刺激κ-阿片受体介导，所述受体起到抑制神经递质从中脑边缘多巴胺神经元释放的作用，从而降低活性VTA神经元。 这种厌恶的途径似乎是减少多巴胺对NAc的输入，这将减少刺激抑制性多巴胺D2样受体，这似乎是奖励的关键（Carlezon和Wise，1996）。 如下所述，还有证据表明，NAc中CREB的表达升高直接增加了MSN的兴奋性（Dong等人，2006）除了D2调节抑制的丧失之外，还提高了多种效应导致厌恶反应的可能性。

反复接触滥用药物可以提高NAc中GluR1的表达（丘吉尔等人，1999）。 NAc中升高的GluR1的病毒载体诱导的升高增加了药物厌恶的地方条件研究，这是一种“非典型”类型的药物致敏（即，对厌恶而不是可卡因的有益方面的敏感性提高）。 这种治疗也会增加ICSS阈值（Todtenkopf等，2006），表明类似于快感缺失和类似烦躁不安的影响。 有趣的是，这些动机效应几乎与NAc中CREB功能升高引起的相同。 这些相似性提高了这两种效应是同一大型过程的一部分的可能性。 在一种可能的情况下，药物暴露可能引发NAc中GluR1表达的变化，这将导致Ca2 + - 可渗透的AMPA受体表面表达的局部增加，这将增加Ca2 +流入并激活CREB，导致钠的改变。通道表达影响NAc中MSN的基线和刺激兴奋性（Carlezon和Nestler，2002; Carlezon等，2005; Dong等人，2006）。 或者，CREB功能的早期变化可能先于GluR1表达的改变。 这些关系目前正在NIDA资助的几个实验室进行深入研究，包括我们自己的实验室。

A.用电生理学检验假设

对抑制/奖励假设的一个警告是，在灭活或病变研究中广泛和长期抑制NAc放电似乎不会产生有益效果（例如 Yun等人，2004b）。 这就提出了这样一种可能性：它不是对NAc的抑制，它本身就是编码奖励，而是编码奖励 转换 从正常的基础射击速率到存在奖励刺激时发生的较低速率。 延长的抑制可能降低通常在NAc燃烧的瞬时抑制中编码的动态信息。

基于电生理学的该假设预测测试分为两个基本类别。 第一类涉及操纵动物的行为状态以产生对奖励刺激的响应性的持续变化，然后测试这种改变的奖励状态的电生理学相关性。 例如，长期暴露于精神兴奋剂的早期戒断状态的特征是快感缺乏和对自然奖励刺激缺乏反应。 在这种状态下，抑制/奖励假设会预测NAc神经元的电生理状态是什么？ 主要预测是NAc神经元将表现出通常由暴露于有益刺激（例如蔗糖）产生的活性抑制的降低。 据我们所知，尚未对此进行调查。 如果发生这种抑制作用减少的可能机制可能包括内在兴奋性变化（例如Na +或Ca2 +电流增加，K +电流减少）或突触传递（例如谷氨酸能降低或降低）引起的神经元兴奋性的总体增加。增加GABAergic传播）。 另一方面，早期精神兴奋剂戒断期间NAc MSN兴奋性的现有数据表明，在此阶段实际上减少了这一数据（Zhang等人，1998; Hu等人，2004; Dong等人，2006; Kourrich等，2007）。 如上所述，可能通过产生“地板”效应并降低这些抑制的程度，可能性的长时间兴奋性抑制可能降低瞬时发射抑制中包含的奖赏相关信息。 这种可能性还有待检验。

考虑到奖励编码中NAc和腹侧苍白球之间的明显联系（见上文），我们预测动物奖赏状态的持续调节产生的任何兴奋性变化在纹状体/ D2神经元中可能特别明显。 虽然过去很难研究这些神经元的详细生理特性，但最近开发了一系列在这些神经元中表达GFP的BAC转基因小鼠（Gong等，2003; Lobo等，2006）使其成为可能 细胞/组织 切片制剂，极大地促进了D2细胞生理学表征的潜力。

第二类基于电生理学的测试涉及使用基因工程（见下文）来改变细胞机器的关键组分的功能性表达，用于NAc神经元中的兴奋性或兴奋性调节。 理论上，这可以分别调节NAc神经元中与奖赏或厌恶相关的抑制或激发。 考虑到这一点，也许最有用的靶分子是参与神经元兴奋性的活动依赖性调节的那些，而不是维持基础放电率。 与更一般的目标（例如Na +通道亚基）相比，这些目标可能提供调节刺激响应性的更好机会，从而能够评估抑制/奖励假设。 例如，活性神经元的激发频率可以通过产生峰值超极化（AHP）的各种离子电导来控制。 通过针对产生AHP的通道的遗传（或甚至药理学）操作靶向NAc神经元，可以降低这些神经元中厌恶相关的兴奋性反应的幅度，从而测试这种生理变化是否与行为减少相关厌恶指数。

B.用行为药理学检验假设

最明显的药理学试验之一将确定大鼠是否将多巴胺D2样激动剂直接自我给予NAc。 有趣的是，之前的研究表明，虽然大鼠将自身给予D1样和D2样激动剂的组合进入NAc，但它们不能单独自行给药任何药物成分，至少在测试剂量下（Ikemoto等人，1997）。 虽然从表面上看，这一发现可能会使我们的工作假设无效，但电生理学证据表明，在某些情况下，NAN神经元上的D1和D2受体的共激活可导致其膜兴奋性降低，这在任何一种情况下均未见单独的激动剂（O'Donnell和Grace，1996）。 此外，还需要做更多的工作来研究NAA微量输注GABA激动剂的行为影响; 历史上，这项工作受到苯二氮卓类药物溶解性差的阻碍 - 已知这种药物会使人上瘾（Griffiths和Ator，1980尽管他们倾向于降低NAc中的多巴胺功能（Wood，1982; Finlay等，1992: Murai等，1994） - 以及使用脑显微注射程序和奖励模型的相对较少的研究人员。 测试我们的假设的其他方法是研究操作在含有D2受体的MSN下游的脑区域中的作用。 同样，早期证据表明奖励是由腹侧苍白球的激活编码的，这是假定间接途径MSNs抑制的结果（Tindell等，2006).

C.用基因工程检验假设

基因工程技术的发展，能够指导特定大脑区域的诱导或条件突变，将成为检验我们假设的重要工具。 具有组成型缺失GluRA（GluR1的替代命名法）的小鼠显示出对滥用药物的敏感性的许多改变（Vekovischeva等，2001; Dong等人，2004; Mead等，2005, 2007），其中一些与我们的工作假设一致，而其中一些则不符合我们的工作假设。 GluR1在发育早期的丧失可能会大大改变对多种类型刺激的反应，包括滥用药物。 此外，这些GluR1突变小鼠在整个大脑中缺乏蛋白质，而此处回顾的研究集中在NAc内发生​​的机制。 这些要点尤其重要，因为预计其他大脑区域GluR1的丢失会对药物滥用相关行为产生戏剧性的，有时甚至是非常不同的影响。 仅作为一个例子，我们已经表明，与NAbc中GluR1的调节相比，VTA中GluR1功能的调节对药物反应产生相反的作用（Carlezon等，1997; Kelz等人，1999）。 GluR1缺陷小鼠的结果与NAc和VTA的联合发现并不矛盾：组成型GluR1突变小鼠对吗啡的兴奋作用更敏感（这种作用可以通过NAc中GluR1的丧失来解释）但是它们不能逐渐增加对吗啡的反应性（这种效应可以通过VTA中GluR1的损失来解释）测试发生在促进致敏和涉及额外脑区的条件下。 因此，在对来自组成型敲除小鼠的数据进行空间和时间解释时必须谨慎：文献中充满了蛋白质的例子，这些蛋白质对行为具有显着不同（有时相反）的影响，这取决于所研究的大脑区域（参见 Carlezon等，2005).

来自具有可诱导表达的显性阴性形式的CREB的小鼠的初步研究 - 一种降低NAc MSN的兴奋性的操作 - 对可卡因的奖赏效果过敏，同时对κ-阿片类激动剂的厌恶作用不敏感（DiNieri等，2006）。 虽然这些发现与我们的工作假设一致，但进一步研究（例如电生理学）可能有助于表征这些影响的生理基础。 无论如何，增加空间和时间控制调节NAc MSN兴奋性的基因表达的能力将使我们的工作假设能够逐步进行更复杂的测试。

由国家药物滥用研究所（NIDA）资助，向DA012736（向WAC）和DA019666（向MJT）和McKnight-Land Grant教授（向MJT）授予。 我们感谢MJ Kaufman，B。deB。 Fredrick和SS Negus允许引用猴子脑成像研究中未发表的数据。