VTA兴奋性突触的药物诱发增强作用

Ungless及其同事的一项开创性研究 2001 研究表明，单次暴露于可卡因可导致VTA DA神经元兴奋性突触的突触强度增强，此时24 h在脑切片中测量（Ungless等， 2001）。 这被测量为AMPA介导的兴奋性突触后电流（EPSC）与NMDA介导的EPSC（称为AMPA / NMDA比率）之比的增加。 随后的电诱发LTP显示在可卡因处理的小鼠的兴奋性VTA突触处被阻塞，而LTD增强。 这些观察以及许多其他电生理学测量表明观察到的可塑性变化可能与突触诱发的LTP具有相似的机制（Ungless等， 2001). 从那以后，已经证明给予其他滥用药物包括安非他明，吗啡，乙醇，尼古丁和苯二氮卓类药物也可以诱导VTA中突触强度的增加，这种效应在没有滥用潜力的精神活性药物中是看不到的。 （Saal等人， 2003; 高等人， 2010; Tan等人， 2010）。 该观察结果证明了所有滥用药物在VTA内的细胞反应的收敛，并提供了可能的神经机制，通过该机制可以触发成瘾的初始神经适应。

非偶然给药对VTA突触可塑性的影响是短暂表达的，至少持续5但小于10天，并且已显示与行为致敏的初始发展呈正相关，但与其表达无关。 （Ungless等， 2001; Saal等人， 2003; Borgland等人， 2004). 如果可卡因是自我管理的，那么结果就会有所不同，因为VTA中的可塑性变得持久，甚至可以在退出90天后检测到 （陈等人， 2008).

谷氨酸能突触对VTA DA细胞的增强可能与滥用药物增强NAc中细胞外DA的能力有关。 （Di Chiara和Imperato， 1988）的并且可能代表“病理性”奖励学习的开始，其中发生药物 - 线索关联的“加盖”。 事实上，在获得线索 - 奖励关联期间，VTA DA神经元中已经报道了NMDA受体依赖性谷氨酸能突触强度增加（Stuber等， 2008并且最近证实可卡因选择性地增加VTA神经元的AMPA / NMDA比率，其投射到NAc而不是PFC（Lammel等人， 2011); 众所周知，NAc内的多巴胺传递对于收购巴甫洛夫协会至关重要 （凯利， 2004). 因此，可能是VTA DA神经元的增强可能代表与LTP类似的神经编码，可能是一种联想学习过程，这可能是早期可卡因诱导的行为反应所必需的，并且具有引发成瘾的长期适应的能力，虽然不代表上瘾的国家本身。 正如其他人所提出的那样，成瘾药物可能会选择大脑奖励回路来“过度研究”药物对有机体的价值 （Kauer和Malenka， 2007).

涉及药物诱导的可塑性的VTA相关谷氨酸能投射的起源仍有待完全阐明。 一项研究表明，来自VTA本身和脚趾脑核（PPN）的投射所靶向的VTA谷氨酸能突触显示出来自可卡因的强化增强，但只有接受来自PPN传入的输入的突触被加强Δ⁹-tetrahydrocannabinol（THC）（Good and Lupica， 2010). 因此，似乎参与药物诱导的增强的特定谷氨酸能传入可以根据所讨论的药物而变化，并且也可能是特定预测对于VTA中所有药物诱发的兴奋性可塑性是共同的; 后者尚未确定。 TVTA接受来自多个大脑区域的广泛预测，包括PFC，杏仁核和丘脑底核（Geisler和Wise， 2008），其中许多已被证明会影响VTA DA神经元的爆发（Grillner和Mercuri， 2002）。 利用光遗传学技术的未来实验可以帮助确定在响应各种滥用药物时观察到的VTA突触中药物诱发的增强作用的特定预测，从而揭示了这种神经适应的确切性质。

VTA兴奋性突触中药物诱发的突触可塑性的机制

与中脑DA神经元中的电诱导LTP一样，可卡因和尼古丁诱导的VTA中突触强度的增加已被证明是 依赖于NMDA受体激活 （Bonci和Malenka， 1999; Ungless等人， 2001; 毛等人， 2011）。 相反，最近显示维持可卡因诱发的增强需要蛋白激酶Mζ的活性（Ho等， 2012），一种自主活性蛋白激酶C（PKC）同种型，而药物幼稚小鼠的VTA DA神经元中的加标时间依赖性LTP取决于常规PKC同种型（Luu和Malenka， 2008）。 在尼古丁的情况下，VTA突触增强需要激活由神经性树突α4β2烟碱乙酰胆碱受体（nAChRs）介导的DA神经元（Mao等， 2011）。 尼古丁诱导的突触前谷氨酸释放的增加也有助于诱导这种特殊的突触可塑性，可能是通过增加NMDA受体的激活（Mao等， 2011).

关于可卡因诱发的突触可塑性的机制比其他滥用药物引起的潜在可塑性相对更为人所知。 可卡因应用于中脑切片导致NMDA受体传递在几分钟内增强，并且建议通过需要激活D的机制将含NR2B的NMDAR插入突触中。₅ 受体和新蛋白质合成（Schilstrom等， 2006; Argilli等人， 2008）。 还显示食欲素A对于快速可卡因诱导的含NR2B的受体的插入和增加的AMPA / NMDA比率是必需的。 相应的食欲素₁ 受体拮抗剂SB334867已被证明可以防止可卡因过敏的发生（Borgland等， 2006). 除了NMDA受体亚单位表达的变化外，一旦可卡因暴露后1 h，就会观察到突触中含GluR2（GluR3）的AMPA受体水平增加。e（Argilli等， 2008）。 这一观察结果与其他近期证据相结合，导致了这一假设，即高导电性GluR2缺失受体的突触插入有助于VTA中可卡因诱导的突触增强的表达（Dong et al。， 2004; Bellone和Luscher， 2006; Mameli等人， 2007; 布朗等人， 2010; Mameli等人， 2011），评论见（Kauer和Malenka， 2007; 狼和曾， 2012）。 这种缺乏AMPA受体的GluR2的插入依赖于VTA DA神经元中的NMDA受体传递，因为它在DA神经元中缺乏功能性NMDA受体的小鼠中不存在（Engblom等， 2008; Mameli等人， 2009）。 一世GluR2缺乏AMPA受体的插入是重要的，因为它们具有独特的性质; 它们具有钙渗透性，比含GluR2的受体具有更大的单通道电导，因此具有巨大的改变突触传递的能力 （Isaac等人， 2007). 因此，在VTA中插入缺乏GluR2的AMPA受体代表了一种可能的机制，通过该机制滥用药物可以实例化药物使用初始阶段的塑料适应性.

现已证明将缺乏GluR2的AMPA受体插入VTA兴奋性突触中是为了应对来自多种类别（如尼古丁和吗啡）的药物以及DA VTA神经元的光遗传激活。 （布朗等人， 2010）。 Ť他的研究结果表明，缺钙的GluR2缺乏AMPA受体的插入代表了一种可能成为药物诱发的VTA突触增强的通用机制（布朗等人， 2010虽然安非他明的数据不一定与这一假设一致（Faleiro等， 2004）。 此外，由于缺乏GluR2的AMPA受体向内整流并因此在+ 40 mV下传导非常小的电流，单独它们的插入不能解释药物诱发的AMPA / NMDA比率的增加。 最近一项测量由高度局部化的谷氨酸来源（笼养谷氨酸的双光子光解）诱发的单位突触反应的研究显示，除了影响AMPA受体介导的EPSC之外，可卡因暴露还降低了单一NMDA受体介导的EPSC（Mameli等）。人， 2011），从而提供了一种可能的机制，通过该机制可以在这种情况下增加AMPA / NMDA比率（通过降低比率的分母）。 尚未对其他滥用药物进行调查。

含有GluR2的GluR2与缺乏AMPA受体的药物诱导的交换可以通过激活VTA中的mGluR1受体来逆转 （Bellone和Luscher， 2006; Mameli等人， 2007）。 因此，mGluR1介导的AMPA受体交换提供了一种机制，可以解释为什么VTA突触的药物诱发增强在性质上是短暂的，持续5但不是10天（Ungless等， 2001; Mameli等人， 2007）。 事实上，如果VTA中的mGluR1功能在可卡因给药前减少24 h，则可卡因诱导的内向整流持续超过7天（Mameli等， 2007, 2009）。 因此，可卡因自我给药后可卡因诱发的突触强化持续存在的一个可能解释（与非偶然给药不同）可能是可卡因自我给药导致VTA中mGluR1信号传导的抑制。

药物诱发突触可塑性在VTA的抑制性突触

Exsitatory突触不是VTA DA神经元中唯一受到非特遣队滥用药物影响的突触类型。 VTA中的抑制性突触在控制DA神经元的放电率方面也具有关键作用，因此GABA能神经突触的可塑性具有显着影响DA传递的能力。 事实上，可卡因，吗啡和乙醇都可以影响VTA中的抑制性突触可塑性（Melis等， 2002; 刘等人， 2005; Nugent等， 2007）。 反复接触可卡因 体内 对于5-7天导致GABA介导的突触电流幅度减小， 从而通过降低GABA能抑制的强度促进VTA细胞中的LTP诱导 （刘等人， 2005）。 随后的研究揭示了这种抑制的机制 GABA能神经突触的内源性大麻素依赖性LTD 涉及激活ERK1 / 2（Pan等， 2008, 2011）。 GABA_A VTA多巴胺神经元上的受体突触也表现出强大的NMDA依赖性LTP（称为LTP）_GABA）响应高频刺激（Nugent等， 2007）。 这个LTP_GABA 在VTA切片2和/或24之后不存在 体内 给予吗啡，尼古丁，可卡因或乙醇（Nugent等， 2007; 关和叶， 2010; Niehaus等人， 2010）。 在乙醇的情况下预防LTP_GABA 由μ-阿片受体介导（关和叶， 2010) 与兴奋性突触的突触增强一起，LTP的这种丧失_GABA 应该增加药物暴露后VTA DA神经元的放电。

最近还发现缓慢的GABA传播受到滥用药物的影响。 因此，单剂量的甲基苯丙胺或可卡因足以显着削弱GABA的能力_B 测量时控制VTA GABA神经元放电的受体 体外 24 h后来（Padgett等， 2012）。 甲基苯丙胺诱导的缓慢抑制性突触后电位（IPSC）的丧失源于GABA的减少_B 由于蛋白质运输的变化，受体-G蛋白偶联的内向整流钾通道（GIRK）电流，伴随着突触前GABA敏感性的显着降低_B VTA的GABA神经元中的受体。 与药物诱导的对GABA的影响不同_A 突触这种GABA抑郁症_BR-GIRK信号在注射后持续数天（Padgett等， 2012).

VTA DA细胞中药物诱发电位的行为相关性

如前所述，非偶然给药对VTA DA神经元中突触可塑性的影响是短暂表达的，至少持续5但小于10天，并且已显示与行为致敏的初始发展呈正相关，但与其表达无关。 （Ungless等， 2001; Saal等人， 2003; Borgland等人， 2004）。 为了支持VTA突触的药物诱发增强代表诱导行为致敏的假设，谷氨酸拮抗剂的VTA内给药减少，并且病毒介导的GluR1上调增强了药物的运动致敏特性（Carlezon等， 1997; Carlezon和Nestler， 2002）。 含有NR2A和B的NMDA受体参与的有力证据表明，药理学上的抑制作用可以防止致敏的发生和相关的可卡因诱导的AMPA / NMDA比率的增加（Schumann等， 2009）。 然而，靶向缺失NR1或GluR1（对中脑DA神经元有选择性）或全球GluR1缺失的小鼠表现出完整的行为致敏，但在可卡因治疗后显示受损的AMPA受体电流（Dong等， 2004; Engblom等人， 2008）。 在GluR1敲除小鼠中没有CPP和条件性运动行为的观察结果提供了额外的扭曲（Dong等， 2004）GluR1缺失靶向中脑DA神经元的小鼠中不存在可卡因CPP的消退（Engblom等， 2008在NR1敲除小鼠中，可卡因CPP的恢复和行为致敏的表达减弱（Engblom等， 2008; Zweifel等人， 2008）。 因此，即使在突变小鼠中潜在的发育补偿的警告和/或可能的不完全缺失，也可能解释控制DA神经元的药物诱发的增强和行为致敏的神经过程。 相反，可能是VTA突触的增强可能有助于将激励显着性归因于与药物相关的线索。

在非临时药物施用后测量突触变化在通知成瘾的实际疾病状态方面是有限的。 与人类状况更相关的是研究，其中在临时药物施用后测量突触可塑性的变化，例如，操作性自我施用。 在这方面，通过自我施用可卡因诱导的VTA DA细胞的突触强化是独特的持久性，持续3数月进入禁欲期并显示出对灭绝训练具有抗性（Chen等， 2008）。 因此，尽管最初被认为是一种短暂的事件，但似乎VTA中药物诱发的可塑性具有持久的能力，这表明给药方法（偶然与非偶然）是其长寿的关键决定因素。 。 这一点得到了观察结果的支持，即本研究中的对照组没有显示AMPA / NMDA比例的类似增加; 这表明它是对提示 - 奖励或行动 - 结果联想的学习，它正在推动可塑性。 相比之下，食物或蔗糖在相似参数下的自我管理会使7持续增加AMPA / NMDA比率，但禁止21天数增加，与可卡因诱导的相比，显然是短暂的（Chen等， 2008）。 食物诱导的可塑性缺乏持久性表明可卡因诱导的突触强度的变化不仅仅是操作性自我管理范式中涉及的工具或线索奖励学习过程的神经表征。 本身而是药物特异性效应，可能代表药物 - 线索关联的病理性强化。 如前所述，预测奖励的线索也被发现导致VTA中AMPA / NMDA比率的增加，尽管不那么持久，支持在奖励学习中改变兴奋性突触功能的作用（Stuber等， 2008).

有趣的是，无论注射次数（单次与多次），AMPA / NMDA比例增加的幅度都相似, 管理协议（或有与非偶然）和访问时长（有限访问与扩展访问）（Borgland等， 2004; 陈等人， 2008; Mameli等人， 2009）。 这表明在VTA DA细胞中观察到的AMPA / NMDA比率的增加可能是一种许可事件，可能表示“显着性”，而不是代表潜在的神经病理学的开始，其可能随着持续暴露而增加。

NAc兴奋性突触的药物诱发可塑性

与VTA不同，单次可卡因注射在测量24 h后不会引起NAc中突触强度的增加 （托马斯等人， 2001; Kourrich等人， 2007）。 这种观察和随后重复给药和停药的双向时间表d表明NAc中药物诱导的可塑性与VTA中观察到的明显不同。 确实， 当重复注射可卡因时（以便诱导行为致敏），当在最后一次给药后测量24 h时，在NAc壳突触处观察到AMPA / NMDA比率的降低。n（Kourrich等， 2007）。 这种来自重复可卡因的突触抑制似乎与VTA中的可塑性有关; 在VTA中选择性破坏mGluR1功能后，只需要单次注射可卡因即可引起同样的NAc突触抑制（Mameli等， 2009）。 Ť该研究的作者假设增强的VTA投射激发可能通过增强DA释放促进NA和DA中谷氨酸的同时释放。。 然后，这可以通过影响电路兴奋性或通过整合细胞内信号传导过程来改变NAc中诱导局部可塑性的阈值（Mameli等， 2009).

在此阶段，急性戒断期间NAc突触抑制的功能意义尚不清楚。 一种可能的解释可能是NAc中型多刺神经元（MSN）的抑制降低了它们对自然奖励刺激的反应，因此导致急性戒断期间经历的快感缺失。 也可能是AMPA / NMDA比例中观察到的减少可能是由于含有NR2B的NMDA受体的膜插入（因此增加了该比率的分母），因为在可卡因暴露后发现新的沉默突触发生在NAc壳中。 （黄等人， 2009）。 在没有AMPA受体介导的电流的情况下表达功能性NMDA受体介导的电流的无声谷氨酸能突触被认为具有增强的突触传递强化能力（Isaac等， 1995). 一旦产生，这些沉默的突触可以促进AMPA受体的募集，从而增强兴奋性突触传递。 这提供了一种可能的机制来解释AMPA受体表面水平的增加以及随后在长时间戒断期间在NAc中观察到的AMPAR / NMDAR比率 （Boudreau和Wolf， 2005; Boudreau等人， 2007; Kourrich等人， 2007; 康拉德等人， 2008）。 NAc中含有NR2B的NMDA受体也可能参与药物 - 背景关联的形成，因为这种亚基的siRNA敲低可以预防小鼠的吗啡CPP，但不能抑制行为致敏（Kao等， 2011).

与可卡因不同，当在最后一次暴露后测量24 h时，间歇性乙醇暴露的重复方案导致响应于先前LTD诱导刺激方案的突触增强（Jeanes等人， 2011）。 这种NMDA依赖性增强是短暂的，因为在进一步退缩48后它已消散，并且LTP和LTD都不能被诱导（Jeanes等， 2011）。 作者将NAc可塑性的这种强烈变化解释为该过程在乙醇诱导的神经适应中潜在重要性的指标。 此外，与精神兴奋剂不同，乙醇可以作用于NMDA受体，因此具有直接影响谷氨酸能信号传导的能力。

在停药一段时间后在NAc中观察到突触增强

与在急性戒断期间观察到的抑郁相反，在从重复的可卡因或吗啡施用中撤出10-14天后观察到NAc壳突触的增强（Kourrich等， 2007; 吴等人， 2012）。 此外，在单次施用可卡因的7天后，在表达多巴胺D的核心和壳NAc神经元中发现mEPSC的幅度增加以及由高频刺激（HFS）诱导的LTP的丧失。₁ 受体（Pascoli等， 2012）。 Ť他诱导突触可塑性能力的变化被称为化生性。 从可卡因自我给药中撤出后也观察到可卡因诱导的化生性。 因此，具有自我施用的可卡因随后3周灭绝或禁欲的大鼠显示出显着的 体内 在PFC刺激后，在NAc核心中发展LTP的能力不足。 这一观察结果伴随着输入 - 输出曲线向左移动，表明fEPSP振幅增强（Moussawi等， 2009）。 在自我给药后长时间戒断后，以增加的AMPA介导的电流的形式观察到NAc突触的增强（Conrad等， 2008). 总的来说，这些数据表明NAc中的突触增强作为停药持续时间的函数或作为自第一次施用可卡因以来的时间的函数而发展。 最近的一项研究支持后者的解释，因为在D中观察到mEPSC频率的类似增加₁ 尽管在重复使用可卡因后不存在或存在延长的停药期，但在小鼠中表达受体的MSNs（Dobi等， 2011). 因此，似乎导致NAc谷氨酸能传递变化的事件需要一些时间才能发展。

特定AMPA受体亚基对这种变化的贡献根据戒断阶段和给药方法而变化。 10-21天数从被动和自我给药中撤出含GluR2的AMPA受体似乎是AMPA传递变化的原因 （Boudreau和Wolf， 2005; Boudreau等人， 2007; Kourrich等人， 2007; Ferrario等人， 2010）超过21天时，缺乏AMPA受体的GluR2被添加到突触中。 后者的发现似乎只有在可卡因是自我管理的情况下（Conrad等， 2008; McCutcheon等人， 2011），虽然看（Mameli等， 2009）。 鉴于GluR2缺乏AMPA受体的电导增加，可能是它们的插入响应于由可卡因自我施用引起的NAc突触的抑制而发生，从而导致对将来触发可卡因寻求的兴奋性输入的MSN反应性增加。 实际上，阻断NAc中缺乏GluR2的AMPA受体会阻止培养的线索诱导的可卡因寻找的表达（Conrad等， 2008通过将GluR1 mRNA的反义寡核苷酸注射到NAc中也阻断了由AMPA或可卡因诱导的可卡因寻求（Ping等， 2008).

戒断后的药物攻击使突触增强恢复为抑郁

随后进一步注射可卡因（再次攻击）后，NAc中可卡因诱导的AMPA受体亚单位突触强度和表面表达的增加随后被逆转（再次攻击）（Thomas等， 2001; Boudreau等人， 2007; Kourrich等人， 2007; Ferrario等人， 2010）。 因此，当在可卡因注射后测量24 h时，在NAc壳中再次观察到突触抑制（Thomas等， 2001），虽然看（Pascoli等， 2012）。 在行为上，这似乎与致敏的表达相关，至少在安非他明的情况下，已被证明是网格蛋白介导的并且依赖于GluR2依赖的突触后AMPA受体的内吞作用（Brebner等， 2005）。 可卡因攻击后AMPA受体表面表达的降低是短暂的，因为在7天内，表面表达恢复到与未攻击的可卡因预处理大鼠相当的水平（Ferrario等， 2010). 因此，似乎可卡因暴露和戒断的历史可以很容易地改变NAc中突触可塑性的方向。

最近在D上皮质累积突触的增强之间建立了直接联系₁ 7天停药后的受体阳性细胞和致敏表达。 如前所述，在单次施用可卡因的7天后，发现这些突触在核心和壳中均增强（通过mEPSC振幅的增加测量）并且HFS诱导的LTP降低。 对于D上的突触没有发现相同的情况₂ 受体阳性细胞（Pascoli等， 2012）。 当反转光学时 体内 通过已知诱导LTD的方案，D上的皮质累积突触₁ - 受体阳性细胞显示出减少的mEPSC，并且阻止了运动致敏的表达。 重要的是，HFS诱导LTP的能力恢复到这些神经元（Pascoli等， 2012), 从而证明了皮质 - 累积突触的这种特定突触适应与可卡因致敏表达之间的直接联系。

转录因子

转录因子是与特定DNA序列结合的蛋白质，通过与RNA聚合酶II复合物相互作用来调节基因转录（Mitchell和Tjian， 1989）。 转录因子可以响应于环境刺激而被诱导或抑制，导致基因表达的变化并最终导致神经元功能。 已经鉴定了许多转录因子在成瘾中的潜在作用，因为它们的表达和活化在暴露于滥用药物时在中脑皮质素通路中受到调节。 ΔFosB是一种这样的转录因子，由于其不寻常的稳定性而受到特别关注。 ΔFosB是FosB基因的截短剪接变体，与其他Fos家族成员具有同源性，包括c-Fos，FosB，Fra1和Fra2，它们都与Jun家族蛋白（c-Jun，JunB或JunD）异二聚体形成激活蛋白-1（AP-1）转录因子（Morgan和Curran， 1995）。 这些其他Fos家族成员在纹状体中迅速诱导，以应对精神兴奋剂的急性给药，但由于其不稳定性，这种表达是短暂的，并在数小时内恢复到基础水平（Graybiel等， 1990; Young等人， 1991; Hope等人， 1992）。 相反，ΔFosB在慢性给药后在纹状体中累积，并且在最后一次药物暴露后其表达持续数周（Hope等， 1994; Nye等人， 1995; Nye和Nestler， 1996; Pich等人， 1997; 穆勒和Unterwald， 2005; McDaid等人， 2006）。 来自行为实验的数据支持ΔFosB在滥用药物所带来的一些持久效应中的作用。 纹状体中ΔFosB的过度表达导致对急性和慢性可卡因的运动反应增加，并增加可卡因和吗啡的增强特性（Kelz等， 1999; 科尔比等人， 2003; Zachariou等人， 2006），而ΔFosB的抑制会产生相反的行为效应（Peakman等， 2003）。 由于其能够增加滥用药物的激励动机特性，该转录因子已被提议用于代表促进向成瘾过渡的“分子开关”（Nestler， 2008).

cAMP反应元件结合蛋白（CREB）是另一种转录因子，由于其在药物诱导的可塑性中的作用而成为大量研究的焦点（McPherson和Lawrence， 2007）。 CREB在大脑中普遍存在，并且可以通过多种细胞内信号传导途径激活，最终导致其在丝氨酸133的磷酸化（Mayr和Montminy， 2001）。 磷酸化CREB（pCREB）刺激CREB结合蛋白（CBP）的募集，促进各种下游基因的转录（Arias等， 1994）。 暴露于精神兴奋剂后，pCREB在纹状体中迅速诱导（Konradi等， 1994; 卡诺等人， 1995; 沃尔特斯和布兰迪， 2001; Choe等人， 2002）这被假设为代表一种稳态机制，抵消对滥用药物的行为反应（McClung和Nestler， 2003; 董等人， 2006）。 与此相一致，NAc壳中CREB的过表达降低了条件性位置偏爱（CPP）范例中可卡因的有益特性，而在该区域中抑制CREB则观察到相反的情况（Carlezon等， 1998; Pliakas等人， 2001）。 类似地，背侧纹状体中基因敲除或抑制CREB赋予对精神兴奋剂的运动激活特性的增加的敏感性，进一步支持该假设（Fasano等， 2009; Madsen等人， 2012).

虽然来自CPP实验的数据支持CREB充当药物奖励的负调节剂的想法，但至少就可卡因而言，这可能过于简单化了。 许多使用各种技术改变NAc壳中CREB功能的研究表明，CREB的抑制减少了自我管理范式中的可卡因强化（Choi等， 2006; 格林等人， 2010; 拉森等人， 2011而在该地区，CREB过度表达增强了可卡因的强化（Larson等， 2011）。 这些不同的发现可能是由于器乐和巴甫洛夫调节程序以及自愿的基本差异 vs。 非自愿药物管理。 CPP涉及联想学习过程，并且被认为是药物的享乐特性而不是药物强化的间接测量 本身 （巴尔多和贝文斯， 2000）。 自愿药物自我管理可能受到许多情绪因素的影响，以及NAc中CREB活性减少对致焦虑刺激的反应的能力（Barrot等， 2002）并减轻抑郁行为（Pliakas等， 2001）可能会影响自我管理药物的倾向。 有趣的是，从PFC中删除CREB导致自我管理可卡因的动机减少（McPherson等， 2010），证明CREB操作对行为的影响也因不同的大脑区域而异。 鉴于CREB转录组根据细胞类型显着不同（Cha-Molstad等， 2004因此，重要的是确定CREB下游发生的基因表达的变化，这些变化有助于这些表型。 进一步复杂化的是观察到NAc壳中的CREB对于尼古丁CPP是必需的（Brunzell等， 2009），表明调节尼古丁奖励的机制不同于那些潜在的可卡因和吗啡，它们都被NAc壳中的CREB抑制作用增强（Carlezon等， 1998; Pliakas等人， 2001; Barrot等人， 2002).

表观遗传学机制

表观遗传学有许多定义，但在神经科学中，它通常被定义为通过调节染色质而发生的基因表达变化，这种变化不是由基础DNA序列的变化引起的（McQuown和Wood， 2010）。 染色质描述了包装在细胞内时的DNA状态。 染色质的基本重复单元是核小体，它由围绕由四对核心组成对的八聚体组成的147碱基对组成（H2A，H2B，H3和H4）（Luger等， 1997）。 这些核心组蛋白的氨基末端尾部可经历许多翻译后修饰，包括乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化和SUMO化（Berger， 2007）。 从组蛋白尾部添加和去除这些官能团是通过大量组蛋白修饰酶进行的，包括乙酰转移酶，脱乙酰酶，甲基转移酶，去甲基化酶和激酶（Kouzarides， 2007）。 这些组蛋白修饰用于指示转录因子和参与转录调控的其他蛋白质的募集，并改变染色质构象以使转录机制或多或少地接近DNA（Strahl和Allis， 2000; Kouzarides， 2007; Taverna等人， 2007）。 因此，表观遗传机制代表了环境刺激可以调节基因表达和最终行为的重要手段。

最近，染色质修饰被认为是药物诱导的可塑性和行为变化的重要机制（Renthal和Nestler， 2008; Bredy等人， 2010; 麦昆和伍德， 2010; 迷宫和雀巢， 2011; Robison和Nestler， 2011）。 这方面的第一个证据来自Kumar及其同事的实验，他们使用染色质免疫沉淀（ChIP）试验证明可卡因在纹状体的特定基因启动子处诱导组蛋白修饰（Kumar等， 2005）。 具体而言，急性给予可卡因导致H4高度乙酰化 cFos的 启动子，而慢性给药导致H3高度乙酰化 BDNF 和 Cdk5 发起人。 组蛋白乙酰化涉及将乙酰基酶促转移至组蛋白的基本N末端尾巴，从而中和组蛋白与带负电荷的DNA之间的静电相互作用，使其更易于转录装置使用（Loidl， 1994）。 这与可卡因急剧增加Fos家族转录因子表达的能力一致（Graybiel等， 1990; Young等人， 1991），而BDNF和Cdk5仅在长期暴露后才被诱导（Bibb等， 2001; Grimm等人， 2003).

组蛋白高乙酰化状态也可以通过施用组蛋白脱乙酰酶（HDAC）抑制剂实验性地实现，并且这些药物已经用于检查组蛋白乙酰化的全局增加对滥用药物的行为反应的影响。 全身给予HDAC抑制剂可协同增加纹状体内可卡因反应中观察到的高度乙酰化（Kumar等， 2005），这加强了可卡因诱导的运动和可卡因奖励（Kumar等， 2005; Sun等人， 2008; Sanchis-Segura等人， 2009）。 HDAC抑制还可以增加对乙醇和吗啡的运动敏感性，并促进吗啡CPP（Sanchis-Segura等， 2009但是，HDAC抑制剂也被发现可以防止单次吗啡暴露致敏（Jing et al。， 2011），并减少自我管理可卡因的动机（Romieu等， 2008）。 这些对比的发现可能反映了给药方案的差异，重要的是它们证明HDAC抑制剂不会在所有条件下不加选择地加强对药物的行为反应。

由于它们对基因转录的许可作用，HDAC抑制剂也可以促进某些类型的学习（Bredy等， 2007; Lattal等人， 2007）。 最近已经证明，再次暴露于先前可卡因配对环境后施用HDAC抑制剂可以促进可卡因诱导的CPP的消退，这可能与NAc中组蛋白H3乙酰化增加有关（Malvaez等， 2010）。 在CPP调理阶段将HDAC抑制剂suberoylanilide hydroxamic acid（SAHA）直接输注到NAc中可增加条件性可卡因奖励（Renthal等， 2007），表明该区域中的HDAC抑制可以促进奖赏相关学习和消退学习，这取决于施用药物的背景。 进一步的实验已经揭示了HDAC5的作用，并且内源性HDAC在NAc中在可卡因奖赏的调节中高度表达。 可卡因给药通过调节其去磷酸化和随后的核输入来增加HDAC5功能，并且NAc中HDAC5的去磷酸化损害了可卡因CPP的发展（Taniguchi等人， 2012）。 同样，在CPP调理阶段，NAAC中HDAC5的过量表达减弱了可卡因的奖赏，并且这种效应在NAc中突变形式的HDAC5表达后被逆转（Renthal等， 2007）。 HDAC5可能通过抑制药物诱导的基因转录发挥这些作用，这通常会增加可卡因的奖赏特性。

由于可卡因暴露而在NAc中发生的染色质修饰的全基因组分析揭示了CREB和ΔFosB下游基因启动子区域的大量染色质修饰（Renthal等， 2009）。 该分析还揭示了两种sirtuin，SIRT1和SIRT2的上调，这些蛋白质具有HDAC活性并且还可以使其他细胞蛋白去乙酰化（Denu， 2005）。 SIRT1和SIRT2的诱导与H3乙酰化增加和ΔFosB在其基因启动子处的结合增加有关，表明它们是ΔFosB的下游靶标（Renthal等， 2009）。 SIRT1和SIRT2的上调被认为具有行为相关性; sirtuins降低了NAc MSN的兴奋性 细胞/组织和sirtuins的药理学抑制减少了可卡因奖励，而它们的激活增加了对可卡因的有益反应（Renthal等， 2009).

除了HDAC的功能作用外，遗传学研究还揭示了组蛋白乙酰转移酶（HATs）在调解某些对滥用药物的行为反应中的作用。 可以说CBP能够增强基因转录的最重要机制是通过其固有的HAT活性（Bannister和Kouzarides， 1996），最近的研究结果暗示了CBP在药物暴露引起的一些表观遗传变化中的HAT活性。 为了应对急性可卡因，CBP被招募到了 FOSB 启动子，它可以使组蛋白H4乙酰化并增加FosB的表达（Levine等， 2005）。 在对于CBP而言单倍不足的小鼠中，较少的CBP被募集到启动子中，导致组蛋白乙酰化和FosB表达降低。 这也对应于纹状体中ΔFosB的累积较少，并且毫不奇怪，这些小鼠对可卡因的攻击表现出降低的致敏性（Levine等， 2005）。 最近，使用cre-lox重组系统Malvaez及其同事研究了特异性定位于NAc的CBP活性对可卡因诱导的基因转录和行为的作用（Malvaez等， 2011）。 据报道，靶向缺失NAc中的CBP导致组蛋白乙酰化和c-Fos表达降低，并且对急性和慢性可卡因的反应导致运动激活受损（Malvaez等， 2011）。 这些小鼠的条件性可卡因奖励也被抑制，这提供了NAc中CBP活性对药物相关记忆形成很重要的第一个证据（Malvaez等， 2011).

最近，坎德尔实验室的实验表明，表观遗传机制可能是尼古丁假设的充当“网关药物”的能力的基础。 与未使用尼古丁的小鼠相比，在可卡因暴露前用尼古丁长期预处理的小鼠表现出增强的运动敏感性和可卡因奖励（Levine等， 2011）。 此外，尼古丁预处理导致NAc核心兴奋性突触中可卡因诱导的LTP抑制增强，这种效应在单独使用尼古丁时未见。 7天尼古丁暴露引起的组蛋白修饰分析显示H3和H4乙酰化增加。 FOSB 纹状体中的启动子，这种作用在给予7天可卡因的反应中并不明显。 HDAC活性在尼古丁治疗的小鼠纹状体中降低，但在可卡因治疗的小鼠中未改变。 值得注意的是，将HDAC抑制剂直接注入NAc能够模仿尼古丁预处理增强可卡因的作用。 当在尼古丁之前用可卡因治疗小鼠时，没有观察到这些变化，证实了这些作用的时间特异性。 这组优雅的实验为为什么吸烟在人们中几乎总是先于可卡因的使用提供了可能的表观遗传学解释（Kandel， 1975; Kandel等人， 1992).

除组蛋白乙酰化外，组蛋白甲基化最近也被认为是由滥用药物诱导的行为相关的染色质修饰（Laplant等， 2010; Maze等人， 2010, 2011）。 组蛋白甲基化涉及在组蛋白尾部的N-末端将赖氨酸或精氨酸残基酶促加成一个，两个或三个甲基，并且与转录激活或抑制有关，这取决于修饰的性质（Rice和Allis） ， 2001）。 第一项检测由可卡因诱导的组蛋白甲基化的研究导致鉴定出两种组蛋白甲基转移酶，G9a和G9a样蛋白（GLP），这些蛋白在非可能性可卡因暴露和可卡因自身后在NAc 24 h中持续下调。 - 管理（Renthal等人， 2009; Maze等人， 2010）。 该下调与组蛋白H3赖氨酸9（H3K9）和27（H3K27）甲基化的类似降低有关。 随后，NAX中的G9a过表达被证明可减少可卡因诱导的所选基因的表达，通过CPP测量减少可卡因奖励，并抑制通常在反复可卡因中观察到的树突棘密度的增加（Maze等， 2010）。 当NAX中的G9a表达被抑制时，发生相反的情况，导致树突棘密度增加和可卡因奖励增加。 有证据表明，这些可卡因诱导的G9a表达变化以及随后H3K9和H3K27的减少受ΔFosB的调节（Maze等， 2010）。 总之，这些实验确定了G9a对重复暴露于可卡因的一些长期行为和生化后果中组蛋白甲基化的重要作用。

最近，组蛋白H3赖氨酸9（H3K9me3）的三甲基化被认为是NAc中急性和慢性可卡因暴露的动态调节（Maz等， 2011）。 重复的可卡因导致抑制性H3K9me3结合的持续减少，其特别富集在非编码基因组区域（Maze等， 2011）。 这些初步研究结果表明，重复的可卡因暴露可能导致NAc神经元中某些可逆转录元件的去除，并且确定这些新型表观遗传适应的行为后果将是非常有意义的。

鉴于成瘾的持久性，最近的研究还探讨了DNA甲基化的作用，与组蛋白修饰相比，这是一种更稳定的表观遗传适应。 DNA甲基化涉及向DNA中的半胱氨酸碱基添加甲基，并且通常与转录抑制相关（Stolzenberg等， 2011）。 对7天内接受被动可卡因注射或在13天内自我施用可卡因的大鼠脑的分析显示，在最后一次可卡因暴露后，NAc 3 h中DNA甲基转移酶DNMT24a的下调（Laplant等， 2010）。 相反，在更多的慢性可卡因暴露（3周或更长时间被动和自我管理）和28天停药期后， dnmt3a 发现NAc中的mRNA显着增强（Laplant等， 2010）。 随后显示在NAc中特异性地抑制DNA甲基化/ DNMT3a可增强CPP和对可卡因的运动致敏，而在该区域中过表达DNMT3a后观察到相反的情况。 此外，NAc中DNMT3a的抑制也阻止了可卡因诱导的树突棘密度增加（Laplant等， 2010）。 可卡因诱导的NAc脊柱密度改变的行为相关性仍然不是很清楚。 已经证明抑制药物诱导的脊柱诱导的操作会降低可卡因的有益特性（Russo等， 2009; Maze等人， 2010）; 然而，其他研究发现抑制脊柱发生会增加可卡因的奖赏（Pulipparacharuvil等， 2008; Laplant等， 2010）。 由于可卡因似乎在暴露和戒断过程中诱导各种树突棘的高度复杂调节（Shen et al。， 2009），有人认为这些差异可能取决于被改变的树突棘的类型（Laplant等， 2010).

从本文所述的实验中可以清楚地看出，药物诱导的细胞转录潜能调节代表了影响对药物和奖赏相关学习的行为反应的关键机制。 重要的下一步是确定哪些表观遗传变化与人类疾病成瘾状态最相关。 鉴于单纯接触药物不足以在人类和动物中产生“成瘾”，因此结合更接近成瘾行为标志的模型，例如强制性药物使用和复发将具有重要价值。