压力和成瘾：促肾上腺皮质素释放因子（CRF）系统在神经可塑性中的作用（2012）

促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）系统

CRF，也称为促肾上腺皮质激素释放激素（CRH），已被证明可诱导与压力适应相关的各种行为变化。 任何时候CRF系统的失调都可能导致各种精神疾病，如抑郁症，强迫症，创伤后应激障碍和SUD（科尔等人， 1990; Sarnyai等人， 1992, 2001; Cador等人， 1993; Koob和Kreek， 2007; Koob和Le Moal， 2008a）。 足部引起的压力已被证明可有效诱导酒精恢复（Le et al。， 1998, 2000; Gass和Olive， 2007; 理查兹等人， 2008），尼古丁（Buczek等， 1999），可卡因（Erb等， 1996），鸦片制剂和糖尿病兴奋剂（Lu等， 2003）和海洛因（Shaham等， 1997）寻求。 特别是CRF与药物复原有关（Shaham等， 1997; Le等人， 2002; 刘和韦斯， 2002; Funk等人， 2006）。 CRF也被证明在退出慢性乙醇期间会产生类似焦虑的行为（Baldwin等， 1991; Overstreet等人， 2004并且可能导致持续的脆弱性和最终复发。

CRF系统由四个配体组成：CRF，urocortin（UCN）（Vaughan等， 1995）1，2和3，两种G蛋白偶联受体（GPCR），CRF受体1（CRF-R1）和CRF受体2（CRF-R2），以及分泌的CRF结合蛋白（CRF-） BP）; 见表 Table11 和（贝尔和淡水河谷， 2004）用于CRF系统审查。

它最初被确定为下丘脑因子，负责刺激垂体前叶分泌促肾上腺皮质激素（ACTH）（Guillemin和Rosenberg， 1955; Saffran等人， 1955）它刺激糖皮质激素合成和分泌形成肾上腺皮质（特恩布尔和里维耶， 1997）。 它的名称是在1980年代进行生化鉴定之前的XNUMX年（Vale等， 1981）其在国家生物技术信息中心（NCBI）的基因标识符是CRH。 它是4.7-kilo-Dalton（kDa）肽，由41-氨基酸残基组成。 下丘脑室旁核（PVN）的神经分泌神经元合成CRF（Meloni等， 2005）。 然后将CRF释放到传入门静脉血管中至垂体前叶 它在体循环中诱导ACTH释放。 下丘脑 - 垂体 - 肾上腺（HPA）轴受糖皮质激素的负反馈调节，糖皮质激素特异性激活PVN和海马中的糖皮质激素受体。 CRF也在HPA轴外表达，以控制对压力源的自主和行为反应 （Palkovits等， 1983; Swanson等人， 1983）包括压力诱导的寻求药物的恢复。

CRF通过激活CRF-R1和CRF-R2介导生理应激反应，CRF-RXNUMX和CRF-RXNUMX分布在整个外周和大脑 （De Souza， 1995; 贝尔和淡水河谷， 2004）。 据信CRF与CRF-R的结合是两步机制。 受体的N-末端最初与CRF的C-末端结合，从而引发受体的重排（Grace等， 2007）。 CRF N末端与受体上的其他位点接触以启动细胞信号传导（Vale等， 1981; Rivier等人， 1984并因此激活G蛋白（Nielsen等， 2000; Grace等人， 2004; Rijkers等人， 2004; Yamada等人， 2004; 霍尔， 2005）。 CRF系统包含与CRF具有结构同源性的其他肽。 UCN 1显示与CRF的45％序列同一性，并以高亲和力结合两种CRF受体亚型（Perrin等， 1995CRF与CRF-R1的亲和力最高（Vaughan等， 1995; 伯内特， 2005）。 UCN 2，也称为stresscopin相关肽，和UCN 3，也称为stresscopin特异性结合CRF-R2（Hsu和Hsueh， 2001; Lewis等人， 2001; 雷耶斯等人， 2001).

CRF-R1具有415氨基酸残基，并且在外周和CNS中表达（Chang等， 1993; 陈等人， 1993; Vita等人， 1993; Potter等， 1994; Tsai-Morris等人， 1996; Sanchez等人， 1999; Van Pett等人， 2000). 由CRF激活CRF-R1介导的慢性应激与焦虑症的发展有关 （Arborelius等， 1999）; CRF-R1拮抗剂已被证明可以减轻类似焦虑的行为（Funk等， 2007）。 缺失CRF-R1（CRF-R1敲除（KO）小鼠）的转基因小鼠对压力和焦虑的反应减少，进行综合评价见（Bale和Vale， 2004）。 然而，这种抗焦虑作用可能归因于临床前模型中循环糖皮质激素的减少（Tronche等， 1999）。 产生条件性KO小鼠系以区分行为与神经内分泌CRF介导的CRF-R1信号传导途径。 边缘结构的选择性失活，而不是HPA系统的选择性失活已经表明CRF-R1调节焦虑样行为并且它独立于HPA（Muller等， 2003）。 此外，CRF-R1被认为会增加酒精复发行为的易感性（Hansson等， 2006; Heilig和Koob， 2007）。 最近的一项研究评估了HPA内外CRF的作用，表明CRF通过CRF-R1信号传导可能对压力相关的酒精消耗产生相反的影响（Molander等， 2012).

CRF-R2有三种变体：α，β和γ。 α由411氨基酸残基组成，β由413-418氨基酸残基组成。 两者都存在于大脑和外围; 然而，CRF-R2β主要存在于心脏和血管系统中（Lovenberg等， 1995a,b; Kimura等人， 2002; 伯内特， 2005）。 γ变体是一种较小的肽，仅含有397氨基酸残基，仅存在于人脑中（Kostich等， 1998）。 CRF-R2在调节应激反应中的确切作用是一项深入研究的主题。 缺失CRF-R2（CRF-R2 KO小鼠）的遗传小鼠模型研究表明，CRF-R2的CRF活化可导致对应激物的反应增加或减少（Bale等， 2000, 2002; Coste等人， 2000; Kishimoto等人， 2000).

缺乏支持免疫组织化学实验的特异性抗血清和配体结合方法的低分辨率限制了研究以阐明CRF-Rs分布并限制mRNA水平的分析。 为克服这一障碍，已成功生成报告CRF-R1与绿色荧光蛋白（GFP）表达的转基因小鼠，为研究CRF-R1信号在应激适应中的作用提供了一种新工具（Justice等， 2008).

CRF-BP是一种水溶性37 kD蛋白，由322氨基酸残基组成（Bale和Vale， 2004）。 它是一种分泌的糖蛋白，有效地储存在分泌颗粒中，通过胞吐作用释放到细胞外空间（Blanco等， 2011）。 它含有天冬氨酸N-连接型寡糖，这对于CRF-BP与CRF的结合至关重要（Suda等， 1989）。 以前鉴定CRF-BP小分子抑制剂的尝试取得了有限的成功，部分原因是CRF与CRF-BP结合的高亲和力（皮摩尔）（Behan等， 1995a）还因为CRF-BP全长（FL）易受自催化蛋白水解的影响（Woods等， 1999）。 自发蛋白水解切割产生更大的27 kD，CRF-BP（27 kD）的N-末端片段，其保留CRF的结合位点和较小的9.6 kD C-末端片段CRF-BP（10 kD）（Woods等人， 1999）没有明显的生理或病理作用。 已经在氨基酸残基丝氨酸234和丙氨酸235之间鉴定了CRF-BP（FL）中的独特切割位点。 两个片段的产生使得成功纯化足够量的CRF-BP（FL）以研究天然蛋白质的生理学特性变得极其困难。 CRF-BP分布于血浆，羊膜和滑液，胎盘，脑下垂体，肝脏以及几个不同的大脑区域，包括大脑皮质，海马（Behan等， 1995a），杏仁核（Herringa等， 2004）和VTA（王和莫拉莱斯， 2008）。 在外周，循环CRF-BP中和CRF的生理作用（Kemp等， 1998）。 由于与CRF的高亲和力，据信CRF-BP通过减少游离CRF的量起缓冲作用。 然而，在大脑中，CRF-BP主要是膜结合的，并且在神经元和神经胶质细胞中以不同的量表达（Behan等， 1995b）。 在神经细胞内，最近的研究结果表明VTA多巴胺能和γ-氨基丁酸（GABAergic）神经元的离散亚群表达CRF-BP（Wang和Morales， 2008）。 CRF-BP在中枢神经系统（CNS）中的生理作用尚不清楚。 此外，理论认为CRF-BP可能有助于从体内清除CRF，也可能保护CRF免于降解（Seasholtz等， 2002）。 遗传小鼠模型研究删除CRF-BP（CRF-BP KO小鼠）已表明焦虑样行为有所增加（Karolyi等， 1999）。 Ë电生理学研究表明CRF通过CRF-R2信号加强VTA中N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）介导的兴奋性突触后电流（EPSCs） （Ungless等， 2003）。 此外，使用CRF（6-33），一种在CRF-BP结合位点与CRF竞争但不与CRF-R2结合的肽，显示它阻断了CRF诱导的NMDAR介导的EPSC增强（Ungless）等人， 2003）。 总之，这些结果表明CRF-BP在调节CRF系统中具有不同的作用。 正如所述 细胞/组织 和 体内 研究，净化人类CRF-BP（FL）的数量足以进行调查迄今尚未成功（Woods等， 1997）。 目前还没有任何研究工具通过在细胞表面表达CRF-BP来表征CRF-BP在CNS中的作用。 因此，无法确定CRF-BP是否特异性参与CRF-R2信号传导。 表中描述了CRF结合参与成瘾行为的概述 Table22.

CRF在杏仁核中的细胞参与

杏仁核被认为是情绪反应的关键大脑区域，对于提供感官信息的情感显着至关重要（Adolphs等， 1994; 勒杜， 2003; 菲尔普斯和LeDoux， 2005）。 通过研究条件性恐惧反应，研究了杏仁核特定细胞核中的负性情感反应（Davis， 1992a,b）。 杏仁核与其他边缘区域广泛连接，参与整合感觉和认知信息（LeDoux， 1992, 1993). 实验证据强烈表明滥用药物作用于该系统并且可以改变突触事件，尤其是在撤回期间。 虽然VTA与乙醇的增强作用有关（Gatto等， 1994），GABA能系统的激活与酒精的抗焦虑作用有关（Frye和Breese， 1982）。 除了NAcc外壳的奖赏回路外，还发现由药理学应激源激活的大脑区域，如育亨宾和足部休克，在基底外侧和中央杏仁核以及纹状体末端的床核（BNST）中是特异性的。 （Funk等人， 2006）。 临床前研究表明，暴露和戒除乙醇会诱导大鼠杏仁核的功能和生化变化，这表明该循环涉及长期乙醇暴露后焦虑样行为的长期增加（Christian等， 2012).

杏仁核介导对厌恶刺激的条件性和无条件反应 （戴维斯和惠伦， 2001通过将条件刺激与厌恶的无条件刺激配对，使用巴甫洛夫恐惧条件进行调查。 无条件刺激的再次暴露引发了条件性无条件关联所导致的条件性恐惧反应（Pitts等， 2009）。 关联信号发生在基底外侧杏仁核（BLA），然后传递到杏仁核（CeA）的中央核（麦克唐纳， 1998; 麻仁， 1999; 戴维斯和施， 2000; Pitkanen等人， 2000; Pare等人， 2004）。 这种传播过程涉及正面和负面的联系。

CRF系统的所有组成部分，CRF，CRF-R和CRF-BP均以杏仁核表示 （波特等人， 1994）。 F此外，杏仁核是含有CRF的神经元的主要下丘脑外源 （Palkovits等， 1983; Van Pett等人， 2000）。 BLA和CeA细胞核都在应激反应中发挥作用（Richter等， 1995; Merali等人， 1998; Koob和Heinrichs， 1999）。 广泛的研究表明， CRF系统参与涉及BLA-CeA电路的内存整合 （Roozendaal等， 2002; Hubbard等人， 2007）。 据观察，杏仁核中CRF释放在急性停药期间增加（Richter和Weiss， 1999）; 因此， 有人假设CRF可能调节药物诱发的突触可塑性（Ungless等人， 2001, 2003）和最近的评论，见（Luscher和Malenka， 2011）。 负强化的神经元基础知之甚少; 然而，最近的行为研究表明，CRF能够在从可卡因中撤出后两周内通过CRA-R1增强兴奋性突触电流（Pollandt等， 2006).

最近的一项研究表明，CRF-R1在焦虑中具有双向作用（Refojo等， 2011）。 虽然中脑多巴胺能神经元中CRF-R1的缺失增加了焦虑样行为并减少前额皮质中的多巴胺释放，但前脑谷氨酸能神经元网络中CRF-R1的缺失减少了焦虑并破坏了杏仁核和海马的传播（Refojo et人， 2011).

CRF的作用也在自愿乙醇消费中进行了广泛评估，使用基因表达和临床前模型中的遗传变异（Bjork等， 2010）进行广泛的审查。 在乙醇暴露的动物中，通过施用CRF-R1拮抗剂减少乙醇摄入，并使用减少焦虑样行为的药理学干预进行测试（Logrip等， 2011; Zorrilla和Koob， 2012）。 在缺失CRF-R1（CRF-R1 KO）的转基因小鼠中也观察到乙醇摄入的减少（Chu等， 2007）。 CRF-R1拮抗剂减少药物戒断相关的焦虑，减轻乙醇长期暴露引起的乙醇负面增强作用（Ghitza等， 2006; Marinelli等人， 2007; 李等人， 2007; Koob和Le Moal， 2008b; 理查兹等人， 2008）。 CRF-R1抑制剂已显示减轻应激诱导的受训动物中可卡因和海洛因的复发（Shaham等， 1998并且减少应激诱导的恢复和应激诱导的许多成瘾药物（Koob和Zorrilla， 2010).

利益冲突声明

作者声明，研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。