VTA興奮性突觸的藥物誘發增強作用

Ungless及其同事的一項開創性研究 2001 研究表明，單次暴露於可卡因可導致VTA DA神經元興奮性突觸的突觸強度增強，此時在腦切片中測量24 h（Ungless等， 2001）。 這被測量為AMPA介導的興奮性突觸後電流（EPSC）與NMDA介導的EPSC（稱為AMPA / NMDA比率）之比的增加。 隨後電誘發的LTP顯示在可卡因處理的小鼠中的興奮性VTA突觸處被阻塞，而LTD被增強。 這些觀察以及許多其他電生理學測量表明觀察到的可塑性變化可能與突觸誘發的LTP具有相似的機制（Ungless等， 2001). 從那時起，已經證明給予其他濫用藥物包括安非他明，嗎啡，乙醇，尼古丁和苯二氮卓類藥物也可以誘導VTA中突觸強度的增加，這種情況在沒有濫用潛力的精神活性藥物中是看不到的。 （Saal等人， 2003; 高等人， 2010; Tan等人， 2010）。 該觀察結果證明了所有濫用藥物在VTA內的細胞反應的收斂，並提供了可能的神經機制，通過該神經機制可以觸發成癮的初始神經適應。

非臨床藥物給藥對VTA突觸可塑性的影響是短暫表達的，至少持續5但小於10天，並且已顯示與行為致敏的初始發展正相關，但與其表達無關 （Ungless等， 2001; Saal等人， 2003; Borgland等人， 2004). 如果可卡因是自我管理的，那麼結果就會大不相同，因為VTA中的可塑性變得持久，甚至可以在90天內被檢測到 （陳等人， 2008).

谷氨酸能突觸對VTA DA細胞的增強可能與濫用藥物增強NAc中細胞外DA的能力有關。 （Di Chiara和Imperato， 1988）的並且可能代表“病理性”獎勵學習的開始，其中發生藥物 - 線索關聯的“加蓋”。 事實上，在獲得線索獎勵關聯期間，VTA DA神經元中已經報導了谷氨酸能突觸強度的NMDA受體依賴性增加（Stuber等， 2008並且最近證實可卡因選擇性地增加VTA神經元的AMPA / NMDA比率，其投射到NAc而不是PFC（Lammel等人， 2011); 眾所周知，NAc內的多巴胺傳遞對於收購巴甫洛夫協會至關重要 （凱利， 2004). 因此，可能VTA DA神經元的增強可能代表與LTP類似的神經編碼，可能是一種聯想學習過程，這可能對早期可卡因誘導的行為反應至關重要，並且具有引發成癮的長期適應的能力，雖然不代表上癮的國家本身。 正如其他人所提出的那樣，成癮藥物可能會選擇大腦獎勵迴路來“過度研究”藥物對有機體的價值 （Kauer和Malenka， 2007).

涉及藥物誘導的可塑性的VTA的相關谷氨酸能投射的起源仍有待完全闡明。 一項研究表明，來自VTA本身和腳趾腦核（PPN）的投射所靶向的VTA谷氨酸能突觸顯示出來自可卡因的強化增強，但只有接受來自PPN傳入的輸入的突觸被加強Δ⁹-tetrahydrocannabinol（THC）（Good and Lupica， 2010). 因此，似乎參與藥物誘導的增強的特定谷氨酸能傳入可以根據所討論的藥物而變化，並且也可能是特定預測對於VTA中所有藥物誘發的興奮性可塑性是共同的; 後者尚未確定。 TVTA接受來自多個大腦區域的廣泛預測，包括PFC，杏仁核和丘腦底核（Geisler和Wise， 2008），其中許多已被證明會影響VTA DA神經元的爆發（Grillner和Mercuri， 2002）。 利用光遺傳學技術的未來實驗可以幫助確定在響應各種濫用藥物時觀察到的VTA突觸中藥物誘發的增強作用的特定預測，從而揭示了這種神經適應的確切性質。

VTA興奮性突觸中藥物誘發的突觸可塑性的機制

與中腦DA神經元中的電誘導LTP一樣，可卡因和尼古丁誘導的VTA中突觸強度的增加已被證明是 依賴於NMDA受體激活 （Bonci和Malenka， 1999; Ungless等人， 2001; 毛等人， 2011）。 相反，最近顯示維持可卡因誘發的增強需要蛋白激酶Mζ的活性（Ho等， 2012），一種自主活性蛋白激酶C（PKC）同種型，而藥物幼稚小鼠的VTA DA神經元中的尖峰時序依賴性LTP取決於常規PKC同種型（Luu和Malenka， 2008）。 在尼古丁的情況下，VTA突觸增強需要激活由神經性樹突狀α4β2菸鹼型乙酰膽鹼受體（nAChRs）介導的DA神經元（Mao等， 2011）。 尼古丁誘導的突觸前谷氨酸釋放的增加也有助於誘導這種特殊的突觸可塑性，可能是通過增加NMDA受體的激活（Mao等， 2011).

關於可卡因誘發的突觸可塑性的機制比其他濫用藥物引起的潛在可塑性相對更為人所知。 可卡因應用於中腦切片導致NMDA受體傳遞在幾分鐘內增強，並且建議通過需要激活D的機制將含NR2B的NMDAR插入突觸中。₅ 受體和新蛋白質合成（Schilstrom等， 2006; Argilli等人， 2008）。 還顯示食慾素A對於快速可卡因誘導的含NR2B的受體的插入和增加的AMPA / NMDA比率是必需的。 相應的食慾素₁ 受體拮抗劑SB334867已被證明可以防止對可卡因過敏的發生（Borgland等， 2006). 除了NMDA受體亞單位表達的變化外，一旦可卡因暴露後1 h，就會觀察到突觸中含GluR2（GluR3）的AMPA受體水平增加。e（Argilli等， 2008）。 這一觀察結果與其他近期證據相結合，導致了這一假設，即高導電性GluR2缺失受體的突觸插入有助於VTA中可卡因誘導的突觸增強的表達（Dong等， 2004; Bellone和Luscher， 2006; Mameli等人， 2007; 布朗等人， 2010; Mameli等人， 2011），評論見（Kauer和Malenka， 2007; 狼和曾， 2012）。 這種缺乏AMPA受體的GluR2的插入依賴於VTA DA神經元中的NMDA受體傳遞，因為它在DA神經元中缺乏功能性NMDA受體的小鼠中不存在（Engblom等， 2008; Mameli等人， 2009）。 一世GluR2缺乏AMPA受體的插入是重要的，因為它們具有獨特的性質; 它們具有鈣滲透性，比含GluR2的受體具有更大的單通道電導，因此具有改變突觸傳遞的巨大能力 （Isaac等人， 2007). 因此，在VTA中插入缺乏GluR2的AMPA受體代表了一種可能的機制，濫用藥物可以通過這種機制實例化藥物使用初始階段的塑料適應性.

將缺乏AMPA受體的GluR2插入VTA興奮性突觸現已被證明可以應對來自多種類別（如尼古丁和嗎啡）的藥物以及DA VTA神經元的光遺傳激活。 （布朗等人， 2010）。 Ť他的研究結果表明，缺鈣的GluR2缺乏AMPA受體的插入代表了一種可能成為VTA突觸藥物誘發增強的通用機制（布朗等人， 2010雖然安非他明的數據不一定與這一假設一致（Faleiro等， 2004）。 此外，由於缺乏GluR2的AMPA受體向內整流並因此在+ 40 mV下傳導非常小的電流，單獨它們的插入不能解釋藥物誘發的AMPA / NMDA比率的增加。 最近一項測量由高度局部化的谷氨酸來源（籠養谷氨酸的雙光子光解）誘發的單位突觸反應的研究顯示，除了影響AMPA受體介導的EPSC之外，可卡因暴露還降低了單一NMDA受體介導的EPSC（Mameli等）。人， 2011），從而提供了一種可能的機制，通過該機制可以在這種情況下增加AMPA / NMDA比率（通過降低比率的分母）。 這還有待與其他濫用藥物一起調查。

含有GluR2的GluR2與缺乏AMPA受體的藥物誘導的交換可以通過激活VTA中的mGluR1受體來逆轉 （Bellone和Luscher， 2006; Mameli等人， 2007）。 因此，mGluR1介導的AMPA受體交換提供了一種機制，可以解釋為什麼VTA突觸的藥物誘發增強在性質上是短暫的，持續5但不是10天（Ungless等， 2001; Mameli等人， 2007）。 事實上，如果VTA中的mGluR1功能在可卡因給藥前減少了24 h，那麼可卡因誘導的內向整流持續超過7天（Mameli等， 2007, 2009）。 因此，可卡因自我給藥後可卡因誘發的突觸強化持續存在的一個可能解釋（與非偶然給藥不同）可能是可卡因自我給藥導致VTA中mGluR1信號傳導的抑制。

藥物誘發突觸可塑性在VTA的抑制性突觸

Exsitatory突觸不是VTA DA神經元中唯一受到非特遣隊濫用藥物影響的突觸類型。 VTA中的抑制性突觸在控制DA神經元的放電率方面也具有關鍵作用，因此GABA能神經突觸的可塑性具有顯著影響DA傳遞的能力。 事實上，可卡因，嗎啡和乙醇都可以影響VTA中的抑制性突觸可塑性（Melis等， 2002; 劉等人， 2005; Nugent等人， 2007）。 反復接觸可卡因 体内 對於5-7天導致GABA介導的突觸電流幅度減小， 從而通過降低GABA能抑制的強度促進VTA細胞中的LTP誘導 （劉等人， 2005）。 隨後的研究揭示了這種抑制的機制 GABA能神經突觸的內源性大麻素依賴性LTD 涉及激活ERK1 / 2（Pan等， 2008, 2011）。 GABA_A VTA多巴胺神經元上的受體突觸也表現出強大的NMDA依賴性LTP（稱為LTP）_GABA）響應高頻刺激（Nugent等， 2007）。 這個LTP_GABA 在VTA切片2和/或24之後不存在 体内 給予嗎啡，尼古丁，可卡因或乙醇（Nugent等， 2007; 關和葉， 2010; Niehaus等人， 2010）。 在乙醇的情況下預防LTP_GABA 由μ-阿片受體介導（關和葉， 2010) 與興奮性突觸的突觸增強一起，這種LTP的喪失_GABA 應該增加藥物暴露後VTA DA神經元的放電。

最近還發現緩慢的GABA傳播受到濫用藥物的影響。 因此，單劑量的甲基苯丙胺或可卡因足以顯著削弱GABA的能力_B 測量時控制VTA GABA神經元放電的受體 離體 24 h後來（Padgett等， 2012）。 甲基苯丙胺誘導的緩慢抑制性突觸後電位（IPSC）的喪失源於GABA的減少_B 由於蛋白質運輸的變化，受體-G蛋白偶聯的內向整流鉀通道（GIRK）電流，伴隨著突觸前GABA敏感性的顯著降低_B VTA的GABA神經元中的受體。 與藥物誘導的對GABA的影響不同_A 突觸這種GABA抑鬱症_BR-GIRK信號在註射後持續數天（Padgett等， 2012).

VTA DA細胞中藥物誘發電位的行為相關性

如前所述，非偶然給藥對VTA DA神經元中突觸可塑性的影響是短暫表達的，至少持續5但小於10天，並且已顯示與行為致敏的初始發展呈正相關，但與其表達無關。 （Ungless等， 2001; Saal等人， 2003; Borgland等人， 2004）。 為了支持VTA突觸的藥物誘發增強代表誘導行為致敏的假設，谷氨酸拮抗劑的VTA內給藥減少，並且病毒介導的GluR1上調增強了藥物的運動敏感性（Carlezon等， 1997; Carlezon和Nestler， 2002）。 含有NR2A和B的NMDA受體參與的有力證據表明，藥理學上的抑製作用可以防止致敏的發生和相關的可卡因誘導的AMPA / NMDA比率的增加（Schumann等， 2009）。 然而，靶向缺失NR1或GluR1（對中腦DA神經元有選擇性）或全球GluR1缺失的小鼠表現出完整的行為致敏，但在可卡因治療後仍表現出AMPA受體電流受損（Dong et al。， 2004; Engblom等， 2008）。 在GluR1基因敲除小鼠中不存在CPP和條件性運動行為的觀察結果提供了額外的扭曲（Dong等， 2004）GluR1缺失靶向中腦DA神經元的小鼠中不存在可卡因CPP的消退（Engblom等， 2008在NR1基因敲除小鼠中，可卡因CPP的恢復和行為致敏的表達減弱（Engblom等， 2008; Zweifel等人， 2008）。 因此，即使在突變小鼠中潛在的發育補償的警告和/或可能的不完全缺失，也可能解釋控制DA神經元的藥物誘發的增強和行為致敏的神經過程。 相反，可能是VTA突觸的增強可能有助於將激勵顯著性歸因於與藥物相關的線索。

在非臨時藥物施用後測量突觸變化在通知成癮的實際疾病狀態方面是有限的。 與人類狀況更相關的是在臨時藥物施用後測量突觸可塑性變化的研究，例如，操作性自我施用。 在這方面，通過自我施用可卡因誘導的VTA DA細胞的突觸強化是獨特的持久性，持續3數月進入禁慾並顯示出對滅絕訓練的抵抗力（Chen等， 2008）。 因此，儘管最初被認為是一種短暫的事件，但似乎VTA中藥物誘發的可塑性具有持久的能力，這表明給藥方法（偶然與非偶然）是其長壽的關鍵決定因素。 。 這一點得到了觀察結果的支持，即本研究中的對照組沒有顯示AMPA / NMDA比率的類似增加; 暗示這是對提示 - 獎勵或行動 - 結果關聯的學習，這正在推動可塑性。 相比之下，食物或蔗糖在類似參數下的自我管理會使7持續增加AMPA / NMDA比率，而不是21天進入禁慾期，與可卡因誘導的相比，顯然是短暫的（Chen等， 2008）。 食物誘導的可塑性缺乏持久性表明可卡因誘導的突觸強度的變化不僅僅是操作性自我管理範式中涉及的工具或線索獎勵學習過程的神經表徵。 本身而是藥物特異性效應，可能代表藥物 - 線索關聯的病理性強化。 如前所述，預測獎勵的線索也被發現導致VTA中AMPA / NMDA比率的增加，儘管不那麼持久，支持在獎勵學習中改變興奮性突觸功能的作用（Stuber等， 2008).

有趣的是，無論注射次數（單次與多次），AMPA / NMDA比率的增加幅度都相似, 管理協議（或有與非偶然）和訪問時長（有限訪問與擴展訪問）（Borgland等， 2004; 陳等人， 2008; Mameli等人， 2009）。 這表明在VTA DA細胞中觀察到的AMPA / NMDA比率的增加可能是一種許可事件，可能表示“顯著性”，而不是表示潛在的神經病理學的開始，這可能隨著持續暴露而增加。

NAc興奮性突觸的藥物誘發可塑性

與VTA不同，單次可卡因注射在測量24 h後不會引起NAc中突觸強度的增加 （托馬斯等人， 2001; Kourrich等人， 2007）。 這種觀察和隨後重複給藥和停藥的雙向時間表d表明NAc中藥物誘導的可塑性與VTA中觀察到的明顯不同。 確實， 當重複注射可卡因時（以便誘導行為致敏），當在最後一次給藥後測量24 h時，在NAc殼突觸處觀察到AMPA / NMDA比率的降低。n（Kourrich等， 2007）。 這種來自重複可卡因的突觸抑制似乎與VTA中的可塑性有關; 在選擇性破壞VTA中的mGluR1功能後，只需要單次注射可卡因即可導致同樣的NAc突觸抑制（Mameli等， 2009）。 Ť該研究的作者假設增強的VTA投射激發可能通過DA的增強釋放促進NAc中DA和谷氨酸的同時釋放。。 然後，這可以通過影響電路興奮性或通過整合細胞內信號傳導過程來改變NAc中誘導局部可塑性的閾值（Mameli等， 2009).

在此階段，急性戒斷期間NAc突觸抑制的功能意義尚不清楚。 一種可能的解釋可能是NAc中型多刺神經元（MSN）的抑制降低了它們對自然獎勵刺激的反應，因此導致急性戒斷期間經歷的快感缺失。 也可能是AMPA / NMDA比率觀察到的減少可能是由於含有NR2B的NMDA受體的膜插入（從而增加了該比率的分母），因為在可卡因暴露後發現新的沉默突觸發生在NAc殼中。 （黃等人， 2009）。 在沒有AMPA受體介導的電流的情況下表達功能性NMDA受體介導的電流的無聲谷氨酸能突觸被認為具有增強的突觸傳遞強化能力（Isaac等， 1995). 一旦產生，這些沉默的突觸可以促進AMPA受體的募集，從而增強興奮性突觸傳遞。 這提供了一種可能的機制來解釋AMPA受體表面水平的增加以及隨後在長時間戒斷期間在NAc中觀察到的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受體也可能參與藥物 - 背景關聯的形成，因為這種亞基的siRNA敲低可以預防小鼠的嗎啡CPP，但不能抑制行為致敏（Kao等， 2011).

與可卡因不同，當在最後一次暴露後測量24 h時，間歇性乙醇暴露的重複方案導致響應於先前LTD誘導刺激方案的突觸增強（Jeanes等人， 2011）。 這種NMDA依賴性增強是短暫的，因為在進一步退化48後它已經消散，並且LTP和LTD都不能被誘導（Jeanes等， 2011）。 作者將NAc可塑性的這種強烈變化解釋為該過程在乙醇誘導的神經適應中的潛在重要性的指標。 此外，與精神興奮劑不同，乙醇可以作用於NMDA受體，因此具有直接影響谷氨酸能信號傳導的能力。

在停藥一段時間後在NAc中觀察到突觸增強

與在急性戒斷期間觀察到的抑鬱相反，在從重複的可卡因或嗎啡施用中撤出10-14天后觀察到NAc殼突觸的增強（Kourrich等， 2007; 吳等人， 2012）。 此外，在單次施用可卡因7天后，在表達多巴胺D的核心和殼NAc神經元中發現mEPSC的幅度增加以及由高頻刺激（HFS）誘導的LTP的喪失。₁ 受體（Pascoli等， 2012）。 Ť他誘導突觸可塑性能力的變化被稱為化生性。 從可卡因自我給藥中撤出後，也觀察到可卡因誘導的化生性。 因此，具有自我施用的可卡因隨後3週滅絕或禁慾的大鼠顯示出顯著的 体内 在PFC刺激後，在NAc核心中發展LTP的能力不足。 這一觀察結果伴隨著輸入 - 輸出曲線向左移動，表明fEPSP振幅增強（Moussawi等， 2009）。 在自我給藥後長時間戒斷後，以增加的AMPA介導的電流的形式也觀察到NAc突觸的增強（Conrad等， 2008). 總的來說，這些數據表明NAc中的突觸增強作為停藥持續時間的函數或作為自第一次施用可卡因以來的時間的函數而發展。 最近的一項研究支持後者的解釋，因為在D中觀察到mEPSC頻率的類似增加₁ 儘管在重複的可卡因給藥後不存在或存在延長的停藥期，但在小鼠中表達受體的MSNs（Dobi等， 2011). 因此，似乎導致NAc中谷氨酸能傳遞變化的事件需要一些時間來發展。

特定AMPA受體亞單位對這種變化的貢獻根據戒斷階段和給藥方法而變化。 從被動和自我給藥中撤出的10-21天數含有GluR2的AMPA受體似乎是AMPA傳遞變化的原因 （Boudreau和Wolf， 2005; Boudreau等人， 2007; Kourrich等人， 2007; Ferrario等人， 2010）而在21天之後，缺乏AMPA受體的GluR2被添加到突觸中。 後一種發現似乎只有當可卡因是自我給藥的時候才會出現這種情況（Conrad等， 2008; McCutcheon等人， 2011），雖然看（Mameli等， 2009）。 鑑於缺乏AMPA受體的GluR2的電導增加，可能是它們的插入響應於由可卡因自我施用引起的NAc突觸的抑製而發生，從而導致對將來觸發可卡因尋求的興奮性輸入的MSN反應性增加。 實際上，阻斷NAc中缺乏GluR2的AMPA受體會阻止培養的線索誘導的可卡因尋找的表達（Conrad等， 2008通過將GluR1 mRNA的反義寡核苷酸注射到NAc中也阻斷了由AMPA或可卡因誘導的可卡因尋求（Ping等， 2008).

戒斷後的藥物攻擊使突觸增強恢復為抑鬱

隨後進一步注射可卡因（再次攻擊）後，NAc中可卡因誘導的AMPA受體亞單位突觸強度和表面表達的增加隨後被逆轉（再次攻擊）（Thomas等， 2001; Boudreau等人， 2007; Kourrich等人， 2007; Ferrario等人， 2010）。 因此，在可卡因注射後測量24 h時，在NAc殼中再次觀察到突觸抑制（Thomas等， 2001雖然看到了（Pascoli等， 2012）。 在行為上，這似乎與致敏的表達相關，並且至少在安非他明的情況下，已被證明是網格蛋白介導的並且依賴於GluR2依賴的突觸後AMPA受體的內吞作用（Brebner等人， 2005）。 可卡因攻擊後AMPA受體表面表達的降低是短暫的，因為在7天內表面表達恢復到與未攻擊的可卡因預處理大鼠相當的水平（Ferrario等， 2010). 因此，似乎可卡因暴露和戒斷的歷史可以很容易地改變NAc中突觸可塑性的方向。

最近在D上皮質累積突觸的增強之間建立了直接聯繫₁ 7天停藥後的受體陽性細胞和致敏表達。 如前所述，在單次施用可卡因的7天后，發現這些突觸在核心和殼中均增強（通過mEPSC振幅的增加測量）並且HFS誘導的LTP減少。 對於D上的突觸沒有發現相同的情況₂ 受體陽性細胞（Pascoli等， 2012）。 在光遺傳學上逆轉 体内 通過已知的誘導LTD的方案，D上的皮質累積突觸₁ - 受體陽性細胞顯示出減少的mEPSC，並且阻止了運動致敏的表達。 重要的是，HFS誘導LTP的能力恢復到這些神經元（Pascoli等， 2012), 從而證明了皮質 - 累積突觸的這種特定突觸適應與可卡因致敏表達之間的直接聯繫。

轉錄因子

轉錄因子是與特定DNA序列結合的蛋白質，通過與RNA聚合酶II複合物相互作用來調節基因轉錄（Mitchell和Tjian， 1989）。 轉錄因子可以響應於環境刺激而被誘導或抑制，導致基因表達的變化並最終導致神經元功能。 已經鑑定了許多轉錄因子在成癮中的潛在作用，因為它們的表達和活化在暴露於濫用藥物時在中腦皮質激素途徑中受到調節。 ΔFosB是一種這樣的轉錄因子，由於其不尋常的穩定性而受到特別關注。 ΔFosB是FosB基因的截短剪接變體，與其他Fos家族成員具有同源性，包括c-Fos，FosB，Fra1和Fra2，它們都與Jun家族蛋白（c-Jun，JunB或JunD）異二聚體形成激活蛋白-1（AP-1）轉錄因子（Morgan和Curran， 1995）。 這些其他Fos家族成員在紋狀體中迅速誘導以應對精神興奮劑的急性給藥，然而由於它們的不穩定性，這種表達是短暫的並且在數小時內恢復到基礎水平（Graybiel等， 1990; Young等人， 1991; Hope等人， 1992）。 相反，ΔFosB在慢性給藥後在紋狀體中累積，並且在最後一次藥物暴露後其表達持續數週（Hope等， 1994; Nye等人， 1995; Nye和Nestler， 1996; Pich等人， 1997; 穆勒和Unterwald， 2005; McDaid等人， 2006）。 來自行為實驗的數據支持ΔFosB在濫用藥物所帶來的一些持久效應中的作用。 紋狀體中ΔFosB的過度表達導致對急性和慢性可卡因的運動反應增加，並增加可卡因和嗎啡的增強特性（Kelz等， 1999; Colby等人， 2003; Zachariou等人， 2006），而ΔFosB的抑制會產生相反的行為效應（Peakman等， 2003）。 由於其能夠增加濫用藥物的激勵動機特性，這種轉錄因子已經被提出來代表促進向成癮過渡的“分子開關”（Nestler， 2008).

cAMP反應元件結合蛋白（CREB）是另一種轉錄因子，由於其在藥物誘導的可塑性中的作用，它已成為大量研究的焦點（McPherson和Lawrence， 2007）。 CREB在大腦中無處不在地表達，並且可以通過多種細胞內信號傳導途徑激活，最終導致其在絲氨酸133的磷酸化（Mayr和Montminy， 2001）。 磷酸化CREB（pCREB）刺激CREB結合蛋白（CBP）的募集，促進各種下游基因的轉錄（Arias等， 1994）。 暴露於精神興奮劑後，pCREB在紋狀體中迅速誘導（Konradi等， 1994; 卡諾等人， 1995; 沃爾特斯和布蘭迪， 2001; Choe等人， 2002這被假設為代表一種穩態機制，抵消對濫用藥物的行為反應（McClung和Nestler， 2003; 董等人， 2006）。 與此相一致，NAc殼中CREB的過表達降低了條件性位置偏愛（CPP）範例中可卡因的有益特性，而在該區域中抑制CREB則觀察到相反的情況（Carlezon等， 1998; Pliakas等人， 2001）。 類似地，背側紋狀體中基因敲除或抑制CREB賦予對精神興奮劑的運動激活特性的增加的敏感性，進一步支持該假設（Fasano等， 2009; Madsen等人， 2012).

雖然來自CPP實驗的數據支持CREB充當藥物獎勵的負調節劑的想法，但至少就可卡因而言，這可能過於簡單化了。 許多使用各種技術改變NAc殼中CREB功能的研究表明，CREB的抑制減少了自我管理範例中的可卡因強化（Choi等， 2006; 格林等人， 2010; Larson等人， 2011而在該地區，CREB過度表達增強了可卡因的強化（Larson等， 2011）。 這些不同的發現可能是由於器樂和巴甫洛夫調節程序以及自願的基本差異 vs。 非自願藥物管理。 CPP涉及聯想學習過程，並且被認為是對藥物的享樂特性而非藥物強化的間接測量 本身 （巴爾多和貝文斯， 2000）。 自願藥物自我管理可能受到許多情緒因素的影響，以及NAc中CREB活性減少對致焦慮刺激的反應的能力（Barrot等， 2002）並減輕抑鬱行為（Pliakas等， 2001）可能會影響自我管理藥物的傾向。 有趣的是，從PFC中刪除CREB導致自我管理可卡因的動機減少（McPherson等， 2010），證明CREB操作對行為的影響也因不同的大腦區域而異。 鑑於CREB轉錄組根據細胞類型顯著不同（Cha-Molstad等， 2004因此，重要的是確定在CREB下游發生的基因表達的變化，這些變化有助於這些表型。 進一步複雜化的是觀察到NAc殼中的CREB對於尼古丁CPP是必需的（Brunzell等， 2009），表明調節尼古丁獎勵的機制不同於潛在的可卡因和嗎啡，這些機制都被NAc殼中的CREB抑製作用增強（Carlezon等， 1998; Pliakas等人， 2001; Barrot等人， 2002).

表觀遺傳機制

表觀遺傳學有許多定義，但在神經科學中，它通常被定義為通過調節染色質而發生的基因表達變化，這種變化不是由基礎DNA序列的變化引起的（McQuown和Wood， 2010）。 染色質描述了包裝在細胞內時的DNA狀態。 染色質的基本重複單元是核小體，它由147鹼基對DNA組成，包裹在由四個核心組蛋白（H2A，H2B，H3和H4）組成的八聚體上（Luger等， 1997）。 這些核心組蛋白的氨基末端尾部可經歷許多翻譯後修飾，包括乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化和SUMO化（Berger， 2007）。 從組蛋白尾部添加和去除這些官能團是通過大量組蛋白修飾酶進行的，包括乙酰轉移酶，脫乙酰酶，甲基轉移酶，去甲基化酶和激酶（Kouzarides， 2007）。 這些組蛋白修飾用於指示轉錄因子和參與轉錄調控的其他蛋白質的募集，並改變染色質構象以使轉錄機製或多或少地接近DNA（Strahl和Allis， 2000; Kouzarides， 2007; Taverna等人， 2007）。 因此，表觀遺傳機制代表了環境刺激可以調節基因表達和最終行為的重要手段。

最近，染色質修飾被認為是藥物誘導的可塑性和行為變化的重要機制（Renthal和Nestler， 2008; Bredy等人， 2010; 麥昆和伍德， 2010; 迷宮和雀巢， 2011; Robison和Nestler， 2011）。 這方面的第一個證據來自Kumar及其同事的實驗，他們使用染色質免疫沉澱（ChIP）試驗證明可卡因在紋狀體的特定基因啟動子處誘導組蛋白修飾（Kumar等， 2005）。 具體而言，急性給予可卡因導致H4高度乙酰化 cFos的 啟動子，而慢性給藥導致H3高度乙酰化 BDNF 和 Cdk5 發起人。 組蛋白乙酰化涉及將乙酰基酶促轉移至組蛋白的基本N末端尾巴，從而中和組蛋白與帶負電荷的DNA之間的靜電相互作用，使其更易於轉錄裝置使用（Loidl， 1994）。 這與可卡因急劇增加Fos家族轉錄因子表達的能力一致（Graybiel等， 1990; Young等人， 1991），而BDNF和Cdk5僅在長期暴露後才被誘導（Bibb等， 2001; Grimm等人， 2003).

組蛋白高乙酰化狀態也可以通過施用組蛋白脫乙酰酶（HDAC）抑製劑實驗性地實現，並且這些藥物已經用於檢查組蛋白乙酰化的全局增加對濫用藥物的行為反應的影響。 HDAC抑製劑的全身給藥協同增加了對紋狀體內可卡因的反應所觀察到的高度乙酰化（Kumar等， 2005），這加強了可卡因誘導的運動和可卡因獎勵（Kumar等， 2005; Sun等人， 2008; Sanchis-Segura等人， 2009）。 HDAC抑制還可以增加對乙醇和嗎啡的運動敏感性，並促進嗎啡CPP（Sanchis-Segura等， 2009但是，HDAC抑製劑也被發現可以防止單次嗎啡暴露致敏（Jing et al。， 2011），並減少自我管理可卡因的動機（Romieu等， 2008）。 這些對比的發現可能反映了給藥方案的差異，重要的是它們證明HDAC抑製劑不會在所有條件下不加選擇地加強對藥物的行為反應。

由於它們對基因轉錄的許可作用，HDAC抑製劑也可以促進某些類型的學習（Bredy等， 2007; Lattal等人， 2007）。 最近已經證實，再次暴露於先前可卡因配對環境後施用HDAC抑製劑可以促進可卡因誘導的CPP的消退，這可能與NAc中組蛋白H3乙酰化增加有關（Malvaez等， 2010）。 在CPP調理階段將HDAC抑製劑suberoylanilide hydroxamic acid（SAHA）直接輸注到NAc中可增加條件性可卡因獎勵（Renthal等， 2007），表明該區域中的HDAC抑制可以促進獎賞相關學習和消退學習，這取決於施用藥物的背景。 進一步的實驗已經揭示了HDAC5的作用，並且內源性HDAC在NAc中高度表達可卡因獎賞的調節。 可卡因給藥通過調節其去磷酸化和隨後的核輸入來增加HDAC5功能，並且NAc中HDAC5的去磷酸化損害了可卡因CPP的發展（Taniguchi等， 2012）。 同樣，在CPP調理階段，NAc中HDAC5的過表達減弱了可卡因獎賞，並且這種效應在NAc中突變形式的HDAC5表達後被逆轉（Renthal等， 2007）。 HDAC5可能通過抑製藥物誘導的基因轉錄發揮這些作用，這通常會增加可卡因的獎賞特性。

由於可卡因暴露而在NAc中發生的染色質修飾的全基因組分析揭示了CREB和ΔFosB下游基因啟動子區域的大量染色質修飾（Renthal等， 2009）。 該分析還揭示了兩種sirtuin，SIRT1和SIRT2的上調，這些蛋白質具有HDAC活性並且還可以使其他細胞蛋白脫乙酰化（Denu， 2005）。 SIRT1和SIRT2的誘導與H3乙酰化增加和ΔFosB在其基因啟動子處的結合增加有關，表明它們是ΔFosB的下游靶標（Renthal等， 2009）。 SIRT1和SIRT2的上調被認為具有行為相關性; sirtuins降低了NAc MSN的興奮性 體外和sirtuins的藥理學抑制降低了可卡因獎勵，而它們的激活增加了對可卡因的有益反應（Renthal等， 2009).

除了HDAC的功能作用外，遺傳學研究還揭示了組蛋白乙酰轉移酶（HATs）在調解某些對濫用藥物的行為反應中的作用。 可以說CBP能夠增強基因轉錄的最重要機制是通過其固有的HAT活性（Bannister和Kouzarides， 1996），最近的研究結果暗示了CBP在藥物暴露引起的一些表觀遺傳變化中的HAT活性。 為了應對急性可卡因，CBP被招募到了 FOSB 啟動子，它可以使組蛋白H4乙酰化並增加FosB的表達（Levine等， 2005）。 在對於CBP而言單倍不足的小鼠中，較少的CBP被募集到啟動子中，導致組蛋白乙酰化和FosB表達降低。 這也對應於紋狀體中ΔFosB的積累較少，並且毫不奇怪，這些小鼠對可卡因的攻擊表現出降低的致敏性（Levine等， 2005）。 最近，使用cre-lox重組系統Malvaez及其同事研究了特異性定位於NAc的CBP活性對可卡因誘導的基因轉錄和行為的作用（Malvaez等， 2011）。 據報導，NAc中CBP的靶向缺失導致組蛋白乙酰化和c-Fos表達減少，並且響應急性和慢性可卡因的運動激活受損（Malvaez等， 2011）。 這些小鼠的條件性可卡因獎勵也被抑制，這提供了NAc中CBP活性對藥物相關記憶形成很重要的第一個證據（Malvaez等， 2011).

最近，坎德爾實驗室的實驗表明，表觀遺傳機制可能是尼古丁作為“網關藥物”的假設能力的基礎。 與未使用尼古丁的小鼠相比，在可卡因暴露前用尼古丁長期預處理的小鼠表現出增強的運動敏感性和可卡因獎勵（Levine等， 2011）。 此外，尼古丁預處理導致NAc核心興奮性突觸中可卡因誘導的LTP抑制增強，這種效應在單獨使用尼古丁時未見。 7天尼古丁暴露引起的組蛋白修飾分析顯示H3和H4乙酰化增加。 FOSB 紋狀體中的啟動子，這種作用在給予7天可卡因的反應中並不明顯。 HDAC活性在尼古丁治療的小鼠紋狀體中降低，但在可卡因治療的小鼠中未改變。 值得注意的是，將HDAC抑製劑直接注入NAc能夠模擬尼古丁預處理增強可卡因的作用。 當在尼古丁之前用可卡因治療小鼠時，沒有觀察到這些變化，證實了這些作用的時間特異性。 這組優雅的實驗為為什麼吸煙在人們中幾乎總是先於可卡因的使用提供了可能的表觀遺傳學解釋（Kandel， 1975; Kandel等人， 1992).

除組蛋白乙酰化外，組蛋白甲基化最近也被認為是由濫用藥物誘導的行為相關的染色質修飾（Laplant等， 2010; Maze等人， 2010, 2011）。 組蛋白甲基化涉及在組蛋白尾部的N-末端將賴氨酸或精氨酸殘基酶促加成一個，兩個或三個甲基，並且與轉錄激活或抑制有關，這取決於修飾的性質（Rice和Allis） ， 2001）。 第一項檢測由可卡因誘導的組蛋白甲基化的研究導致鑑定了兩種組蛋白甲基轉移酶，G9a和G9a樣蛋白（GLP），這些蛋白在非可能性可卡因暴露和可卡因自身後的NAc 24 h中持續下調。 - 管理（Renthal等人， 2009; Maze等人， 2010）。 該下調與組蛋白H3賴氨酸9（H3K9）和27（H3K27）甲基化的類似降低有關。 隨後，NAX中的G9a過表達被證明可減少可卡因誘導的所選基因的表達，通過CPP測量減少可卡因獎勵，並抑制通常在反复可卡因中觀察到的樹突棘密度的增加（Maze等， 2010）。 當NAX中的G9a表達被抑制時，發生相反的情況，導致樹突棘密度增加和可卡因獎勵增加。 有證據表明，這些可卡因誘導的G9a表達變化以及隨後H3K9和H3K27的減少受ΔFosB的調節（Maze等， 2010）。 總之，這些實驗確定了G9a對重複暴露於可卡因的一些長期行為和生化後果中組蛋白甲基化的重要作用。

最近，組蛋白H3賴氨酸9（H3K9me3）的三甲基化被認為是NAc中急性和慢性可卡因暴露的動態調節（Maz等， 2011）。 重複的可卡因導致抑制性H3K9me3結合的持續減少，其特別富集在非編碼基因組區域（Maze等， 2011）。 這些初步研究結果表明，重複的可卡因暴露可能導致NAc神經元中某些可逆轉錄元件的去除，並且確定這些新型表觀遺傳適應的行為後果將是非常有意義的。

鑑於成癮的持久性，最近的研究還探討了DNA甲基化的作用，與組蛋白修飾相比，這是一種更穩定的表觀遺傳適應。 DNA甲基化涉及向DNA中的半胱氨酸鹼基添加甲基，並且通常與轉錄抑制有關（Stolzenberg等， 2011）。 對7天內接受被動可卡因注射或在13天內自我施用可卡因的大鼠腦的分析顯示，在最後一次可卡因暴露後，NAc 3 h中DNA甲基轉移酶DNMT24a的下調（Laplant等， 2010）。 相反，在更多的慢性可卡因暴露（3週或更長時間被動和自我管理）和28天停藥期後， dnmt3a 發現NAc中的mRNA顯著增強（Laplant等， 2010）。 隨後顯示在NAc中特異性地抑制DNA甲基化/ DNMT3a可增強CPP和對可卡因的運動致敏，而在該區域中過表達DNMT3a後觀察到相反的情況。 此外，NAc中DNMT3a的抑制也阻止了可卡因誘導的樹突棘密度增加（Laplant等， 2010）。 可卡因誘導的NAc脊柱密度改變的行為相關性仍然不是很清楚。 抑製藥物誘導的脊柱誘導的操作已被證明可降低可卡因的有益特性（Russo等， 2009; Maze等人， 2010）; 然而，其他研究發現抑制spinogenesis會增加可卡因獎勵（Pulipparacharuvil等， 2008; Laplant等， 2010）。 由於可卡因似乎在暴露和戒斷過程中誘導各種樹突棘的高度複雜調節（Shen et al。， 2009），有人認為這些差異可能取決於被改變的樹突棘的類型（Laplant等， 2010).

從本文所述的實驗中可以清楚地看出，藥物誘導的細胞轉錄潛能調節代表了影響對藥物和獎賞相關學習的行為反應的關鍵機制。 一個重要的下一步是確定哪些表觀遺傳變化與人類疾病成癮狀態最相關。 鑑於單純接觸藥物不足以在人類和動物中產生“成癮”，因此結合更密切地測量成癮行為標誌的模型，例如強制性藥物使用和復發將具有重要價值。