文献速读 | 拥抱奖赏，拒绝成瘾，奖赏与成瘾机制研究进展速读

文献速读第12期

Neuron：编码尼古丁厌恶反应的神经环路机制

尼古 丁成瘾的一个重要假设是尼古丁“劫持”了大脑中的奖赏系统。然而，动物对尼古 丁的反应呈现剂量依赖性：在低剂量时，动物表现为奖赏行为，而在高剂量时，动物则会产生强烈的厌恶反应。与其它成瘾物质不同，尼古丁是唯 一被观察到在啮齿类动物中能够引起厌恶反应的药物。然而，对于已知的调节奖赏和厌恶情绪的多巴胺回路是否构成了尼古丁剂量依赖效应的基础目前仍不确定。

2022年8月1日，美国加州大学欧文分校的研究人员在《Neuron》期刊上发表题为 “An inhibitory brainstem input to dopamine neurons encodes nicotine aversion”的文章。该研究揭示了多巴胺神经元的抑制性脑干输入编码尼古 丁介导厌恶信息，从神经环路水平揭示了尼古丁剂量依赖性的奖赏和厌恶作用。在文章中，作者证实高剂量的尼古 丁会诱导小鼠的厌恶相关行为，引起腹侧被盖区多巴胺神经元双向反应，这些神经元分别投射到伏隔核外侧和内侧亚区。尼 古丁的剂量反应依赖于α4β2和α7尼 古丁受体。外背侧被盖区中GABA神经元上α7受体激活是外侧伏隔核中多巴胺释放减少的关键调节因子，抑制外背侧被盖区中GABA神经元末梢可预防尼-古丁厌恶反应。该研究阐述了一个尼古 丁厌恶反应神经环路，这可能是未来尼古 丁成瘾治疗的有效方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.07.003

Science Advances：D1-MSNs亚型可负向调节可卡-因成瘾行为

纹状体在调节成瘾相关行为中起着关键作用。传统的二分模型显示纹状体D1/D2中型多棘神经元（Medium Spiny Neurons, MSNs）能够正向/负向调节成瘾相关行为。然而，该模型并不能解释纹状体神经元的异质性和功能多样性，而且在D1/D2群体之外的MSN亚型是否在药物成瘾中发挥着独特的作用仍然是未知的。

2022年8月12日，美国波士顿儿童医院的研究人员在《Science Advances》杂志上发表题为“A molecularly defined D1 medium spiny neuron subtype negatively regulates cocaine addiction”的文章。通过使用可卡-因成瘾小鼠模型，作者确定了表达速激素2（Tac2+）的D1-MSNs亚型神经元在可卡-因成瘾中的作用，该亚型存在于啮齿动物和灵长类动物的纹状体中。作者发现，急性给予可卡-因会降低Tac2+神经元的活性，而可卡-因调节会改变与可卡-因奖励相关的神经元反应。此外，Tac2+神经元的激活/抑制可减弱/促进可卡-因诱导的条件性位置偏好和可卡-因静脉注射自主给药。此外，刺激伏隔核-下丘脑外侧环路中的Tac2+神经元的可抑制可卡-因奖励行为。该研究揭示了D1-MSNs在药物成瘾中的非常规负调控功能，该功能以细胞亚型和投射特异性的方式运作。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3552

Science Advances：星形胶质细胞NMDA受体可维持可卡-因记忆

从奖赏到成瘾是一个多层面和相互关联的行为序列，涉及大脑多个区域、不同细胞类型以及信号通路。最近的研究表明，星形胶质细胞参与突触传递、突触可塑性、突触形成、维持和消除，并且在奖赏行为中的神经可塑性中也发挥了作用。此外，星形胶质细胞也表达n -甲基- d -天冬氨酸（N-methyl- d -aspartate, NMDA）受体，但其在成瘾行为中的作用尚不清楚。

2022年7月22日，美国克莱顿大学的研究人员在《Science Advances》杂志上发表题为“Cocaine preference and neuroadaptations are maintained by astrocytic NMDA receptors in the nucleus accumbens”的文章，该研究探讨了星形胶质细胞NMDA受体在药物诱导的行为和可塑性中的潜在作用。作者发现，星形胶质细胞的NMDA受体是维持可卡-因偏好记忆的关键，清除伏隔核星形胶质细胞的NMDA受体有助于消除可卡-因诱导的条件性位置偏好。此外，作者发现伏隔核星形胶质细胞NMDA受体由GluN2C亚基组成，可卡-因会增加GluN2C的表达，这对可卡-因记忆的维持至关重要，GluN2C敲除小鼠的可卡-因记忆消退增强证明了这一点。此外，星形胶质细胞NMDA受体和GluN2C亚基通过调节突触源性因子的表达，在可卡-因诱导的树突棘和突触可塑性中起关键作用。总之，这些结果确定了一种以前未知的星形胶质细胞NMDA受体机制，该机制可以维持可卡-因的记忆。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6574

Cell Reports：多巴胺通过KCNQ通道磷酸化来驱动奖赏行为

多巴胺神经元能够调节记忆和学习、运动功能、以及动机和奖励的情绪行为。功能失调的多巴胺信号涉及各种神经心理障碍，包括帕金森病、药物成瘾和精神分裂症等。纹状体/伏隔核中表达多巴胺D1受体（D1R）的中型多棘神经元（Medium Spiny Neurons, MSNs）受多巴胺和谷氨酸的双重控制，在奖赏行为中起着关键作用。多巴胺似乎增加了D1R-MSNs的兴奋性，进而促进谷氨酸诱导的放电，并导致奖励行为。然而，多巴胺促进MSN兴奋能力的分子机制仍有待研究。

2022年9月6日，日本藤田保健卫生大学的研究人员在《Cell Reports》杂志上发表题为“Dopamine drives neuronal excitability via KCNQ channel phosphorylation for reward behavior”的文章。该研究证实，D1R激动剂SKF81297抑制KCNQ介导的电流，并增加小鼠伏隔核切片中D1R-MSNs的放电频率，而这一现象被ERK信号抑制所消除。激活D1R/PKA/ERK信号通路增加了KCNQ2的磷酸化。D1R-MSNs中条件缺失KCNQ2可降低SKF81297对KCNQ通道活性的抑制作用，同时增强神经元兴奋性和可卡-因诱导的奖励行为。这些效应可在野生型而非KCNQ2磷酸化缺失的表型中得到恢复。因此，D1R-ERK信号可以通过KCNQ2磷酸化来控制MSNs的兴奋性，从而调节奖赏行为。这些结果提示KCNQ2可以作为奖赏环路失调相关精神疾病的潜在治疗靶点。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111309

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脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）是对脊髓造成的暂时性或永  久性的功能性损伤，常见的症状包括肌肉、感觉或自主神经功能的丧失。

在严重的SCI后，神经炎症失调会导致神经元和神经胶质细胞凋亡，在伤口愈合过程中形成疤痕和空腔，并最终形成抑制神经再生的萎缩性微环境。由于涉及到复杂和动态的病理生理学情况，少有通过微环境重塑实现无疤痕和无腔伤口愈合从而促进神经再生的系统解决方案。2021年7月10号，来自于浙江大学医学院的研究团队。在Advanced Healthcare Materials上发表了题为Rationally Designed, Self-Assembling, Multifunctional Hydrogel Depot Repairs Severe Spinal Cord Injury的文章，研究团队研发了一种新型水凝胶，搭载抗炎药物MPSS和GFs，促进瘢痕边缘和空腔愈合，可显著促进轴突再生。

▲论文图

研究结果分析

01首先，研究团队设计并制作了水凝胶

为了填补SCI后不规则的病变区域，研究团队设计了一种可注射、可搭载各种治疗剂的自组装凝胶（HD）。该水凝胶具有亲水性、蛋白粘性以及增加细胞间的相互作用等特性。测定水凝胶冻干样品在2个月内质量损失，结果发现在SCI慢性期后注射该水凝胶可支持细胞迁移。同时，溶胀研究结果发现，该水凝胶适合注射到SCI部位，不会引起注射后的二次损伤。

▲Fig. 1.1

02抗炎药物与生长因子释放曲线的优化

为了改善SCI急性期产生的炎症，研究人员将抗炎药物MPSS包埋进纳米颗粒（NPs）中，将药物释放时间延长至几天，保证抗炎药物在急性期内发挥最大功效。结果显示，传统没有纳米颗粒材料搭载的情况下，MPSS释放时间约为2天；而有纳米颗粒材料搭载的MPSS释放时间长达4-7天，可覆盖SCI急性期。

利用点击化学方式将生长因子(GFs)缀合到水凝胶中，释放时间可长达1个月，在SCI慢性期可为神经再生提供有力的支持。评估生物相容性的结果显示，在水凝胶培养基中培养的细胞与在常规培养基中培养的细胞活力相当，表明水凝胶具有生物相容性，细胞毒性低。

03仅使用生长因子的水凝胶不足以完全防止空腔和瘢痕边界形成

生长因子如BDNF，可显著提高SCI后神经元的存活率，研究团队进一步探究了水凝胶仅缓释生长因子是否会优化神经元/组织的保护效果。首先，使用RWD 68099II 打击器，对大鼠T10节段采用打击速度2m/s，深度2 mm，停留时间为5 s的打击方案来模拟临床SCI 。SCI损伤后的大鼠BBB评分为 0 到 2，说明几乎无轴突存活。

实验组（G-HD）在SCI一周后的损伤部位注入搭载BDNF、VEGF以及bFGF的水凝胶，对照组注入PBS溶液。8周后，3D图像量化结果显示 G-HD 组的空腔体积约为对照组的一半，不规则病理组织的体积增加了一倍，残余组织量相比对照组也显著增加。然而G-HD组在宿主/材料界面处仍然形成GFAP+“墙”，可能是因为 G-HD 组并没有减轻脊髓炎症反应。即单独使用水凝胶长期释放生长因子可以支持神经元/组织存活，但不能完全防止空腔和瘢痕边界形成。

▲Fig. 2

04搭载抗炎药的水凝胶几乎可以完全防止空腔形成，但无法抑制瘢痕的形成

由于生长因子无法有效阻碍空腔形成，研究团队尝试通过延长抗炎药物释放时间，缓解脊髓炎症反应，从而防止空腔形成。将MPSS（M-HD组）和纳米颗粒搭载的MPSS（MP-HD组）分组注射在患处。对比发现，MP-HD组的空腔体积仅为M-HD组的1/7，MP-HD组几乎可以阻止空腔形成。损伤处下方的NF+ 轴突密度是对照组的两倍。由于 MP-HD 组几乎可以完全防止 SCI 后空腔形成，通过评估空腔的体积和剩余轴突的数量来确定介导过度活跃的神经炎症以防止空洞形成的最佳时间窗口。结果表明SCI 后 3-7 天可能是调节失调的神经炎症和保护神经元/组织的最佳时间窗口。

▲Fig. 3

05水凝胶协同释放生长因子和抗炎药物，促进神经再生

尽管 MP-HD 组几乎完全阻止了空洞的形成，但疤痕边界仍然抑制了受损轴突的再生。研究团队推测，除了抗炎药外，提供神经营养因子可能会促进神经元/组织的存活并减弱瘢痕的形成。在损伤后第 7 天，将含有MPSS装载的NPs和GFs的水凝胶（MPG-HD）注射到损伤部位。与 MP-HD 组相比，MPG-HD组几乎完全阻止了空腔的形成并保护了大量幸存的组织/轴突免受二次损伤，致密的GFAP+“墙”在MPG-HD介入后基本消失，新生一些较松散的结构，可能是因为生长材料促进了细胞存活并增强了材料和宿主组织的整合。MPG-HD组伸入病灶 2 mm 的 NF+ 轴突数量增加了两倍但这些轴突并没有延伸到损伤部位的中心。总的来说，MPG-HD治疗挽救了一些幸存的轴突免于继发性损伤，并为轴突再生建立了一个可能的环境，即使这些轴突没有穿过损伤部位。

▲Fig. 4

06MPG-HD 治疗通过 ECM 重塑促进神经再生

研究团队进一步探究了MPG-HD防止空腔/瘢痕边界形成并促进神经再生的机制。

横向脊髓切片的 GFAP 和纤连蛋白 (FN) 染色表明，PBS对照组动物中形成的空腔大部分被 FN+ 基质填充。MP-HD 和 MPG-HD组的脊髓中的 Iba1 和 CD68 免疫反应强度显著降低至与完整组织相当的水平，表明 MP-HD 和 MPG-HD 成功将炎症诱导的神经毒性调节至正常水平。仅在 MP-HD 或 MPG-HD 治疗后在损伤中心区域观察到更多的神经元和髓鞘，表明 MP-HD 和 MPG-HD 治疗后防止了轴突切断的脊髓神经元和少突胶质细胞的死亡。在MPG-HD 组中神经元、成纤维细胞、少突胶质细胞和内皮细胞的比例有所增加，表明 MPG-HD 有助于组织保护和 ECM 形成；另一方面，炎症相关细胞的比例有所减少，表明 MPSS 的释放可以抑制 SCI 后的神经炎症；同时，负责在受伤和完整组织之间形成屏障的小胶质细胞的比例呈下降趋势。

研究人员进一步关注了在SCI伤口愈合过程中发挥抗炎和促炎作用的巨噬细胞，MP-HD 和 MPG-HD注射后抗炎巨噬细胞比促炎巨噬细胞多，且在MPG-HD注射条件下抗炎基因表达增加，促炎基因表达下降。此外，与伤口愈合、髓鞘、ECM、胶原蛋白和 GF 结合以及细胞粘附相关的基因表达在MPG-HD组比PBS对照组中显著富集。这些结果表明MPG-HD治疗优化了ECM形成并促进组织保护。

Fig. 5

07水凝胶通过治疗幸存轴突而非再生轴突来促进功能恢复

在功能和行为方面，第5 周时，G-HD 组大鼠可见明显的踝关节运动，并在注射9 周后达到功能平台。MP-HD 组7周后大鼠可见足底踏地和负重步行，表明 MP-HD 治疗具有防止空腔形成和保护备用幸存组织/轴突的能力。然而，与 MP-HD相比，MPG-HD 治疗未能进一步改善功能恢复，表明 MPG-HD 治疗诱导的再生轴突不能自发发挥功能。

08残留的轴突支配损伤部位下方的脊髓并介导功能恢复

为了确认残余的轴突重新支配了损伤部位下方的脊髓神经回路，使用肌电图 (EMG)评估从中 枢神经元到外周神经元的连接。将刺激电极放置在后肢运动控制区的皮质上，并监测踝屈肌的EMG活动，发现仅在 MPG-HD 组的动物中观察到踝屈肌的EMG 活动，但幅度小于未损伤动物的幅度。为了进一步确认功能恢复是否依赖于残留的神经元回路，研究人员将脊髓损伤部位重复横断，一周后后肢功能改善完全消失，该结果表明，功能恢复是由剩余的轴突依赖性神经元回路介导的。

展望

在本研究中，再生轴突不能穿过病变部位到达运动功能束。理想情况下，具有精确线性阵列的自组装支架可以帮助轴突经由脊髓病变部位向适当的目标区域再生，但是目前还没有这种技术。在未来的研究中，原位 3D 打印技术可能能够在脊髓病变上创建精确、高保真的线性阵列。即使损伤的轴突可以在病变处生长，它们可能仍然难以触及靶点，并且它们可能需要依赖于使用可塑性来形成中继电路并整合到功能网络中。

瑞沃德68099II精密打击器是一款用于颅脑和脊髓损伤造模的仪器，采用气动-电动控制，可精 准调节打击速度、打击深度以及停留时间，实现精 准打击。

* 戳这里查看文献原文https://img03.en25.com/Web/RWD/%7B263c58db-a399-4dd3-8957-90237686bbb3%7D_Depot_Repairs_Severe_Spinal_Cord_Injury.pdf

5月12日，「大成学堂」特邀迈阿密大学米勒医学院 Dr. Juan Pablo de Rivero Vaccari为大家带来主题为“炎性小体在创伤性脑损伤后的调控机制研究进展”的精彩直播讲座。Dr. Pablo结合基础研究与临床研究，全面分享了创伤性脑损伤后炎症小体的研究！没来得及看现场直播的小伙伴们，现在福利来啦~

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Dr. Pablo致力于迈阿密大学米勒医学院&迈阿密瘫痪治疗项目，作为神经外科研究副教授，从事先天免疫反应研究超过15年，是首位证明炎性小体在体内参与无菌性炎症的科学家。

讲座干货满满，小沃先来给大家划个重点~

• 在啮齿动物和人类发生创伤性脑损伤后，炎性小体在先天免疫反应中发挥着重要作用；

• 小胶质细胞中的炎性小体在TBI后的炎性反应中起到了重要的促进作用；

• 炎性小体是TBI的可靠生物标志物；

• 炎性小体在中 枢神经损伤患者的细胞外囊中升高，并在TBI后促进了系统性炎症的发生。

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慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一种由造血干细胞染色体t(9；22)(q34；q11)易位引起，并在分子水平上形成Bcr-Abl融合基因的骨 髓增生性疾病。使用酪氨酸激酶抑 制剂(Tyrosine kinase inhibitors, TKIs)可以缓解疾病，但TKIs耐药性是治 疗失败或诱发急性白血病的主要问题。

根据Abl激酶结构域点突变的不同，TKIs的耐药机制主要包括Bcr-Abl依赖型和非Bcr-Abl依赖型。Bcr-Abl依赖型的耐药性最常见，它会干扰小分子酪氨酸激酶抑 制剂伊马替尼（Imtatinib, IM）结合和随后的激酶抑 制。然而，超过50%的耐药CML患者中并没有Bcr-Abl突变。

▲ 慢性髓系白血病

蛋白激酶C(Protein kinases C, PKCs)在细胞周期调节、增殖、凋亡和造血干细胞分化等多种细胞过程中发挥作用，并和Bcr-Abl协调参与对恶性细胞转化至关重要的几种信号通路。实验和临床证据表明，使用PKC抑 制剂可以有效地治 疗CML。最近，不同的PKC亚型也被报道参与CML细胞的耐药，但是，PKC信号在CML TKIs耐药中的作用并不清楚。

▲ 蛋白激酶C的晶体结构

近日，贵州医科大学王季石教授课题组根据先前的研究结果：一种泛PKCs抑 制剂星孢菌素(Stauroporine)在低浓度下可以有效地逆转K562R细胞(没有任何突变)的IM耐药，因此推测Bcr-Abl非依赖型IM耐药可能是由PKC亚型介导。在此基础上，鉴于白血病干细胞(Leukemia stem cells)在CML TKIs耐药中起基础性作用，研究首次在Bcr-Abl非依赖型TKI耐药的CML患者CD34+细胞中检测到9种PKCs亚型的表达。对PKC亚型异常表达所介导的机制进行深入研究时，使用博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统拍摄的活体成像实验结果，从体内进一步证明PKC-β的过表达与肿瘤耐药密切相关，表明靶向PKC-β过表达可能是克服CML耐药的一种新的治 疗机制。

相关成果已发表在期刊《Journal of Cellular Physiology》。

▲抑 制PKC-β可增强IM对CML细胞的体内杀伤作用

(a) 博鹭腾AniView100拍摄的不同药物处理的CML小鼠模型中白血病细胞的活体示踪成像图。LY333531: PKCβ 抑 制剂。

(b) 流式细胞仪检测各组小鼠CD33+和CD45+细胞。

(c) 直方图显示流式细胞仪检测的各组小鼠CML细胞的差异。

(d) 各组小鼠的生存曲线。

(e、f) 比较各组小鼠脾 脏体积和重量。

(g、h) Wright‘s染色检测各组小鼠外周血中CML的进展情况。统计学处理采用t检验。**表示p<0.01，*表示p<0.05。

参考文献

1、Ma D, et al. PKC‐β/Alox5 axis activation promotes Bcr‐Abl‐independent TKI‐resistance in chronic myeloid leukemia[J]. Journal of Cellular Physiology, 2021.

2、Zubair M S, et al. Cembranoid Diterpenes as Antitumor: Molecular Docking Study to Several Protein Receptor Targets[C]// International Conference on Computation for Science & Technology. 2015.