摘要　成癮相關(guān)記憶長期性的腦機制一直是藥物成癮研究領(lǐng)域的難點與熱點，該文簡要介紹了成癮記憶長期性分子機制的研究脈絡(luò)，提示表觀遺傳學(xué)修飾可能是研究藥物成癮的新視角。成癮藥物可以調(diào)節(jié)染色體不同亞型組蛋白乙�；�水平，不同基因DNA的甲基化程度從而改變?nèi)旧�體的空間結(jié)構(gòu)，進而調(diào)節(jié)基因的表達導(dǎo)致成癮，特別是DNA甲基化改變的相對的穩(wěn)定性可能是成癮記憶長期存在的分子基礎(chǔ)。記憶再鞏固過程中學(xué)習(xí)記憶相關(guān)腦區(qū)的記憶促進基因與記憶抑制基因的表現(xiàn)遺傳學(xué)改變可能是未來研究的新趨勢。
　　關(guān)鍵詞　藥物成癮，表觀遺傳學(xué)，組蛋白乙�；�，DNA甲基化。
　　分類號　B845
　　
　　藥物成癮作為一種慢性復(fù)發(fā)性腦疾病。復(fù)吸率達95％以上。環(huán)境線索誘發(fā)的復(fù)吸一直是藥物成癮治療的難題，大多成癮者在經(jīng)過戒毒治療之后對環(huán)境刺激沒有明顯的渴求和復(fù)吸傾向，但離開戒毒所回到原來的生活環(huán)境之后，又會出現(xiàn)很高的復(fù)吸率。主要原因就是成癮藥物導(dǎo)致的異常記憶的長期存在所致。△FosB是目前成癮與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)保持時間最長的分子，但其時間長度顯然無法與成癮行為及成癮記憶的長期性相匹配。成癮記憶長期性的分子機制有待進一步探索。神經(jīng)細胞中唯一保持穩(wěn)定的就是染色體組，研究表明DNA甲基化等表觀遺傳學(xué)的改變是發(fā)育過程中細胞記憶的重要分子基礎(chǔ)，進而維持細胞在分裂過程中保持表型的相對穩(wěn)定，尤其是某些基因的甲基化能使該基因永久沉默和不再激活，有可能是細胞分化結(jié)束后記憶長期保持的重要分子機制。提示表觀遺傳變異的長時穩(wěn)定性也許可作為成癮長期性的非常重要的候選機制。因此，表觀遺傳學(xué)有可能為成癮記憶長期存在的腦機制研究提供新視角，并且為藥物成癮的臨床治療提供新的思路。
　　
　　2　成癮記憶長期性分子機制的研究進展
　　2.1　學(xué)習(xí)記憶的異常改變是藥物成癮長期存在的重要原因
　　藥物成癮的形成是從偶爾或控制性使用藥物發(fā)展到不可控制的強迫性使用藥物的過程，其主要特征是產(chǎn)生不惜一切代價的覓藥行為并長期保持這一行為。這一過程伴隨著學(xué)習(xí)記憶功能的變化。大量研究表明，不論是學(xué)習(xí)記憶還是成癮過程都使相應(yīng)腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生長時程變化從而導(dǎo)致行為改變。藥物成癮過程與學(xué)習(xí)記憶可能存在相同的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。行為學(xué)實驗表明二者作用于相同的腦區(qū)，學(xué)習(xí)記憶過程中起關(guān)鍵作用的相關(guān)腦區(qū)(如，海馬)參與成癮藥物的強化效應(yīng)，在藥物成癮過程中起關(guān)鍵的作用的中腦多巴胺系統(tǒng)也參與學(xué)習(xí)記憶過程；電生理實驗證明二者有相同的細胞機制，盡管成癮藥物主要通過中腦多巴胺系統(tǒng)產(chǎn)生強化作用，學(xué)習(xí)記憶過程主要發(fā)生于海馬、杏仁核、前額葉皮層等腦區(qū)，但兩個過程都在相應(yīng)腦區(qū)出現(xiàn)細胞突觸長時程增強(LTP)或長時程抑制(LTD)現(xiàn)象；分子生物學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)記憶和成癮的形成無論發(fā)生在哪一腦區(qū)，不論是通過何種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制最終大多匯聚于環(huán)一磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB，cAMP-response element binding protein)，并通過CREB調(diào)控相應(yīng)的靶基因改變細胞的可塑性。此外，某些個體初次接觸成癮藥物就能產(chǎn)生深刻記憶從而形成和維持強迫性用藥行為；戒斷很長一段時間的成癮行為仍能由條件線索誘發(fā)。以上事實表明學(xué)習(xí)記憶功能的異常改變并長期保持是產(chǎn)生藥物成癮的重要原因。
　　
　　2.2　成癮相關(guān)記憶長期性的分子生物學(xué)機制
　　成癮藥物進入體內(nèi)會導(dǎo)致海馬、前額葉皮層、中腦腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)及伏隔核等學(xué)習(xí)記憶相關(guān)腦區(qū)的多巴胺、谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)釋放的異常變化，通過作用于相應(yīng)的受體引發(fā)一系列分子事件，包括激活細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，改變神經(jīng)營養(yǎng)因子、轉(zhuǎn)錄因子、即刻早期基因或染色體的結(jié)構(gòu)等，并最終引起突觸的可塑性、甚至神經(jīng)元的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致成癮記憶的長期存在。因此闡明成癮記憶長期性與頑固性的分子機制是治療藥物成癮的關(guān)鍵。
　　CREB是目前研究最多的與成癮記憶密切相關(guān)的分子機制之一，大多數(shù)成癮藥物都可以通過直接或間接途徑增加多巴胺的釋放，然后通過作用于D1受體增加cAMP的釋放從而活化PKA，使CREB磷酸化調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)成癮藥物的行為效應(yīng)。CREB也是哺乳動物長時記憶形成的必要環(huán)節(jié)，促進海馬、杏仁核CREB的活動的動物學(xué)習(xí)記憶能力增強。因此，CREB在藥物成癮與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)基因表達過程中起樞紐作用，參與成癮記憶的形成。長期慢性成癮藥物處理可使cAMP/PKA/CREB通路的功能上調(diào)，導(dǎo)致異常的記憶形成。毋庸置疑，cAMP/PKA/CREB通路的變化是成癮記憶產(chǎn)生的關(guān)鍵分子機制之一，但是CREB的變化在停止藥物使用后幾天內(nèi)便恢復(fù)正常，不能解釋藥物戒斷后很長一段時間內(nèi)(甚至終身)成癮記憶長期存在這一客觀事實。可能的解釋是CBEB的變化是啟動而不是維持成癮記憶長期存在的更加穩(wěn)定的分子機制的必要環(huán)節(jié)。
　　△FosB是目前成癮與學(xué)習(xí)記憶領(lǐng)域內(nèi)保持時間最長的分子，在成癮藥物急性作用下通過cAMP/PKA/CREB通路誘發(fā)即刻早期基因c-fos、c-jum的表達，但在數(shù)小時后便恢復(fù)到正常水平�！鱂osB也是Fos蛋白家族成員之一，但對藥物的急性效應(yīng)無明顯的反應(yīng)。相反在成癮藥物的反復(fù)作用下，△FosB的表達逐漸增加，而c-fos、c-jun的表達逐漸減少�！鱂osB蛋白具有較高的穩(wěn)定性，在停止藥物后數(shù)月內(nèi)都保持相對穩(wěn)定�！鱂osB一旦形成后便能調(diào)節(jié)許多靶基因表達，細胞周期素依賴激酶5(cdk5)基因便是其調(diào)控的最重要的靶基因之一，參與神經(jīng)元的生長。因此，△FosB的高表達能夠增強突觸的可塑性，甚至改變神經(jīng)元的形態(tài)，維持成癮記憶的長期性。但是△FosB蛋白的變化在停止藥物后只能保持幾個月，其時間長度仍然無法與成癮行為及成癮記憶的長期性相匹配。
　　
　　2.3　成癮記憶長期性的表觀遺傳學(xué)研究
　　表觀遺傳學(xué)(Epigenetics)是研究核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達了可以遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。其中DNA甲基化的改變一般不可逆轉(zhuǎn)，是發(fā)育過程中細胞記憶的重要分子基礎(chǔ)，維持細胞在分裂過程中保持表型的相對穩(wěn)定。由此推測表觀遺傳學(xué)的變化，尤其是基因的甲基化能使該基因永久沉默和不再激活，有可能是細胞分化結(jié)束后記憶長期保持的重要分子機制。可以推測DNA甲基化等表觀遺傳學(xué)的改變可能是成癮記憶長期存在的分子基礎(chǔ)之一。
　　真核生物的遺傳信息主要儲存在染色體上，染色體的基本結(jié)構(gòu)主要是H2A、H2B、H3、H4四種組蛋白構(gòu)成的八聚體以及纏繞在上面的DNA所組成。染色體空間結(jié)構(gòu)的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子與相關(guān)基因的結(jié)合，從而控制基因的表達。表觀遺傳學(xué)機制主要通過改變?nèi)旧�體的空間構(gòu)型來影響基因的表達，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾(包括乙�；�、甲基化、磷酸化等)、染色體重塑和非編碼 RNA(如RNAi)等作用方式。DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑之間是相互作用的，染色質(zhì)的重塑和組蛋白的去乙酰化是相互依賴的，DNA甲基化可能需要組蛋白去乙�；�酶(HDACs)的活動或染色質(zhì)的重塑中的成分參與。通常，DNA甲基化、組蛋白去乙酰化和染色質(zhì)的壓縮狀態(tài)和DNA的不可接近性，以及基因處于抑制和沉默狀態(tài)相關(guān)；而DNA的去甲基化、組蛋白的乙酰化和染色質(zhì)松散狀態(tài)，則與轉(zhuǎn)錄的啟動、基因活化和行使功能有關(guān)。DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的基因表觀修飾方式之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達。DNA的甲基化是在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的作用下使CpG二核苷酸5’端的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?I甲基胞嘧啶。乙�；�轉(zhuǎn)移酶(HATs)主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙�；�，去乙�；�酶(HDACs)則相反。不同位置的修飾均需要特定的酶來完成，通過這些酶作用改變?nèi)旧�體的空間結(jié)構(gòu)。
　　成癮藥物會導(dǎo)致VTA、NAe和其他相關(guān)腦區(qū)的mRNA水平的改變。這些基因表達的變化在戒斷后可存月余。這些長時程的變化使人們將研究染色質(zhì)重塑作為長時程甚至終身持續(xù)影響大腦獎賞區(qū)域的基因表達的分子基礎(chǔ)。最近研究表明，早期接觸成癮藥物不改變基因編碼而調(diào)控基因活性的表觀遺傳學(xué)機制，對成熟的神經(jīng)元具有長效作用從而增加成年后的成癮易感性，并且在急性或慢性接觸成癮藥物的過程中表現(xiàn)出不同的作用機制。
　　急性可卡因注射導(dǎo)致紋狀體的e-Fos和FosB表達，并且這個現(xiàn)象與給藥后30分鐘內(nèi)的H4乙�；�的短暫增加有關(guān)。CBP因為其內(nèi)在的組蛋白乙�；�活性，在藥物導(dǎo)致的FosB基因組蛋白乙�；�過程中起了重要的介導(dǎo)作用，并且也可能在其他基因中也起了類似的作用。急性可卡因注射也能誘導(dǎo)出e-Fos基因啟動子的H3的乙�；�，并且這種作用需要蛋白激酶MSK1。相對于急性處理，慢性可卡因處理和自我給藥可以激活或者抑制許多不同的基因。比如急性或者慢性處理都會產(chǎn)生FosB基因，但是急性暴露使H4產(chǎn)生乙�；�而慢性處理使H3產(chǎn)生乙�；�。慢性成癮藥物處理后特異性誘導(dǎo)的基因，比如Cdk5和Bdnf基因也表現(xiàn)出H3的乙�；�，并且得到證明的確是這種表觀遺傳學(xué)的變化引起來特定基因表達的變化。因為慢性處理后的戒斷期，出現(xiàn)了可卡因引起的BDNF啟動子的組蛋白乙�；�，組蛋白修飾的變化是先于這個區(qū)域BDNFmRNA和蛋白質(zhì)的增加。
　　在急性和慢性給藥引起的表觀遺傳學(xué)修飾不同，存在著由H4乙�；�向H3乙酰化的轉(zhuǎn)變。在海馬急性和慢性電刺激之后也會有這種類似的轉(zhuǎn)變。這提示H3乙�；�可能象征著一種染色質(zhì)變化的信號，代表持久穩(wěn)固或者重復(fù)激活的基因的。HATs(組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶)和HDACs(組蛋白去乙酰化酶)對于H3H4的特定乙�；鶜堄嗟拇呋�反應(yīng)的特異性現(xiàn)在知之甚少。急性或慢性處理之后，HATs或HDACs對于基因調(diào)控的截然相反的作用可能介導(dǎo)了H4乙�；�向H3乙�；�的轉(zhuǎn)變。
　　全基因組水平的表觀遺傳修飾的檢測手段使相關(guān)基因的篩查更為有效�？煽ㄒ蛘{(diào)控Cdk5和Bdnf基因的組蛋白乙�；�，使應(yīng)用染色體免疫沉淀芯片(ChIP on ChiD)或SACO[301的方法探索全基因組層面的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的檢測方法顯示出重要作用，提示染色質(zhì)水平的失調(diào)可能導(dǎo)致可卡因成癮�；�因組層面的表觀遺傳學(xué)方法在發(fā)育和腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域曾發(fā)現(xiàn)了許多令人振奮的結(jié)果，現(xiàn)在類似的研究正在成癮研究中進行�，F(xiàn)在Nestler的實驗室初步鑒定了幾百個慢性可卡因處理后顯著過高或過低乙酰化的基因。
　　此外，慢性可卡因處理可引起甲基化CPG島結(jié)合蛋白2(MeCP2)與甲基化CPG島結(jié)合蛋白MBD1的高表達，通過蛋白去乙�；�酶抑制下游基因的表達參與成癮過程。以上結(jié)果提示染色體重塑(組蛋白乙酰化與DNA甲基化)可能在成癮記憶的形成與保持過程中起關(guān)鍵作用，從而為成癮記憶長期性的分子機制提供了新的研究思路。目前研究初步發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙�；�酶抑制劑(HDAC)參與苯丙胺行為敏感化的聯(lián)想性學(xué)習(xí)記憶過程，這些結(jié)果表明表觀遺傳學(xué)的變化參與維持成癮過程中神經(jīng)適應(yīng)性的變化。
　　盡管在許多成癮關(guān)鍵因子中發(fā)現(xiàn)了表觀遺傳學(xué)修飾，但有證據(jù)表明這些修飾可能通過不同的作用機制起作用。轉(zhuǎn)錄因子△FosB與成癮狀態(tài)的轉(zhuǎn)換有關(guān)，在NAc能顯示出在可卡因作用下大于25％的mRNA穩(wěn)定狀態(tài)所有變化。染色體免疫沉淀能顯示其中一種mRNA的反應(yīng)，可卡因能引起Cdk5基因14的△FosB直接激活，而Bdnf基因則不是直接激活△FosB，說明這些基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的變化不是通過相同的機制。Cdk5基因的激活部分介導(dǎo)了慢性可卡因引起的NAc中的樹突可塑性。這些發(fā)現(xiàn)都支持這樣一個模型：△FosB的積累和特定啟動子的染色體重塑因子相互作用在成癮的發(fā)展和維持中發(fā)揮重要作用。
　　
　　3　研究展望
　　
　　表觀遺傳學(xué)和藥物成癮都不是新興的研究領(lǐng)域，但是從表觀遺傳學(xué)角度研究成癮問題，是近幾年興起的一個研究熱點。從表觀遺傳變異解釋藥物成癮的神經(jīng)可塑性變化和精神依賴，為成癮藥物獎賞性的后天獲得和成癮相關(guān)記憶長時存在都提供了很有力的解釋機制。目前對于成癮進程中的一些關(guān)鍵因子的組蛋白乙酰化有了初步的研究，研究的結(jié)果使我們看到了更多表觀遺傳機制在藥物成癮研究領(lǐng)域的前景。
　　
　　3.1　成癮記憶再鞏固過程的表觀遺傳機制研究
　　近幾年來，記憶再鞏固是學(xué)習(xí)記憶領(lǐng)域里的一個研究熱點，結(jié)果表明記憶再鞏固與記憶鞏固存在部分共同的神經(jīng)機制，但它不是鞏固過程的延續(xù)，而是記憶過程中的一個獨立現(xiàn)象，存在特有的神經(jīng)機制。再鞏固理論為成癮記憶的長期性提供了一種新的解釋機制，在特定環(huán)境使用成癮藥物會激活已經(jīng)形成的成癮記憶，被激活的記憶后會變得不穩(wěn)定，在成癮藥物作用下能夠促進記憶的再鞏固過程，使原有的記憶痕跡更加牢固，多次結(jié)合后便產(chǎn)生病理性記憶，這種異常的再鞏固機制可能導(dǎo)致成癮記憶長期存在。
　　記憶再鞏固過程需要合成新的蛋白質(zhì)來維持原來的記憶的穩(wěn)定，記憶提取激活后在外周或記憶相關(guān)腦區(qū)(如，海馬、基底外側(cè)杏仁核、伏隔核)注射蛋白合成抑制劑能阻斷原來形成的成癮記憶。ERK是參與成癮記憶再鞏固過程的重要分子，藥物相關(guān)的環(huán)境線索在喚醒成癮記憶時能夠激活ERK的表達，記憶喚醒后抑制ERK通路可阻斷記憶的再鞏固過程，從而消除或減弱原來的成癮記憶，抑制ERK通路下游的鋅指蛋白(Zif268)的表達同樣能干擾記憶的再鞏固。說明ERK通路是成癮記憶再鞏固的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這種反復(fù)的再鞏固過程和其積累效應(yīng)會導(dǎo)致一段時間內(nèi)相關(guān)記憶不容易消退致使成癮記憶長期存在。記憶再鞏固的表觀遺 傳機制研究可能是該領(lǐng)域研究的一個新的趨勢。
　　
　　3.2　成癮過程中促進記憶的基因與抑制記憶基因的表觀遺傳學(xué)改變
　　許多基因參與記憶形成、鞏固、保持與提取過程，一類是記憶促進基因(memory promoting genes)，另一類是記憶抑制基因(memory suppressing genes)。目前大多數(shù)研究關(guān)注記憶促進基因在記憶形成過程中的作用，發(fā)現(xiàn)了一些在短時記憶轉(zhuǎn)化為長時記憶過程中起關(guān)鍵作用的基因。相對于記憶促進基因研究取得的重要進展，目前對記憶抑制基因情況知之甚少，蛋白磷酸酯酶1(proteinphosl)hatase1，PP1)與cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白2(CREB2)是目前已知的兩個抑制長時記憶形成的分子，二者都是多巴胺受體激活后誘發(fā)的cAMP/PKA/CREB通路的重要環(huán)節(jié)，抑制PP1與CREB2基因的表達則促進短時記憶向長時記憶的轉(zhuǎn)換。提示這種甲基化的發(fā)生與記憶形成過程中匹配的環(huán)境線索相聯(lián)系，即在條件化的過程起重要作用。因此，綜合研究成癮藥物作用先記憶促進與記憶抑制基因的表觀學(xué)變化便于更清晰的闡明成癮記憶長期存在的分子機制。
　　
　　3.3　存在的問題
　　許多表觀遺傳調(diào)控子的特異性拮抗劑的缺乏阻礙了精神障礙相關(guān)的染色質(zhì)重塑的研究。所有的可用的組蛋白去乙酰化酶(HDACs)的拮抗劑都是非特異性的，能夠阻止所有一型和二型的HDACs。更別說一些特定的HDACs(比如三型HDACs:termedsirtuins酵素和二型HDACs:HDAC6)除了組蛋白還能使其他蛋白質(zhì)脫去乙酰基，這就使對這些抑制劑的生物學(xué)作用的解釋更加復(fù)雜化了。特定HDACs或其他染色質(zhì)重塑的特異性抑制劑才能使我們區(qū)分出精神病理現(xiàn)象中表觀遺傳調(diào)控機制所起的特定的作用。
　　同樣因為特異性拮抗劑的缺乏，使另一種可以造成染色體構(gòu)型變化的表觀遺傳學(xué)機制――DNA甲基化在藥物成癮領(lǐng)域難以有效開展。DNA的甲基化是在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的作用下使CpG二核苷酸5"端的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?"甲基胞嘧啶。作為最早發(fā)現(xiàn)的基因表觀修飾方式之一，DNA甲基化的作用在基因表達調(diào)控中的作用得到廣泛的研究。轉(zhuǎn)基因的分子生物學(xué)研究中，甚至有證據(jù)表明基因的甲基化才是表觀遺傳學(xué)記憶形成的本質(zhì)，只有基因的甲基化能保證轉(zhuǎn)基因的永久沉默和不再激活�？墒悄壳翱梢杂糜谛袨樗幚硌芯恐�，只有DNMTs的抑制劑5-氮雜胞苷，沒有有效的反向作用的藥物，極大地限制了研究工作的開展。
　　另外，培育出缺乏特定染色質(zhì)基因的動物模型和模式動物全基因組甲基化芯片對于這方面研究也非常重要。

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