成瘾行为消退性学习的研究进展

刘文涛，王维胜，何 玲，刘景根

(1.中国药科大学药理学教研室，江苏南京 210009;2.中科院上海药物研究所新药研究国家重点实验室上海 201203)

医学上药物成瘾(drug addiction)被认为是一种反复发作的慢性脑部疾病，由于用药后行为和神经可塑性发生变化，导致脑内形成异常记忆，使成瘾者对药物相关的信号异常敏感，尽管深知成瘾药品的危害，也会强迫性地做出用药的决定;最终，觅求和吸食药物会变成一种异常的习惯化的学习过程。即使患者短期戒断，但只要存在诱发因素，患者就容易发生复吸(relapse)。当成瘾者在面对相关线索或场景，如:药物、用药工具、正在用药的人或曾经用药的场地时，不仅会产生继续用药的主观诉求，而且还会表现出焦虑、烦躁和兴奋等生理状态的变化。在评价促使复吸的因素时，成瘾者多认为药物或戒断相关性线索是导致复吸的主要原因，弄清如何阻止相关线索诱导成瘾者复吸成为成瘾领域研究的主要目标。研究发现:当受试动物再次暴露于药物相关环境中时，而不给予相应的药物刺激，受试动物的戒断时间会明显增加(即消退现象)［1］。因此，对消退学习的研究成为成瘾领域研究的热点。

1 成瘾行为是联想性学习过程

由药物或戒断相关线索诱发的渴求和复吸是属于条件反应(CRs)的一种，是通过巴甫洛夫条件反射所形成的;在成瘾患者长期吸毒过程中，这些线索已经逐渐变成强迫性药物使用信号。Thompson等［2］在1965的研究中就发现，与成瘾相关的其它众多因素相比较，药物或戒断相关线索更易引起觅药行为的复吸，提示成瘾过程中这些线索参与成瘾这种联想性记忆的形成。

药物或戒断相关线索可通过多种机制诱导条件反射进而调节动物行为;药物或戒断相关的线索可以被视为巴甫洛夫条件反射中的条件性刺激(CS)，而被看作偶然事件的一部分，当 CS出现的时候就预示着会出现非条件性刺激(US)，即被给予药物或产生急性戒断症状。药物或戒断相关线索引起的条件反射，属于巴甫洛夫条件反射，可以通过消退训练减轻这种反射。当受试动物通过消退性学习后，成瘾动物的戒断时间可以被明显延长(如自身给药)或戒断反应减弱(如条件位置厌恶)。越来越多的神经科学研究小组开始探讨与药物或戒断相关线索的消退行为，旨在弄清这些消退行为的行为学和神经生物学机制。

2 消退学习的行为学特征

消退学习是多次重复暴露于条件性刺激且缺少先前条件配对时所包括的US，这种暴露训练(消退训练)结果表现为条件反射强度或频率的下降(消退)。目前对于消退训练成绩的评价主要包括两种方式:消退训练期间评价(withinsession extinction)主要是指伴随消退训练而进行的测试所发现的消退现象;消退训练后期评价(extinction retention)主要是指在完成消退训练后(至少24 h以后)在某一时间点评价消退学习的记忆。

在条件位置模型中可以通过两种训练方式进行消退训练:①反复多次测试，让动物自由探索条件位置模型的装置;②将动物限制于先前进行条件配对的盒内，但不再给予药物或诱导戒断，随后通过让动物自由探索装置而评价消退训练。当消退发生后动物不再偏爱或厌恶之前条件性配对的那一侧盒;也就是动物对两侧盒的喜爱程度基本恢复到条件配对前水平。

消退学习并不是由于遗忘或从脑中抹掉了已形成的条件性记忆;在大多数巴甫洛夫条件反射模型中，形成的条件反射记忆是长效且不易遗忘的，若受试动物不暴露于缺少US的环境中，则条件反射(CR)不会消失。另一方面，消退性记忆亦是非常脆弱的，在某些条件状态下，CR很容易再次出现;比如当动物在场景Ⅰ中进行条件化训练，在场景Ⅱ中进行消退训练，而当已在场景Ⅱ中出现消退现象的动物再次回到场景Ⅰ进行测试，发现CR的表达水平恢复到之前的水平，这被称之为重现效应(renewal)。同样，进行消退训练后CR表达明显减少的大鼠，放置一段时间再进行行为检测，发现CR又会恢复到消退训练前的水平，这被称为自发恢复(spontaneous recovery)。这些现象均表明消退学习并未损伤原先已形成的记忆，而是形成了一种新的抑制性记忆，并且这种记忆是具有时间和环境依赖性［3］。

3 与成瘾行为消退性学习相关的核团

目前，对于药物或戒断相关线索消退现象的神经生物学机制了解很少;不仅进行系统研究的论文很少，事实上，一些相关的发现还是在进行其它方面研究时偶然观察到的。且到目前为止，没有任何具有指导性的理论框架去组织这些不连续的文献资料，因此这些资料也难以形成完整结构的理论机制，当然也无法将这些理论应用于临床治疗。但是，仍然具有一些可以应用的来自于其它类型研究的相关资料。对于相同类型的巴甫洛夫条件反射模型——恐惧记忆消退现象的研究已经进行了很多年，对于这种学习所涉及的神经环路、神经药理学和分子机制都已经获得了大量文献资料。恐惧记忆消退学习过程涉及的核心环路思想:腹内侧前额皮层抑制由边缘结构(特别是杏仁核)所触发的条件性恐惧反应。大量数据表明，其他类型巴甫洛夫条件反射和操作式反应消退学习同样包含这样的基本过程。

3.1杏仁核基底旁侧核在成瘾行为消退性学习中的功能杏仁核(amygdala)主要包括核基底旁侧核(basolateral nucleus of the amygdala，BLA)、中央核(central nucleus of amygdala，CeA)和ITC区(intercalated cell masses)。使用即刻早期基因Fos作为实验研究中神经活性标记物，表明参与成瘾形为获得和巩固过程的众多核团也参与了消退性学习。当动物暴露于药物相关线索或场景(消退环境)时，BLA部位的Fos蛋白的表达明显高于将动物暴露于非消退环境的对照组;更多研究表明消退学习中BLA的可塑性变化是十分重要的。在自身给药模型中，获得可卡因觅药行为的大鼠，被用兴奋性方式毁损BLA核团后，在行为测试阶段就需要花费更多的时间停止压杆行为(在这个实验中，测试阶段可卡因泵出与压杆次数是不成比例的，在获取阶段此两者是成比例的，而药物相关线索的出现是不连续的);相同模型中，在每次行为测试结束之后，立即在BLA核团注射电压门控钠通道阻断剂河豚毒素(TTX)抑制 BLA的活性也可以获得类似结果［4］;这些资料均表明干扰 BLA功能，会损害自身给药的消退学习能力。另一实验显示，在获得可卡因条件性位置偏爱(condition place preference，CPP)后，兴奋性毁损BLA核团可阻止CPP的消退行为［5］。最后，在强制性将动物限制于安非他明配对的环境之后，立即在BLA核团定位注射葡萄糖或胆碱能受体激动剂氧化震颤素可明显促进CPP的消退性学习。

3.2内侧前额皮层的下边缘区在成瘾行为消退学习中的功能内侧前额皮层(medial prefrontal cortex，mPFC)主要分为两个区域:缘前区(prelimbic cortex，PrL)和下缘区(infralimbic cortex，IL)。目前，仅有少量行为学研究揭示内侧前额皮层在药物线索消退行为中所起到的作用。在其中一个研究中，在将动物强制性限制于安非他明配对环境之前，IL核团定位注射麻醉剂布比卡因，明显阻断安非他明诱导的CPP消退行为［6］;同样在消退训练之前，IL核团注射NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)受体拮抗剂 AP-5也能获得类似的效果［6］。另一研究表明兴奋性毁损mPFC核团，对于可卡因CPP行为的获取和消退学习均不产生任何影响［7］;但在此研究工作中，损毁区域主要集中在PrL区，这个区域被提示并不是条件性恐惧记忆消退性学习所必须的。借用Fos蛋白表达作为神经元活性的标记物，Zavala等［8］发现静脉自身给药消退性训练明显增加前额皮层(mPFC)的PrL和IL的Fos蛋白的表达;同一研究小组获得了类似的行为学实验结果，但其实验中并没有检测PrL和IL的蛋白表达情况。

4 成瘾行为消退性学习涉及的谷氨酸受体

4.1 NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)受体NMDA 受体是一种特殊的离子型通道蛋白，具有独特的门控方式，即电压化学门控方式;NMDA受体是学习记忆的关键物质基础，其电压依赖性是由离子通道内部的Mg2+阻滞作用决定的。

NMDA受体拮抗剂明显阻碍药物或戒断相关线索诱导的消退学习;如上所述，在mPFC注射AP5使得安非他明诱导的 CPP行为的消退学习能力受损［6］。在自身给药模型行为测试阶段，每次行为测试后立即在 BLA核团注射AP5，可以使线索诱导的觅药行为的持续时间更久;这可能是由于在反复接触觅药环境时大鼠的消退学习被阻止所引起［9］。在消退训练前，腹腔给予NMDA受体拮抗剂MK-801可以阻止代谢性谷氨酸受体调质CDPPB对可卡因条件位置偏爱消退学习的促进作用［10］。相反，D-环丝氨酸(DCS，NMDA 受体激动剂)可促进药物或戒断相关线索的消退学习;在反复的位置偏爱测试之后或之前即刻腹腔给予 DCS可明显促进可卡因CPP的消退性学习，或者在重复测试后立即在 BLA给予 DCS也能明显促进消退学习［11］。同样，在纳洛酮诱导的条件位置厌恶模型(condition place aversion，CPA)中，急性戒断性配对训练后的大鼠，被再次限制于配对环境之前，腹腔给予DCS可明显促进其消退行为的产生［12］。

4.2AMPA(α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异口恶唑丙酸)受体AMPA受体在脑内普遍存在，属于离子通道型受体，介导着突触信号的快速传递。AMPA受体是四聚体，由特定的4个谷氨酸受体亚基(GluR1-4)组成，这4个亚基是以二聚体形式存在的。AMPA受体不仅参与基本的突触传递，同时也在行为训练所引起的突触可塑性改变中发挥重要作用。

在恐惧记忆(fear conditioning)的研究中发现，恐惧记忆的获得是与BLA细胞表面AMPA受体的GluR1和GluR2亚基表达增加有关的。在大鼠条件化训练后1 h进行消退训练(extinction training)，发现GluR1和 GluR2亚基在细胞膜上的GluR1和GluR2受体减少，而细胞质的GluR1和GluR2受体增加，即AMPA受体内吞。结合这些生化方面的发现，Lin等［13］对获得恐惧记忆的大鼠BLA神经元进行全细胞膜片记录发现:AMPA/NMDA比率是增加的;并且这样的变化可以被微注射DCS所逆转，进一步提示这些变化是由于细胞膜上NMDA受体依赖AMPA受体发生的内吞所造成。

对研究药物成瘾和戒断为线索诱导的消退在AMPA受体上的报道目前还不是很多，目前资料主要集中于对Narp蛋白的研究，Narp是结合于AMPA受体后发挥作用，负责AMPA受体在突触的转运和聚集。目前的研究都是在条件位置模型中进行，主要发现［14－15］:在吗啡诱导的 CPP模型中Narp敲除小鼠的消退学习能力明显降低;而在纳络酮诱导的CPA行为中Narp敲除小鼠的消退学习能力却明显增加。对于这样的发现目前还很难解释，一方面因为基因敲除具有一定的局限性，另一方面目前对于这两种行为消退学习的神经生物学机制还知之甚少。但是，至少这些数据预示着AMPA受体在药物和戒断为线索的消退学习中起着非常重要的作用。

5 表观遗传在成瘾行为消退性学习中的作用

表观遗传逐渐成为学习记忆分子机制研究的重点，而受到越来越多神经科学家的关注;其中一个主要的原因是因为染色体的修饰与转录调节具有十分密切的关系。染色体的修饰主要包括组蛋白的修饰与DNA甲基化，其中乙酰化是组蛋白修饰最重要的修饰方式，发生在N端保守的赖氨酸残基上，组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰化转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)协调催化完成，是一个由HATs和HDACs调控的动力学上可逆的过程，它可调节转录:HATs催化组蛋白尾部赖氨酸残基的乙酰化将导致局部DNA与组蛋白八聚体解开缠绕，从而使各种转录因子与DNA特异序列结合，促使转录发生;而HDACs降低组蛋白的乙酰化水平，使染色质紧缩，限制了转录因子与DNA结合，抑制转录的发生。

cAMP效应元件结合因子(CREB)以及其共同激活物如(CREB结合蛋白CBP)在学习记忆领域都有重要的作用，CBP是长时程突触可塑性和长期记忆时进行基因转录所必需，最近的研究表明CBP具有组蛋白乙酰转移酶(HATs)的功能［16］。同时组蛋白去乙酰化酶(HDACs)也被证明对于突触可塑性和记忆是十分重要的。普遍来说，如果HAT的功能受损，组蛋白乙酰化水平下降，就会导致突触可塑性和长期记忆受损;若乙酰化水平升高(通过使用去乙酰化酶抑制剂)，就可以提高突触可塑性和增强长期记忆。

消退作为一种学习记忆过程，其学习记忆牵涉到组蛋白修饰的基因转录和表达过程，这个过程可以被药物如去乙酰化酶抑制剂所改变。Bredy等［17］不仅发现多种 HDACs抑制剂可以提高动物恐惧消退成绩，而且证明经过消退训练后特定基因启动子部位的组蛋白发生乙酰化修饰。在成瘾性相关的记忆中，Malvaez等［18］首次发现给予小鼠 HDACs抑制剂后，进行可卡因条件位置偏爱训练小鼠的消退学习能力明显提高;而且消退训练后给予药物丁酸钠(HDACs抑制剂)不仅明显减低小鼠的偏爱行为，并且之前已经形成条件位置偏爱小鼠的药物寻求行为的重建也被明显减轻。这些结果显示HDACs抑制剂不仅提高了消退的效率，更加强了消退学习的的持久性，明显延长药物的戒断时间。

消退学习被认为是保全原有记忆而发生的新的学习记忆;HDACs抑制剂促进记忆巩固阶段的基因表达，因此HDACs抑制剂可能是通过促进消退训练中形成的新的联想性学习记忆的巩固，发挥其促进消退的作用。研究者还发现HDACs抑制剂促进场景性恐惧记忆和药物寻求行为的消退性学习，使得我们猜想的内在机制(即通过染色体修饰调节基因表达进而改变神经元功能和最终引起行为学改变)的证据变得更多。但是，HDACs抑制剂增强消退学习的具体机制还不是十分的明确，所用的HDACs抑制剂也都是非特异性的，仍需要大量的工作来研究特定的HDAC(如HDACⅠ、HDACⅡ等)在消退学习中的具体作用。

6 药物和戒断相关线索消退学习的临床研究

如上阐述，对恐惧记忆的基础研究得到的结论已经开始影响临床治疗。比如，神经影像研究发现当患者暴露于与创伤相关线索时，患者杏仁核核团过度激活，而前额皮层活动减低［19］;以上结论连同动物实验数据，意味着前额皮层-杏仁核抑制环路的功能失调，导致损伤后应激能力失调(post traumatic stress disorder，PTSD)患者恐惧记忆的消退学习能力减弱［20－21］。对于顽固和虚弱的PTSD患者，为了恢复其脑部功能，有学者提出用深部脑刺激对前额皮层-杏仁核的失衡进行纠正。另一临床上应用于症状相对较轻患者的治疗策略是提高NMDA受体功能;D-环丝氨酸(DCS，FDA批准用于治疗结核病)被用于恐怖症、社交焦虑障碍和强迫症临床治疗，取得效果类似于动物模型恐惧记忆的消退学习;对于一些临床症状不明显的患者，DCS并没有获得很好的治疗效果;但此药物使用是从实验室到临床的典型代表。

类似临床见解和研究进展主要来自于对药物线索消退学习的深入研究。例如，成瘾者在神经心理测试中表现很差，这种测试主要反映前额皮层功能;在某些病例中成瘾者的表现类似于前额皮层受损的患者［22］;在进行这些神经心理测试时，前额皮层功能明显减弱或发生变化。此外，成瘾患者大多表现为前额皮层体积和灰质密度降低。这些结果可以用于解释为何药物线索的暴露治疗往往取得效果并不明显;也许，比迄今所尝试更深入的强化治疗，才能够补偿成瘾者有限前额皮层功能。在谈话疗法中，有选择性的结合药物线索暴露疗法和增强前额皮层功能的技术手段(如行为抑制和欲望满足度延缓)，这样的治疗方法可能有效。

在暴露疗法中，使用D-环丝氨酸是另一种潜在的非常有用的治疗方式;在动物模型药物和戒断相关线索消退学习以及临床PTSD患者线索暴露疗法中，D-环丝氨酸所表现出的效能，使得研究者对于D-环丝氨酸在成瘾患者暴露疗法中作为辅助手段所能起到的作用充满期待;研究显示，D-环丝氨酸可能是通过促进成瘾者消退学习以补偿成瘾者的消退缺陷，进而改善治疗进程。这些重要发现为未来临床研究提供了重要的理论基础。

7 展望

尽管药物和戒断相关因素的消退学习研究已取得一定进步，但仍有大量的研究工作需要完成。这些工作应主要围绕弄清消退学习涉及的神经核团和环路，以及消退学习所涉及突触可塑性的内在机制进行展开。

比如，对于mPFC核团是否参与条件性渴求或条件性戒断的消退性学习仍不是十分清楚;依据已有实验证据表明内侧前额皮层区在恐惧记忆和觅药行为中具有类似的作用［23］，以此可以推断出一个事实:前额皮层缘前区(PrL)和下边缘区(IL)在恐惧记忆学习中起着互相补充的作用，如PrL主要在恐惧记忆的表达中发挥作用，而IL抑制恐惧记忆的表达［24］;将来的工作应优先研究前额皮层的各亚区域的特定功能及在各种行为中发挥的作用。杏仁核被认为是消退学习中前额皮层发挥作用的潜在下游靶点，其中主要认为核团BLA是条件性渴求和戒断反应的行为表达及在相对应的消退行为中发挥重要作用。另外，需要进一步研究除杏仁核和前额皮层之外，还有哪些核团对药物线索诱导消退学习产生作用，以及进一步阐明这些核团之间存在的相互作用。

8 结语

随着对成瘾行为的消退性学习的深入研究，将为进一步了解成瘾机制以及寻找成瘾治疗的分子靶点提供一定的思路;同时必然将为未来临床治疗成瘾提供更加坚实的理论支持与指导，为最终解决成瘾这一难题提供帮助。

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