运动对尼古丁戒断大鼠抑制能力的影响及机制

周跃辉，周成林，李翠翠



运动对尼古丁戒断大鼠抑制能力的影响及机制

周跃辉，周成林，李翠翠

目的：研究尼古丁戒断期运动干预对大鼠抑制能力和大脑α7烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)蛋白表达的影响，以探讨抑制能力与尼古丁CPP依赖性和nAChRs蛋白表达之间的关系。方法：30只4周龄雄性SD大鼠随机分为安静组和中等强度运动组。采用条件位置偏爱(CPP)建立大鼠尼古丁依赖模型，Go/NoGo范式评价戒断大鼠的抑制能力，Western blotting蛋白免疫印迹法检测前额叶皮层和海马组织α7 nAChRs蛋白表达水平。结果：1)构建了大鼠Go/NoGo范式和尼古丁CPP依赖性模型。2)与安静组相比，运动组大鼠CPP得分(s)显著降低(156.27±12.07 vs 83.6±14.85，P<0.01)，Go任务正确率(%)没有变化，但NoGo任务正确率(%)明显提高(42.67±3.53 vs 63.43±3.92，P<0.01)。3)安静组和运动组大鼠海马组织a7 nAChRs表达水平没有发生明显变化，而运动组大鼠前额叶皮层α7 nAChRs蛋白表达显著上调(0.7±0.06 vs 1.23±0.1，P<0.01)。4)尼古丁戒断大鼠的抑制能力与CPP偏好值负相关(R2=0.64，P<0.01)，与前额叶皮层α7 nAChRs蛋白表达水平正相关(R2=0.44，P<0.05)。结论：连续10天的中等强度跑台运动可能通过特异性上调前额叶皮层a7 nAChRs蛋白表达，增强尼古丁戒断大鼠的行为抑制能力，进而降低尼古丁依赖性。

运动；大鼠；尼古丁；条件位置偏爱；抑制能力；烟碱乙酰胆碱受体

尼古丁是烟草成瘾的主要成分，烟草成瘾的实质就是尼古丁成瘾。尽管近几十年预防医疗体系在迅速发展，但尼古丁成瘾依旧是全球工业发展国家发病率和死亡率较高的首要原因[4]。尼古丁长期使用可以产生与海洛因或可卡因等毒品一样强有力的成瘾性，严重危害个人和社会健康。治疗尼古丁成瘾最大的障碍是戒断后居高不下的复吸率，其中，诱发高复吸的重要原因之一是戒断综合征的存在。在第一个月戒烟过程出现的各种复杂的戒断症状中，65%的吸烟者认为认知改变是最严重的戒断症状[51]。其中，学习记忆和抑制能力等认知功能障碍是尼古丁戒断的核心症状，它导致机体对尼古丁的渴求无法控制(尤其因生理和心理依赖产生的渴求)，是诱发复吸的重要原因[31,38,42]。复吸的存在，导致70%尼古丁成瘾戒断者中仅有不到5%的人可以成功戒除[47]。尼古丁成瘾神经网络学说认为，从最初自主性使用尼古丁到强迫性滥用尼古丁，代表着前额叶皮层对其下行海马等脑区的执行功能紊乱[14]。执行功能包括转换、抑制和刷新3个子成分，抑制控制是执行功能的核心成分[34]。因此，抑制能力受损是尼古丁复吸的关键环节，提高抑制能力可能有助于预防复吸。

随着运动锻炼健身效益的日益凸显，运动作为一种非药物疗法，在神经认知功能障碍疾病(如脑中风、老年痴呆症、帕金森病和抑郁症等)中已体现出重要的防治作用[3]。自主转轮运动可以明显改善大鼠前额叶和海马等脑区相关的认知损伤，减少成瘾性物质如酒精和毒品成瘾等诱发的渴求[11,19,33]。中等强度的跑台运动可以显著降低长期吸烟者的渴求、戒断症状、复吸和负面情绪，延缓两次吸烟的间隔时间，增加其他戒断方法的成功率(提升约2～3倍)[2,29]。自主转轮运动(2 h/d，10 d)也可以有效降低大鼠尼古丁成瘾的依赖性[43,44]。Janse等人[25,26]一系列的功能核磁共振成像结果显示，中等强度运动能够降低尼古丁诱导的前额叶和眶额叶等脑区的激活程度，而这些脑区是执行功能的神经解剖学基础[27]，说明运动可能参与了尼古丁成瘾过程中认知控制的改变。大量研究也发现，中等强度跑台运动可以显著提高正常成年人的行为抑制能力[1,5]，以及促进吸毒者的抑制能力，降低药物渴求度[49]。Yanagisawa等[52]神经影像学研究明确指出，运动强度是影响大脑认知和行为反应的重要因素。相比起自主转轮运动，被动跑台运动能够精确控制运动强度，更好地模拟药物依赖者不愿运动的心态[30,56]。基于前人的研究成果，本研究选择中等强度的跑台运动作为干预方式。

烟碱胆碱能信号广泛存在于皮层和海马环路，nAChRs功能下调或表达减少是认知障碍的病理性机制[36]。越来越多的证据表明，nAChRs是治疗阿尔茨海默病、精神分裂症、抑郁症、注意力缺陷多动症和尼古丁成瘾等神经认知障碍的有效靶点[17,46]，激活α7 nAChRs可以显著改善突触可塑性，减少前额叶皮层和海马有关的认知缺陷[36,45]。α7受体基因缺失的小鼠表现出前额叶依赖的注意力缺陷和工作记忆下降[14]，前扣带回皮层注射α7 nAChRs拮抗剂增加大鼠尼古丁摄取的冲动性[12]。这些研究表明，α7 nAChRs可能对尼古丁戒断大鼠的抑制能力具有重要作用。

综上所述，课题组推测中等强度跑台运动能够通过改善行为抑制能力，降低尼古丁依赖性，运动的这种效果可能与前额叶和海马脑区α7 nAChRs蛋白表达水平改变有关。本研究拟通过建立大鼠尼古丁CPP依赖模型以及大鼠Go/Nogo行为抑制评价模型，探讨中等强度运动对尼古丁戒断大鼠抑制能力的影响和机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物

4周龄雄性SPF级SD大鼠(n=30)，购买于第二军医大学动物实验中心[SCXK(沪)2008-0016]。大鼠采用冯氏IVC-II型独立送风隔离笼具(苏州市冯氏实验动物设备有限公司)饲养，每笼5只，自由饮食(除Go/NoGo范式训练外)，饲养笼内温度为22.0℃±2℃，相对湿度为50%～60%，12 h明暗交替光照，遵循大鼠日夜生物节律。

1.2 药物

尼古丁酒石酸盐购买于美国Sigma公司(N5260)，用0.9%生理盐水将其稀释为0.5 mg/ml，采用颈背部皮下注射，每千克体重注射1 ml体积液体。根据文献[20]，尼古丁注射剂量为0.5 mg/kg。

1.3 实验方法

1.3.1 利用条件位置偏爱(conditioned place preference，CPP)建立大鼠尼古丁依赖动物模型

CPP是评价成瘾性药物精神依赖性的经典范式，实验装置及软件(TWWP-2)购自于中国医学科学院药物研究所。该装置由3个箱体构成，其中，两侧的箱体为条件化训练箱(A箱和B箱)，大小相同但底面纹理和侧面灯光图案不同，作为动物注射尼古丁或盐水后区分箱体的依据；中间的小箱体为过渡箱，抽去其两侧挡板，大鼠可以在3个箱子内自由穿梭活动。CPP程序分为前测期、条件化训练期和测试期。其中，大鼠在注射尼古丁训练箱(伴药侧)的停留时间减去注射生理盐水训练箱(非伴药侧)的停留时间，即为CPP得分值(s)，作为判断大鼠是否形成条件化偏好的统计依据[20,22]。

前测期：抽去箱体中间挡板，记录大鼠15 min内在各箱体内的停留时间，作为CPP得分的基础值。剔除明显偏好任何一箱大于540 s的大鼠[20]。

条件化训练期：大鼠进行连续8个周期的生理盐水和尼古丁给药交替训练(表1)[53]。为了排除给药顺序和箱体环境差异的影响，尼古丁和生理盐水注射采用平衡对抗设计，即一半大鼠放置A箱注射尼古丁(B箱注射生理盐水)，一半大鼠放置B箱给药(A箱注射生理盐水)。

表1 大鼠尼古丁CPP训练方案一览表

测试期：抽去箱体挡板，大鼠自由穿梭箱体，观察并记录大鼠15 min内在两个条件化箱的停留时间。大鼠条件化训练后CPP得分减去前测CPP得分，作为CPP模型是否建立成功的判断依据。大鼠运动后CPP得分(后测)减去运动前(测试期)CPP得分，作为运动影响CPP的判断依据。1.3.2 Go/NoGo任务评价大鼠抑制能力

Go/NoGo任务是测评中枢神经系统执行与抑制功能的重要手段，该实验系统购自于宁波安来软件科技有限公司。配套的LabState软件可以自动控制灯光和食物投放，记录整个实验过程和数据[54]。为了保持大鼠对食物的渴求，大鼠在完成Go/NoGo条件化训练后摄食，限定每100 g体重每天摄取食物约5 g、饮水约8 ml，以使大鼠达到85%正常饮食的体重[9]。根据已有文献[41]，Go/NoGo任务流程如图1所示。

图1 大鼠Go/NoGo任务操作程序示意图

为了让大鼠熟悉糖水获取方法和位置，首先进行鼻触-食物孔关联性训练。连续2天老鼠在30 min内鼻触食物槽获取100次糖水奖励，该部分训练结束。其次，箱顶灯亮起，间隔5 s(Intertrial interval，ITI)后，大鼠鼻触中间孔，若该孔灯“亮”起(Go视觉刺激信号，出现时间为T1=4 s)，并伴随食物槽灯亮及0.2 s的“啪”响声。大鼠转身到对面食物槽获取一次糖水奖励，该过程为正确反应。若大鼠在执行时间T1内没有做出反应，则箱顶灯熄灭，伴随40 s黑暗惩罚；若该孔灯“闪烁”(NoGo视觉刺激信号，出现时间为T2=4.5 s)，此时食物槽灯及糖水提供系统不出现反应，大鼠转身鼻触食物槽，则为错误反应。若大鼠在T2时间内没有转身鼻触食物槽，则为正确反应。100个试次，其中Go出现75%，NoGo出现25%。建模评价标准：Go任务>80%准确率，NoGo任务>50%准确率[36]。

1.3.3 动物分组和运动干预方案

CPP建立大鼠尼古丁依赖模型后，按体重随机分为安静组和运动组。针对中等运动强度的界定采用乳酸阈测评法[13]，即在递增负荷运动中，血乳酸浓度急剧上升的起始点，其所对应的跑台速度约为40%～60%最大摄氧量[35]。使用全自动乳酸分析仪(德国EKF公司，BIOSEN C-line)检测大鼠尾静脉乳酸浓度。具体方案如图2所示，尼古丁CPP依赖大鼠乳酸阈强度时的跑速约为18 m/min。

图2 大鼠乳酸阈值的测定[37]

按照运动降低尼古丁戒断大鼠渴求度的有效运动时间[43]，选择运动干预持续总时间为10天，每天单次运动时间为30 min(不包括热身和整理活动)，具体实验流程如图3所示。

图3 实验流程图

1.3.4 动物取材及样本处理

所有动物在行为学测试结束24 h后，麻醉处死，0.9%生理盐水心尖灌注(去除脑组织血液)，剥离大脑，冰上操作，迅速取出前额叶皮层和海马组织，-80℃保存。

1.3.5 Western blotting检测脑组织a7 nAChRs表达水平

BCA 试剂盒(碧云天)检测脑组织总蛋白浓度，调整浓度为4 μg/ul。经SDS-PAGE凝胶电泳(5%浓缩胶，10%分离胶)、PVDF转膜(恒流300 mA，100 min)、5%BD脱脂牛奶封闭(室温，1 h)、a7 nAChRs一抗(兔多克隆抗体，1∶400，Abcam)4℃过夜、二抗(辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG，1∶3 000，Cell Signaling)室温孵育1 h后，加ECL发光液(Millipore)，天能Tanon 5200 Multi全自动化学发光成像分析系统检测目的蛋白和内参GAPDH的灰度值。

1.3.6 统计分析

2 结果

2.1 运动对大鼠尼古丁CPP的影响

尼古丁诱导的条件化位置偏好结果如图4A所示，配对t检验结果显示，经8个连续的盐水/尼古丁交替训练，生理盐水训练组大鼠没有产生显著性的位置偏好，而尼古丁训练组大鼠产生了明显的位置偏好(P<0.01)，说明重复的尼古丁条件化训练产生了明显的位置偏好，建立了大鼠尼古丁CPP依赖模型。

尼古丁CPP依赖大鼠经过连续10天的中等强度跑台运动干预后，2(组别：安静组、运动组)× 3(测试时间：前测期、测试期和后测期)重复测量方差分析发现(图4B)，测试时间对CPP偏好得分的影响十分显著，F(2，10)=109，P<0.01，Partialη2=0.956。组别主效应不显著。测试时间与组别的交互效应显著，F(2，22)=8.265，P<0.01，Partialη2=0.429。进一步简单主效应分析结果显示，安静组测试期与前测期CPP得分之间存在显著差异性(P<0.01)，后测CPP得分与测试期CPP得分无显著性差异。运动组前测期、测试期、后测期之间的CPP得分存在显著差异性(P<0.01，图4)。

提示，运动干预后，CPP得分减少，大鼠对尼古丁的依赖性降低。

图4 尼古丁诱导的CPP及运动干预的影响

注：A.尼古丁CPP建模情况，其中*表示与前测相比，P<0.01； B.中等强度跑台运动干预后CPP形成情况，其中*表示与测试期和后测相比，P<0.01；#表示与测试期相比，P<0.01。

2.2 运动对尼古丁戒断大鼠抑制能力的影响

如图5A所示，大鼠Go/NoGo任务中Go任务正确率高达87.84%，NoGo正确率为71.52%，均高于该任务建模标准(Go任务>80%准确率，NoGo任务>50%准确率)[41]，提示，本研究构建的模型可以测评大鼠的抑制能力。

在大鼠经过CPP训练和运动干预后，再次测试Go/NoGo任务，经2(组别：安静组、运动组)× 2(任务类型：Go、NoGo任务)的重复测量方差分析发现，Go/NoGo任务类别主效应显著，F(1，11)=89.002，P<0.01，Partialη2=0.890。组别主效应显著，F(1，11)=16.236，P<0.01，Partialη2=0.596。两者的交互作用显著，F(1，11)=9.711，P<0.01，Partialη2=0.469。进一步简单主效应分析结果显示，安静组和运动组之间的Go任务正确率没有显著性差异(P>0.05)，而两组之间的NoGo任务正确率存在显著差异性，具体表现为运动组显著高于安静组(P<0.01)。此外，两组的Go任务正确率均显著高于NoGo任务(P<0.01)。

图5 运动对尼古丁戒断大鼠Go/NoGo任务的影响

注：A.Go/NoGo任务建模情况；B.中等强度跑台运动对尼古丁戒断大鼠Go/NoGo任务正确率的影响，其中*表示与安静组NoGo任务相比，P<0.01。

2.3 运动对尼古丁戒断大鼠脑组织a7 nAChRs表达水平的影响

为了探索运动提高尼古丁戒断大鼠抑制能力、抑制CPP形成的可能神经机制，在大鼠尼古丁成瘾后戒断期，让其进行为期10天、每天30min的中等强度跑台运动，然后比较了运动组和安静组大鼠脑组织中尼古丁a7亚型受体蛋白表达水平的差异，Western blotting结果发现，运动干预后，海马组织a7 nAChRs蛋白表达不具有统计学差异性(P>0.05)，但前额叶皮层a7 nAChRs蛋白表达具有显著差异性(P<0.01)，具体表现在运动组大鼠前额叶皮层a7 nAChRs蛋白表达水平明显上调(图6)。

2.4 大鼠抑制能力与CPP得分、a7 nAChRs表达水平的相关性分析

为了探究尼古丁戒断大鼠在运动干预后，其抑制能力的提高与CPP得分、蛋白表达的相关关系，把每只大鼠的行为学和蛋白表达量数据进行了皮尔森相关性分析，结果发现，NoGo任务正确率与CPP得分负相关(R2=0.64，P<0.01)，与前额叶皮层a7受体相对表达水平正相关(R2=0.44，P<0.05)，说明运动可能通过提高前额叶皮层a7受体相对表达水平，增强大鼠对其行为抑制的控制能力，进而降低尼古丁的依赖性。

图6 运动对尼古丁戒断大鼠海马和前额叶a7 nAChRs表达水平的影响

图7 大鼠抑制能力与CPP得分和蛋白表达之间的相关关系

3 讨论

3.1 大鼠Go/NoGo任务和尼古丁CPP模型

Go/NoGo任务是评价行为反应抑制能力的经典范式。在动物研究中，虽然该任务操作具有一定难度，训练时间也较长，但近些年已经被广泛应用于各种动物，如大鼠[41]、小鼠[40]和猴子[37]等。本实验经过3周的训练后，Go任务正确率高达87.84%，NoGo任务正确率为71.52%，说明建立了可以评价大鼠抑制能力状态的Go/NoGo任务模型[41]，其中，Go任务正确率高于NoGo任务正确率的可能原因，是Go任务比例较大(75% Go和25% NoGo)，容易使机体形成一种惯性反应。而作为一种“新颖刺激”，NoGo任务出现比例较小，需要受试个体抑制少量不断出现的优势反应，相对难度较大。

CPP是基于经典的巴普洛夫条件反射，被广泛应用于评定各类成瘾药物的滥用倾向和依赖程度，以及研究药物奖赏效应的神经生物学机制[8]。给动物注射药物后，再将其反复暴露于与药物相关联的环境中，经过一段时间的条件化训练，在不给药的情况下动物也会对该特定环境表现出偏爱。动物在给药箱内停留时间的长短，代表着其对该药物的渴求程度。CPP代表着动物的觅药行为，象征着人的心理渴求[24]。根据已有文献的训练方案和给药剂量[20,53]，建立了评价大鼠尼古丁依赖性的CPP模型。本实验训练的大鼠尼古丁CPP得分差值在160 s左右，明显低于可卡因[55]和吗啡[23]等毒品诱导的CPP得分差值(>200 s)，可能由以下原因引起[39]：虽然烟草的成瘾性不亚于这些毒品，但烟草中有4 000多种化学成分，尼古丁只是其中之一；尼古丁除了参与大脑的奖赏环路，还可能具有其他的药理学作用；尼古丁同时刺激兴奋性神经递质谷氨酸和抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)；尼古丁受体易脱敏，导致机体耐受。

3.2 运动促进尼古丁戒断大鼠的抑制能力，降低尼古丁依赖性

在本研究中，利用CPP范式建立大鼠对尼古丁依赖性模型，通过Go/NoGo任务评价戒断期大鼠在运动干预后的抑制能力，结果发现，10天中等强度被动跑台运动显著提高了NoGo任务正确率，而对Go任务正确率没有影响，这一方面说明，该类型运动对难度较小的认知加工过程作用不明显，而仅仅促进了难度较大的行为抑制功能；另一方面也间接说明，设定的Go/NoGo任务比例(4/1)符合该实验条件下大鼠的操作能力，达到了区分任务难度的效果。同时，运动也降低了大鼠对尼古丁CPP的依赖，提示，运动可能通过提高抑制能力，降低尼古丁渴求。药物成瘾理论观点认为，长期的药物滥用会导致海马和杏仁核等有关学习记忆的病理性损伤，进一步强化奖赏中心，削弱抑制控制能力，尤其在药物戒断期或过量摄药期，药物相关的自主反应、情感和行为等支配高级认知控制系统，使注意力偏向药物或与其相关线索，诱发冲动性、强迫性和不顾后果的用药动机[7,21]。尼古丁成瘾神经网络学说认为[14]，前额叶皮层通过谷氨酸能神经纤维投射于纹状体、杏仁核、海马和伏隔核等脑区，调控多巴胺能神经传入，这些与伏隔核相联系的神经纤维传入和传出被视作自上而下“门控”神经环路的基础，前额叶相关的认知控制系统功能受损，是维持尼古丁滥用的重要原因。因此，尼古丁依赖和戒断所致的行为反应抑制能力障碍，可能是个体强迫性、冲动性觅药和复吸的关键因素。相反，运动干预可能通过提高反应抑制能力，降低尼古丁依赖性。

目前，国家还没有任何有效产品可以使尼古丁依赖者一年后的戒断率超过20%，更没有药物以复吸为靶点[32]。随着全民健身运动的普及，大量临床研究发现，有氧运动作为一种积极有效的慢病干预手段，不仅对毒品成瘾有显著的预防和治疗效果，对尼古丁滥用也具有积极的干预效果[49,56]。然而，运动与尼古丁依赖的动物研究并不多见。Sanchez课题组[43,44]研究指出，尼古丁自身给药模型成瘾大鼠戒断期进行10天的自主转轮运动，可以有效降低大鼠对尼古丁的渴求和依赖性。但该研究没有监控运动强度，只阐述了大鼠在转轮中每天跑2 h。神经影像学研究指出，运动强度是影响大脑认知和行为学反应的重要因素[52]。本研究采用被动跑台运动方式，通过乳酸阈间接测量了中等运动强度区间，并以此作为大鼠在戒断期运动的强度。结果发现，10天的中等强度运动干预可以有效减少大鼠对尼古丁的渴求和依赖。同时也发现，与安静组相比，运动组大鼠行为抑制能力显著提高，且与CPP依赖性负相关，提示，运动改善了尼古丁依赖大鼠的抑制能力受损现象，进而可能减少了尼古丁依赖。关于运动与认知控制的研究表明，运动可以降低尼古丁诱导的前额叶皮层和眶额叶等负责认知控制脑区的激活程度，可能参与尼古丁成瘾过程中认知控制、冲动性和视觉空间注意力偏向的调控[25,26]。研究表明，急性中等强度有氧运动能够有效促进正常成年人的抑制能力[1]，改善甲基苯丙胺戒断者的抑制能力，降低药物渴求度[50]。本研究发现，10天中等强度跑台运动可以有效提高尼古丁戒断大鼠Go/NoGo任务的行为抑制能力，降低尼古丁依赖性，进一步丰富了尼古丁成瘾神经网络学说，同时，运动作为一种新的尼古丁干预或辅助治疗手段，有望在烟草依赖的其他治疗方法上提供新的作用靶点。然而，评价动物行为抑制的范式还包括有Stop-signal任务(测评正在进行的行为抑制能力)、五项选择连续反应时任务(测评注意力和运动冲动性)和延迟奖赏任务(测评认知抑制，如选择冲动性)等[18]，本研究选用的Go/NoGo任务主要评价对占有优势地位的行为的抑制能力。因此，对尼古丁戒断大鼠行为抑制能力的测评存在单一性，研究结果不能够体现抑制能力的所有方面。

3.3 运动对尼古丁戒断大鼠nAChRs的影响

本研究中，以青年雄性大鼠为研究对象(青年、雄性大鼠更易建立尼古丁CPP)[53]，选择在大鼠尼古丁CPP戒断期进行10天的运动干预，结果发现，与安静组相比，运动组大鼠海马组织a7受体表达水平没有发生改变，而前额叶皮层a7受体水平明显上调，说明尼古丁戒断期运动干预在一定程度上选择性地提高了大鼠前额叶皮层a7 nAChRs的表达。相关性分析结果表明，前额叶皮层a7 nAChRs上调与抑制能力正相关，提示，前额叶a7 nAChRs可能参与了尼古丁戒断大鼠抑制能力受损过程，同时也表明，戒断期的运动干预可能通过增加前额叶a7 nAChRs表达，促进大鼠抑制能力的恢复或改善过程。尼古丁作为一种外源性nAChRs激动剂，可以作用于谷氨酸能、GABA能和乙酰胆碱能神经纤维的传入和传出，调控着多巴胺神经递质的释放。中枢神经系统分布较多的尼古丁受体主要为α7和α4β2 nAChRs。研究发现，a7受体基因缺失的小鼠表现出前额叶依赖的注意力缺陷和工作记忆下降[14]，前扣带回皮层注射α7 nAChRs拮抗剂增加大鼠尼古丁摄取的冲动性[12]。α7 nAChRs激动剂能减少新物体识别和社交行为等认知过程中的正常健忘[48]。α7和α4β2 nAChRs可以拮抗性调控边缘脑区(如腹侧被盖区和前额叶等)兴奋性神经递质谷氨酸和抑制性神经递质GABA的突触传递，维持动作电位依赖性的多巴胺递质水平的稳态[6]。由此可见，α7 nAChRs对大脑认知控制能力和尼古丁依赖性，以及对中枢神经兴奋性和抑制性过程的稳态，均具有重要的调控作用。

早在1990年，Collins等[15]动物实验就指出，雌性大鼠连续7天的颈背部皮下注射尼古丁(0.8 mg/kg)，增加了皮层、中脑、后脑、海马、纹状体和丘脑尼古丁-nAChRs绑定，但是戒断第8天各个脑区的尼古丁受体水平开始下降(除了皮层和海马)，当戒断21天时，皮层nAChRs含量恢复至正常基线水平，而海马nAChRs含量仍旧高于基线水平。接着Koylu等[28]研究发现，大鼠连续15天的皮下注射尼古丁(0.6 mg/kg)，会上调雄性大鼠全脑(除去小脑)尼古丁受体水平(雌性大鼠无变化)，但戒断20天后，nAChRs水平不再显著增加。以上研究结果提示，大鼠尼古丁戒断后，nAChRs的变化随着戒断时间和脑区而有所不同，这也可能与性别有关。然而，关于尼古丁戒断与nAChRs改变的动物实验，大多采用直接尼古丁注射，没有使用自身给药或CPP等药物依赖模型去鉴定大鼠尼古丁注射后是否形成了依赖或成瘾。因此，这些研究中nAChRs水平的变化可能并不能代表尼古丁依赖或成瘾个体nAChRs的变化趋势。本研究中选择尼古丁依赖大鼠戒断10天期间，进行运动干预，结果发现，运动增加了前额叶α7 nAChRs的表达。关于运动与尼古丁受体表达关系的研究，目前鲜有报道。早期文献指出，长期大强度被动跑台运动(30 m/min,坡度为5%，2 h/天,5天/周,12～16周)能够增加大鼠骨骼肌神经肌肉接头的乙酰胆碱受体数量，促进神经肌肉系统的功能重塑[16]。最近研究也发现，α7 nAChRs属于骨骼肌传入神经元功能性表达受体，增强肌肉收缩功能，促进血液循环[10]。这些结果提示，α7 nAChRs可能在运动发挥积极效应过程中扮演着重要作用。另一方面，由于本实验没有设立盐水对照组(非尼古丁依赖)，缺乏正常大鼠中枢α7 nAChRs含量的基线值，无法确认尼古丁戒断后安静组大鼠中枢α7 nAChRs含量的改变情况(相比非尼古丁依赖大鼠，其α7 nAChRs水平是升高还是降低)，而仅能说明运动干预后，尼古丁戒断大鼠前额叶α7 nAChRs表达上调，至于是否基于正常水平的上调，还有待进一步的研究。同时，关于a7受体是否真正参与运动改善尼古丁戒断大鼠抑制能力的损伤，它是不是运动促进抑制能力的必需因素，也需要进一步加入受体阻断剂的在体或离体研究，或者基因敲除的动物研究。

4 结论

连续10天中等强度被动跑台运动(30 min/d)能够显著提高尼古丁戒断大鼠的行为抑制能力，虽然没能消除尼古丁CPP的形成，但降低了尼古丁依赖性；运动可能通过上调特定脑区(前额叶皮层，而非海马组织)a7 nAChRs蛋白表达，增强抑制控制能力，进而降低尼古丁依赖性。

[1]王莹莹，周成林.急性有氧运动的强度与抑制能力的剂量关系-来自ERP的证据[J].体育科学,2014,34(11):42-49.

[2]ABRANTES A M,BLOOM E L,STRONG D R,etal.A preliminary randomized controlled trial of a behavioral exercise intervention for smoking cessation[J].Nicot Tobacco Res:Offic J Soci Res Nicot Tobacco,2014,16(8):1094-1103.

[3]ADAMSON B C,ENSARI I,MOTL R W.Effect of exercise on depressive symptoms in adults with neurologic disorders:A systematic review and meta-analysis[J].Arch Phys Med Rehabi,2015,96(7):1329-1338.

[4]AGAKU I T,KING B A,DUBE S R,etal.Current cigarette smoking among adults—United States,2005—2012[J].Morb Mortal Wkly Rep,2014,63(2):29-34.

[5]AKATSUKA K,YAMASHIRO K,NAKAZAWA S,etal.Acute aerobic exercise influences the inhibitory process in the go/no-go task in humans[J].Neurosci Letters,2015,600:80-84.

[6]ALBUQUERQUE E X,PEREIRA E F,ALKONDON M,etal.Mammalian nicotinic acetylcholine receptors:From structure to function[J].Physiol Rev,2009,89(1):73-120.

[7]BALER R D,VOLKOW N D.Drug addiction:the neurobiology of disrupted self-control[J].Trends Molecul Med,2006,12(12):559-566.

[8]BARDO M T,BEVINS R A.Conditioned place preference:What does it add to our preclinical understanding of drug reward?[J].Psychopharmacol,2000,153(1):31-43.

[9]BARI A,DALLEY J W,ROBBINS T W.The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats[J].Nature Protocols,2008,3(5):759-767.

[10]BAXTER J C,RAMACHANDRA R,MAYNE D R,etal.Functional expression of alpha7-nicotinic acetylcholine receptors by muscle afferent neurons[J].J Neurophysiol,2014,112(6):1549-1558.

[11]BOEHME F,GIL-MOHAPEL J,COX A,etal.Voluntary exercise induces adult hippocampal neurogenesis and BDNF expression in a rodent model of fetal alcohol spectrum disorders[J].Eur J Neurosci,2011,33(10):1799-1811.

[12]BRUNZELL D H,MCINTOSH J M.Alpha7 nicotinic acetylcholine receptors modulate motivation to self-administer nicotine:implications for smoking and schizophrenia[J].Neuropsychopharmacol:Offic Public Am College Neuropsychopharmacol,2012,37(5):1134-1143.

[13]CARVALHO J F,MASUDA M O,POMPEU F A.Method for diagnosis and control of aerobic training in rats based on lactate threshold[J].Comparat Biochem Physiol Part A,Molecul Integrat Physiol,2005,140(4):409-413.

[14]CHANGEUX J-P.Nicotine addiction and nicotinic receptors:Lessons from genetically modified mice[J].Nature Rev Neurosci,2010,11(6):389-401.

[15]COLLINS A C,ROMM E,WEHNER J M.Dissociation of the apparent relationship between nicotine tolerance and up-regulation of nicotinic receptors[J].Brain Res Bull,1990,25(3):373-379.

[16]DESAULNIERS P,LAVOIE P A,GARDINER P F.Endurance training increases acetylcholine receptor quantity at neuromuscular junctions of adult rat skeletal muscle[J].Neuroreport,1998,9(16):3549-3552.

[17]DINELEY K T,PANDYA A A,YAKEL J L.Nicotinic ACh receptors as therapeutic targets in CNS disorders[J].Trends Pharmacol Sci,2015,36(2):96-108.

[18]EAGLE D M,BAUNEZ C.Is there an inhibitory-response-control system in the rat? Evidence from anatomical and pharmacological studies of behavioral inhibition[J].Neurosci Biobehavi Rev,2010,34(1):50-72.

[19]ENGELMANN A J,APARICIO M B,KIM A,etal.Chronic wheel running reduces maladaptive patterns of methamphetamine intake:Regulation by attenuation of methamphetamine-induced neuronal nitric oxide synthase[J].Brain Struct Funct,2014,219(2):657-672.

[20]FANG Q,LI F Q,LI Y Q,etal.Cannabinoid CB1 receptor antagonist rimonabant disrupts nicotine reward-associated memory in rats[J].Pharmacol,Biochem Behav,2011,99(4):738-742.

[21]GOLDSTEIN R Z,VOLKOW N D.Dysfunction of the prefrontal cortex in addiction:neuroimaging findings and clinical implications[J].Nature Rev Neurosci,2011,12(11):652-669.

[22]HARRIS G C,WIMMER M,ASTON-JONES G.A role for lateral hypothalamic orexin neurons in reward seeking[J].Nature,2005,437(7058):556-559.

[23]HE Y Y,XUE Y X,WANG J S,etal.PKMζ maintains drug reward and aversion memory in the basolateral amygdala and extinction memory in the infralimbic cortex[J].Neuropsychopharmacol:Official Public Am College Neuropsychopharmacol,2011,36(10):1972-1981.

[24]HUSTON J P,SILVA M A,TOPIC B,etal.What's conditioned in conditioned place preference?[J].Trends Pharmacol Sci,2013,34(3):162-166.

[25]JANSE VAN RENSBURG K,TAYLOR A,BENATTAYALLAH A,etal.The effects of exercise on cigarette cravings and brain activation in response to smoking-related images[J].Psychopharmacol,2012,221(4):659-666.

[26]JANSE VAN RENSBURG K,TAYLOR A,HODGSON T,etal.Acute exercise modulates cigarette cravings and brain activation in response to smoking-related images:An fMRI study[J].Psychopharmacol,2009,203(3):589-598.

[27]KOECHLIN E,SUMMERFIELD C.An information theoretical approach to prefrontal executive function[J].Trends Cogn Sci,2007,11(6):229-235.

[28]KOYLU E,DEMIRG REN S,LONDON E D,etal.Sex difference in up-regulation of nicotinic acetylcholine receptors in rat brain[J].Life Sci,1997,61(12):185-190.

[29]KURTI A N,DALLERY J.Effects of exercise on craving and cigarette smoking in the human laboratory[J].Addict Behav,2014,39(6):1131-1137.

[30]LEASURE J L,JONES M.Forced and voluntary exercise differentially affect brain and behavior[J].Neurosci,2008,156(3):456-465.

[31]LERMAN C,LESAGE M G,PERKINS K A,etal.Translational research in medication development for nicotine dependence[J].Nature Rev Drug Discov,2007,6(9):746-762.

[32]LI S,LI Z,PEI L,etal.The α7nACh-NMDA receptor complex is involved in cue-induced reinstatement of nicotine seeking[J].J Exp Med,2012,209(12):2141-2147.

[33]MILADI-GORJI H,RASHIDY-POUR A,FATHOLLAHI Y,etal.Effects of voluntary exercise on hippocampal long-term potentiation in morphine-dependent rats[J].Neurosci,2014,256：83-90.

[34]MIYAKE A,FRIEDMAN N P,EMERSON M J,etal.The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex "Frontal Lobe" tasks:A latent variable analysis[J].Cogn Psychol,2000,41(1):49-100.

[35]ML POLLOCK G G,J D BUTCHER,J P DESPR S.American college of sports medicine position stand.The recommended quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory and muscular fitness,and flexibility in healthy adults[J].Med Sci Sports Exe,1998,30(6):975-991.

[36]MOLAS S,DIERSSEN M.The role of nicotinic receptors in shaping and functioning of the glutamatergic system:A window into cognitive pathology[J].Neurosci Biobehav Rev,2014,46：315-325.

[37]OPRIS I,HAMPSON R E,DEADWYLER S A.The encoding of cocaine vs.natural rewards in the striatum of nonhuman primates:categories with different activations[J].Neurosci,2009,163(1):40-54.

[38]PATTERSON F,JEPSON C,LOUGHEAD J,etal.Working memory deficits predict short-term smoking resumption following brief abstinence[J].Drug Alcohol Depend,2010,106(1):61-64.

[39]PICCIOTTO M R,MINEUR Y S.Molecules and circuits involved in nicotine addiction:The many faces of smoking[J].Neuropharmacol,2014,76 Pt B：545-553.

[40]REISERT J,GOLDEN G J,MATSUMURA K,etal.Comparing thoracic and intra-nasal pressure transients to monitor active odor sampling during odor-guided decision making in the mouse[J].J Neurosci Methods,2014,221：8-14.

[41]ROITMAN J D,LORIAUX A L.Nucleus accumbens responses differentiate execution and restraint in reward-directed behavior[J].J Neurophysiol,2014,111(2):350-360.

[42]RUKSTALIS M,JEPSON C,PATTERSON F,etal.Increases in hyperactive-impulsive symptoms predict relapse among smokers in nicotine replacement therapy[J].J Subst Abuse Treat,2005,28(4):297-304.

[43]SANCHEZ V,MOORE C F,BRUNZELL D H,etal.Effect of wheel-running during abstinence on subsequent nicotine-seeking in rats[J].Psychopharmacol,2013,227(3):403-411.

[44]SANCHEZ V,MOORE C F,BRUNZELL D H,etal.Sex differences in the effect of wheel running on subsequent nicotine-seeking in a rat adolescent-onset self-administration model[J].Psychopharmacol,2014,231(8):1753-1762.

[45]SARTER M,PARIKH V,HOWE W M.nAChR agonist-induced cognition enhancement:integration of cognitive and neuronal mechanisms[J].Biochem Pharmacol,2009,78(7):658-667.

[46]TALY A,CORRINGER P-J,GUEDIN D,etal.Nicotinic receptors:Allosteric transitions and therapeutic targets in the nervous system[J].Nat Rev Drug Discov,2009,8(9):733-750.

[47]TURNER J R,GOLD A,SCHNOLL R,etal.Translational research in nicotine dependence[J].Cold Spring Harbor Perspect Med,2013,

[48]WALLACE T L,PORTER R H.Targeting the nicotinic alpha7 acetylcholine receptor to enhance cognition in disease[J].Biochem Pharmacol,2011,82(8):891-903.

[49]WANG D,WANG Y,WANG Y,etal.Impact of physical exercise on substance use disorders:a meta-analysis[J].PLoS One,2014,9(10):e110728.

[50]WANG D,ZHOU C,CHANG Y K.Acute exercise ameliorates craving and inhibitory deficits in methamphetamine:An ERP study[J].Physiol Behav,2015,147：38-46.

[51]WARD M M,SWAN G E,JACK L M.Self-reported abstinence effects in the first month after smoking cessation[J].Addict Behav,2001,26(3):311-327.

[52]YANAGISAWA H,DAN I,TSUZUKI D,etal.Acute moderate exercise elicits increased dorsolateral prefrontal activation and improves cognitive performance with Stroop test[J].Neuroimage,2010,50(4):1702-1710.

[53]YARARBAS G,KESER A,KANIT L,etal.Nicotine-induced conditioned place preference in rats:Sex differences and the role of mGluR5 receptors[J].Neuropharmacol,2010,58(2):374-382.

[54]ZHANG F.Super State:A computer program for the control of operant behavioral experimentation[J].J Neurosci Methods,2006,155(2):194-201.[55]ZHOU S J,XUE L F,WANG X Y,etal.NMDA receptor glycine modulatory site in the ventral tegmental area regulates the acquisition,retrieval,and reconsolidation of cocaine reward memory[J].Psychopharmacol,2012,221(1):79-89.

[56]ZHOU Y,ZHAO M,ZHOU C,etal.Sex differences in drug addiction and response to exercise intervention:From human to animal studies[J].Front Neuroendocrinol,2015.[Epub ahead of print].

Effect of Exercise on Inhibition Ability during Nicotine Abstinence Period in Rat and Its Mechanism

ZHOU Yue-hui，ZHOU Cheng-lin，LI Cui-cui

Objective:To explore the effect of exercise on inhibition ability and the expression of a7 nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) during nicotine abstinence in rats,and discuss the relevant relationships between them.Methods:30 four-week-old male Sprague-Dawley rats were randomly divided into sedentary group and moderate intensity exercise group.It was performed with conditioned place preference (CPP) to establish nicotine dependence model in rats.The study applied Go/NoGo task to evaluate inhibition ability during nicotine abstinence periods,and the expression of a7 nAChRs in prefrontal cortex and hippocampus were detected by Western blotting.Results:1) Go/NoGo paradigm and nicotine-induced CPP were established successfully.2) Compared to the sedentary group,the preferred values of rat nicotine-CPP (secs) from exercise group was significantly reduced (156.27±12.07 vs 83.6±14.85,P<0.01);The accuracy ratio of Go task (%) did not change,while the accuracy ratio of NoGo task (%) increased observably (42.67±3.53 vs 63.43±3.92,P<0.01).3) The expression of a7 nAChRs in both groups did not change in the hippocampus,but it was significantly up-regulated in the prefrontal cortex in exercise group (0.7±0.06 vs 1.23±0.1,P<0.01).4) The inhibition ability of rats during nicotine abstinence periods was negatively correlated with the preferred values of CPP (R2=0.64,P<0.01),and positively correlated with the prefrontal cortex a7 nAChRs expression (R2=0.44,P<0.05).Conclusion:10-day moderate intensity treadmill running can promote rats inhibition ability during nicotine abstinence period,and reduce dependence of nicotine.These effects of exercise may be due to the up-regulation of a7 nAChRs.

exercise;rat;nicotine;conditionedplacepreference;inhabitionability;nicotinicacetylcholinereceptor

1000-677X(2016)02-0058-08

10.16469/j.css.201602007

2015-09-16；

2016-01-19

国家自然科学基金资助项目(31571151)；上海市科学技术委员会科研计划项目课题(13490503600)；上海体育学院研究生教育创新基金(yjscx2015011)。

周跃辉(1985-)，男，安徽亳州人，在读博士研究生，主要研究方向为运动与神经认知，E-mail：msyzyh2006@126.com；周成林(1960-)，男，辽宁沈阳人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动认知理论与应用，Tel：(021)51253160，E-mail：chenglin_600@126.com；李翠翠(1988-)，山东德州人，在读硕士研究生，主要研究方向为运动与神经认知，E-mail：lcc0726@126.com。

上海体育学院 运动科学学院，上海 200438 Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

G804.5

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