蛋白激酶A与物质依赖

宋秀花，李毅，郝伟，石玉中

·综述·

蛋白激酶A与物质依赖

宋秀花，李毅，郝伟，石玉中

综述蛋白激酶A基本结构与功能、成瘾物质对蛋白激酶A的影响以及蛋白激酶A对药物滥用行为学反应及与物质依赖的研究进展。

蛋白激酶A； 物质依赖

物质依赖是一种慢性复杂性疾病，它包含细胞信号转导通路的改变引起药物诱导的突触可塑性的变化，基因转录以及蛋白合成等。目前的研究表明药物滥用与信号通路间的相互作用涉及一组特定的蛋白激酶，其中蛋白激酶A(PKA)是研究较多的信号调节蛋白之一。本文就PKA参与药物依赖的药物效应、自我给药、戒断、增强、敏感化及耐受等研究综述如下。

1 PKA的基本结构与功能

PKA是包含调节亚基和催化亚基的一种四聚体，有4种调节亚型(RIα,RIβ，RIIα,RIIβ)和3种催化亚型(Cα,Cβ,Cγ)；属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在AC-cAMP-PKA-CREB途径中腺苷酸环化酶(AC)催化胞内ATP生成环一磷酸腺苷(cAMP)，cAMP作为细胞内信号物质，主要通过激活PKA实现信号转导；其功能涉及神经方面包括突触的可塑性、胞吐作用和基因转录等诸多方面。 PKA在大脑各处都有表达，尤其在大脑皮质、丘脑和杏仁核中高度表达，在中脑、伏隔核和腹侧被盖区中度表达[1-2]。

PKA的激活依赖于AC，成瘾物质通过增加伏隔核细胞外多巴胺水平，刺激Gs和Golf蛋白耦联D1受体激活AC和PKA。同时多巴胺可激活D2受体耦联的Go蛋白抑制AC。首先多巴胺激活D2受体，释放Gβγ亚基，然后进一步激活内向整流钾通道，并抑制L-,N-和P/Q-型钙离子通道。阿片物质除了刺激纹状体多巴胺的释放外，还可以通过激活阿片受体耦联的Gi/o 激活AC[3]。降低了神经元兴奋性减少了神经递质的释放。由Gβγ介导的Gi/o耦联受体AC活性增强已被证实，并可能有助于在伏隔核的信号传导。

一个重要的下游调节多巴胺信号是多巴胺和cAMP调节的磷蛋白(DARPP-32)，其在纹状体高表达，具有双重功能，它既是磷酸酶(如PP-1)的抑制剂，也是PKA的抑制剂，快速给予小鼠可卡因或电刺激小鼠纹状体激活多巴胺通路，可增加PKA介导的DARPP-32在Thr-34位点的磷酸化作用，从而抑制了PP-1介导的PKA亚基的去磷酸化[4]。

PKA使NR1亚基磷酸化来增加N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体的功能。D1受体的激活可诱导PKA介导NR1亚基的磷酸化及继发的磷酸化作用并激活了大鼠纹状体神经元转录因子CREB。这一作用可被NMDA受体拮抗剂MK801抑制[5]。

PKA可促进药物诱导的突触可塑性，PKA通过磷酸化AMPA受体的GluR1亚基促进AMPA受体运输到细胞膜[6]。多巴胺D1受体激动剂SKF81297和SCH23390以及PKA激活剂Sp-cAMPS均增加了大鼠伏隔核 GluR1细胞表面的表达[7]。吗啡依赖戒断大鼠伏隔核谷氨酸水平的升高可能是由于相应突触释放谷氨酸所致[8]。

PKA还可以调节NMDA受体诱导的电流。在大鼠中脑，急性给予可卡因后腹侧被盖区多巴胺神经元的NMDA受体介导的电流出现的延迟性增高可被PKA抑制剂Rp-cAMPS和D1/D5受体拮抗剂阻断[9]。

2 成瘾物质对PKA的影响

急性给予精神活性物质可增加PKA的活性和PKA介导的下游靶点的磷酸化作用。如急性给予哺乳动物可卡因后增加了伏隔核和内侧前额叶皮质(mPFC)PKA介导的DARPP-32,NR1及GluR1的磷酸化。

大麻素类和阿片类药物可通过多巴胺能系统刺激AC来增加PKA活性。急性给予小鼠大麻素类药物发现纹状体和伏隔核区域PKA水平增高，而给予大麻素类拮抗剂或多巴胺受体拮抗剂后PKA水平降至正常[10-11]。目前慢性给予大麻素类药物对PKA的活性影响还不十分明确，有研究[12]显示慢性给予小鼠四氢大麻酚可增加大脑皮质PKA表达水平，但对小脑PKA活性的影响的研究结果有高有低，尚没有一致性的结论。

与大麻素类相似，在体外刺激大鼠纹状体神经元阿片受体可增加PKA催化亚基的核转录，同时也增加磷酸化的cAMP反应元件结合蛋白(p-CREB)的水平，此效应在成瘾戒断后可被加强。而在体条件下，吗啡诱导的PKA的活性增加在伏隔核和背侧纹状体需要激活D1受体耦联的G蛋白，它的活性可被D1拮抗剂SCH23390抑制[13]。

有研究显示在一些脑区，如伏隔核，纹状体，海马，阿片类物质可增加PKA介导的磷酸化过程，但这种作用在前额皮质并不增加.在纹状体神经元中吗啡可通过激活u-阿片受体来激活PKA的活性，从而导致G蛋白的α亚单位与GTP结合后随即发生与β-γ亚单位分离和与活化受体的解离，形成α亚单位-GTP和β-γ亚单位两部分，它们可进一步激活膜的效应器蛋白AC2和AC4的活性。

慢性给药戒断后可能会导致PKA介导的突触可塑性的变化，神经可塑性是指在外部环境刺激改变时，或是在脑内部本身产生某些缺失时，神经系统产生的某种调整。神经系统结构与功能的可塑性是神经系统的重要特征，在宏观上表现为脑功能(如学习、记忆功能)、行为表现及精神活动改变；在微观上，有神经元突触、神经环路的微细胞结构与功能的变化，包括神经化学物质以及突触形态亚结构方面的变化等。目前神经突触可塑性双向作用原理提示神经生物物质如NMDA,AMPA受体等是关键决定因子，将来此原理的应用方向将转向成瘾神经元经济学和神经精神病学及其与应激的分子水平的研究[14]。

在大鼠中慢性给予可卡因戒断后增加了杏仁中央核促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)介导的长时程增强(LTP)。LTP是突触效能的一个长时间的增强，是突触可塑性最具有特征性的一种表现形式，被认为是学习和记忆的细胞内机制。PKA抑制剂H89 可显著减弱这种效应。慢性给予阿片类物质降低大鼠海马CA1区神经元的LTP并增加PKA的活性，戒断后给予PKA抑制剂或单次注射吗啡可降低PKA水平并恢复LTP水平[15]，这些资料表明PKA分别参与了慢性给予可卡因戒断后和慢性给予阿片类物质后杏仁核LTP的增强效应和海马LTP的减弱效应。Hayde等[16]研究表明可卡因依赖大鼠的记忆再巩固过程与杏仁核PKA是有紧密联系的。

3 PKA对药物滥用的行为学反应

3.1 药物耐受 慢性给予大麻类和阿片类物质通过由PKA介导的一种机制可导致对镇痛效果的耐受。应用PKA抑制剂能够恢复耐受动物的镇痛敏感性。在对四氢大麻酚止痛耐受的小鼠中，侧脑室注射PKA抑制剂KT5720恢复了镇痛敏感性。在对吗啡止痛耐受的大鼠中，侧脑室注射PKA反义寡核苷酸后阻断了耐受的发展。

3.2 自身给药 PKA活性的改变可增加或减少哺乳动物模型中成瘾药物的自身给药。PKA活性降低可减少哺乳动物的自身给药。自身给予可卡因大鼠中，侧脑室注射PKA抑制剂Rp-cAMPS减少了药物的自我摄取，而注射PKA激活剂Sp-cAMPS则增加了其自身给药[17]。然而向尾壳核注射Rp-cAMPS或是Sp-cAMPS动物的自身给药均未发生改变，这说明PKA对于自身给药的影响在伏隔核是选择性的。

PKA可调节酒精摄取，在前脑和海马区注入PKA抑制剂的小鼠与野生型小鼠比较，由于这些脑区PKA活性降低导致酒精摄取和酒依赖行为也减少。然而向大鼠杏仁中央核注入PKA抑制剂Rp-cAMPS则增强了酒精摄入及偏爱行为。PKA在行为学方面的影响显示除大脑内的区域特异性。

3.3 药物戒断与复吸 有资料[18]表明成瘾药物戒断后可增加PKA活性，给予大鼠可卡因戒断后在伏隔核区域PKA的活性增加维持了30 d，90 d后才回到基线水平；慢性给予小鼠四氢大麻酚，停药后又快速给予大麻素受体拮抗剂可短暂增加小脑PKA的活性，同时躯体戒断症状如湿狗样抖动次数也会相应增加[19]；Lutz等[20]和Goeldner等[21]研究均表明阿片物质的戒断与抑郁样行为有一定的因果联系，吗啡依赖大鼠停药后急性给予纳洛酮可增强纹状体神经元PKA介导的p-CREB的诱导作用。

在啮齿类动物中发现PKA活性的抑制可减少躯体戒断症状。在四氢大麻酚戒断小鼠中应用Rp-cAMPS(PKA的抑制剂)可减少戒断症状。在大鼠蓝斑核和中脑导水管周围灰质注入Rp-cAMPS也减少吗啡依赖大鼠纳洛酮催瘾戒断症状[22]。

PKA在酒依赖戒断中所发挥的作用不同于大麻类或阿片类戒断。在这一过程中，磷酸化的CREB的减少发生在杏仁中央核及内侧核。在显微镜下向杏仁中央核注射Sp-cAMPS，结果使pCREB水平趋于正常，并减弱了酒精戒断引起的焦虑样行为。相反，注射Rp-cAMPS可减少CREB的磷酸化，增加焦虑样行为及酒精摄入。杏仁核pCREB低表达与抗焦虑样物质和神经肽Y(NPY)低表达相关。注射Sp-cAMPS可引起NPY的升高。侧脑室注射NPY减少了大鼠酒精戒断导致的焦虑样行为及酒精摄取。除了NPY，神经营养蛋白——脑源性神经营养因子(BDNF,另外一种CREB调节蛋白)也可以降低焦虑及饮酒行为。向杏仁中央核和内侧核注入BDNF反义寡核苷酸激发了大鼠焦虑样行为和酒精摄入。相反，注射BDNF后这两种行为都有所缓解。

PKA可调节可卡因戒断大鼠中药物复吸行为。向可卡因戒断大鼠伏隔核中注射Rp-cAMPS可增加可卡因相关水平，除此之外，可卡因戒断大鼠在腹腔内注射D2激动剂7-OH-DPAT，通过Gαi/o减少了PKA的活性，也增加了可卡因相关水平。已有研究[23]证实是由于长期滥用药物造成大脑神经适应性改变，这些改变导致行为变化并成为药物复吸的驱动力。

3.4 条件性位置厌恶 物质戒断后的条件性位置厌恶是成瘾医学研究中成熟的试验之一，描述的是当成瘾戒断所致的厌恶动机与特定的信号(cues，非条件刺激)结合，建立条件性反射后，形成此反射的对象再次暴露于相同或相似的信号时，表现出明显的厌恶动机，并出现回避行为。和条件性位置偏好一样都是物质依赖研究中被广泛地用来研究物质的强化特性。

PKA对建立条件性位置偏好模型是必须的。在条件性位置偏好条件化阶段，向伏隔核同时注射安非他明与PKA抑制剂Rp-cAMPS结果减弱了安非他明诱导的条件性位置偏爱。在条件性位置偏好测试阶段后立即向侧脑室注射PKA抑制剂H89会减弱可卡因诱导的条件性位置偏好的巩固训练。同样地，条件化阶段在显微镜下向腹侧被盖区注射Rp-cAMPS或向海马CA1区注入H89降低了吗啡诱导的条件性位置偏好的巩固过程。

有研究[24]表明，尼古丁诱导的纳洛酮催瘾戒断条件性位置厌恶的减弱是由α7 nAChR亚基介导的，并且杏仁核是参与急性阿片物质依赖的其中的一个脑区。然而目前对戒断所导致的条件性位置厌恶生物学机制知之甚少；戒断所导致的负性情绪状态与长时程行为改变有关。研究戒断所导致条件性位置厌恶的生物学机制可能会让我们对药物复吸行为等有进一步的了解。

4 总结

成瘾物质主要是改变了受体门控离子通道(如酒精)，神经递质的传递(如可卡因，安非他明)或是改变了G蛋白偶联受体(阿片类，大麻类)从而激活了信号转导通路导致了下游蛋白激酶的改变。PKA引起大量后续效应包括基因转录及蛋白合成的改变，进一步引起与成瘾相关行为神经网络的长时程的变化。对于大多数药物依赖，PKA活性的抑制减少了自我给药及躯体戒断症状。希望将来对药物滥用治疗方面能够提供更多的靶点。

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国家自然科学基金项目(30800364)

青岛市精神卫生中心(宋秀花)；武汉市精神卫生中心(李毅)；中南大学精神卫生研究所(郝伟)；河南省精神病医院(石玉中)

李毅，E-Mial: psylee@163.com

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2016-01-16

2017-05-13)