王園園　王冬梅　隋南

摘要：孕期使用毒品可影響胎兒大腦的正常發(fā)育，導致腦內(nèi)神經(jīng)遞質系統(tǒng)異常以及行為的改變。近年來不斷有研究證據(jù)提示，胚胎期接觸可卡因、嗎啡等成癮藥物，可以影響神經(jīng)細胞的增殖、遷移或凋亡等發(fā)育過程，使中腦皮層邊緣系統(tǒng)中多巴胺、GABA、谷氨酸等神經(jīng)元形態(tài)、受體功能以及突觸可塑性發(fā)生改變，從而導致子代的學習記憶和成癮易感性等行為異常。本文將從行為、神經(jīng)發(fā)育、遞質系統(tǒng)以及腦功能等層面歸納胚胎期用藥對成癮相關行為影響機制的重要研究進展，并試圖提出可能的研究展望。

關鍵詞：胚胎期；可卡因；嗎啡；腦發(fā)育；成癮行為

分類號：B845

孕期藥物濫用嚴重危害子代身心健康，包括導致子代腦功能和成癮易感性發(fā)生改變（Malanga&Kosofsky，2003）。藥物濫用的流行病學調(diào)查結果顯示，歐美等國家以濫用精神興奮性劑可卡因為主，而亞洲地區(qū)以濫用阿片類藥物海洛因為主，人群以35歲以下的育齡人口為主（Jansson，Velez，&Harrow，2009）。這兩類藥物都能夠透過胎盤屏障和胎兒的血腦屏障，對子代腦發(fā)育和行為產(chǎn)生嚴重影響（Thompson，Levitt，&Stanwood，2009）?？煽ㄒ蛑饕ㄟ^結合腦內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元的突觸末梢處的單胺類轉運體，并抑制多巴胺（dopamine，DA）的轉運和重吸收，導致突觸間隙DA聚集，從而改變受體后正常的細胞信號轉導活動（Badianiet al.，2011）；而海洛因或嗎啡則首先與GABA能神經(jīng)元上的阿片類受體結合，導致GABA能神經(jīng)元活動增強，擾亂受體后的細胞信號轉導機制（Badiani et al.，2011）。近年來，許多來自動物實驗的研究證據(jù)表明，胚胎期成癮藥物暴露會改變子代神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育過程，導致腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質系統(tǒng)的神經(jīng)元形態(tài)和功能異常以及子代行為的改變（Slamberovfi，2012）。本文比較了胚胎期可卡因暴露（prenatal cocaine exposure，PCE）或者胚胎期嗎啡暴露（prenatal morphine exposure，PME）對細胞增殖、遷移、凋亡等發(fā)育過程的影響，對中腦皮層邊緣系統(tǒng)（mesocorticolimbic system，MCLS）的神經(jīng)遞質系統(tǒng)影響的研究證據(jù)，以期深入理解胚胎期藥物暴露導致子代成癮易感性改變的神經(jīng)發(fā)育機制。

1.胚胎期接觸成癮物質對子代影響的行為表現(xiàn)

1.1對成癮行為的影響

胚胎期使用成癮藥物會改變子代的獎賞特性和動機行為，反映了其成癮易感性的變化。目前，判斷易感性改變的行為范式主要包括靜脈自身給藥（intravenous self-administration，IVSA）、顱內(nèi)自我刺激（intracranial self-stimulation，ICSS）、條件性位置偏愛（conditioned place preference，CPP）、精神運動和敏化（locomotor stimulation and senSitization.Ls）。有一系列研究證據(jù)表明，胚胎中后期可卡因暴露增加可卡因誘導的IVSA（Keller et al.，1996b；Keller&Snyder-Keller，2000；Rocha，Mead，&Kosofsky，2002）、ICSS（Malanga et al.，2008）；也有相反的證據(jù)提示，胚胎中后期可卡因暴露降低或不影響可卡因誘導的CPP（Heyser et al.，1992b；Malanga，Pejchal，&Kosofsky，2007；Murphy et al.，1999）、降低或不影響可卡因誘導的LS fCrozatieret al.，2003；Guerriero et al.，2005；Lu，Lim，&Poo，2009）、增加可卡因誘導的刻板行為（crozatier et al.，2003；Guerriero et al.，2005）。

胚胎期海洛因或嗎啡暴露對子代易感性改變的直接證據(jù)仍然較少。但是，有不少來自臨床的證據(jù)提示，孕期使用嗎啡可導致胎兒發(fā)育畸形、認知功能低下、痛覺敏感性下降（Bandstra et al.，2010）。近年來，一些來自嚙齒類和鳥類動物的結果表明，PME不影響嗎啡誘導的IVSA（Riley&Vathy，2006），增加或者不影響嗎啡誘導的CPP和LS（Riley&Vathy，2006；Wu et al.，2009）；通過在胚胎發(fā)育的不同階段進行成癮藥物暴露，發(fā)現(xiàn)胚胎晚期接觸嗎啡會增強日齡小雞嗎啡誘導的CPP，而胚胎早期嗎啡暴露弱化嗎啡誘導的CPP，降低學習記憶能力（He et al.，2010；Jiang et al.，2011）。

1.2對學習記憶的影響

成癮與學習記憶有密切關系，藥物成癮被認為是一種異常的學習過程（Torregrossa，Corlett，&Taylor，2011）。學習記憶的功能改變可能會影響成癮相關行為。許多研究表明，不論是PCE還是PME均損害子代的學習記憶功能（Nasiraei-Moghadam et al.，2012；Riggins et al.，2012）。以Morris水迷宮為范式的研究發(fā)現(xiàn)，PCE或者PME增加尋找站臺任務的潛伏期，在訓練區(qū)域的停留時間縮短，提示胚胎期成癮藥物暴露損害了子代的空間學習記憶能力（Meunier&Maurice，2004；Niu et al.，2009；Trksak et al.，2007）。另外，使用八壁迷宮為范式的研究發(fā)現(xiàn)，PCE或者PME可弱化子代的工作記憶能力（Meunier&Maurice，2004；Schindler，Slamberova，&Vathy，2001）。

成癮行為的一個重要特點是，成癮者對于成癮藥物相關的環(huán)境、線索存在異常持久的記憶?；诮?jīng)典條件反射原理，用藥環(huán)境和成癮藥物欣快感之間的聯(lián)想性學習（associative learning，AL）在成癮記憶的形成中起重要作用。胚胎期成癮藥物暴露對AL影響的研究表明，PCE降低了子代的AL能力（Heyser et al.，1992a；Meunier&Maurice，2004）。我們的結果也提示，PME導致小雞的一次性被動回避學習行為弱化，參與學習記憶的主要核團之一中間腹內(nèi)側原皮質（intermediate medial mesopallium，IMM）的長時程增強（long-term potential，LTP）和雙脈沖比值（paired-pulse ratio，PPR）顯著降低（Jiang et al.，2011）。

2.胚胎期成癮藥物暴露影響腦發(fā)育過程

DA是腦發(fā)育中最早出現(xiàn)的神經(jīng)遞質之一（puelles&Vemey，1998）。小鼠的絡氨酸羥化酶正性標記的細胞在胚胎第11天出現(xiàn)在腹側中腦，多巴胺能神經(jīng)軸突進入新紋狀體在胚胎第12-13天，進人大腦皮層會再晚2天（0htani et al.，2003；Popolo，McCarthy，&Bhide，2004）。小鼠的μ阿片受體出現(xiàn)在胚胎期發(fā)育第12.5天，k受體出現(xiàn)在第14.5天，μ和K受體的表達從E14.5到E18.5天迅速增加（Rius et al.，1991）?？煽ㄒ蚝蛦岱确謩e作用于多巴胺能系統(tǒng)和阿片受體，會干擾受體后信號，影響正常的腦發(fā)育。胚胎期成癮藥物暴露對腦發(fā)育過程的影響包括影響神經(jīng)細胞的增殖、遷移、凋亡等發(fā)育過程。

2.1細胞增殖

神經(jīng)前體細胞（neural progenitor）的增殖是決定神經(jīng)元數(shù)量和大腦細胞構筑的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，PCE可誘導新皮層細胞構筑異常包括導致皮層神經(jīng)元數(shù)量的降低以及皮層神經(jīng)元定位的異常。這些反應只出現(xiàn)在胚胎發(fā)育中期可卡因暴露的個體，而這個階段是神經(jīng)前體細胞增殖最活躍的階段（Lidow，Bozian，&Song，2001）。PCE會抑制細胞增殖，其分子機制與PCE下調(diào)細胞周期蛋白A（cyclin A）有關（Lee et al.，2008）。細胞周期蛋白A的作用是使分裂中的細胞從有絲分裂的G，期轉換到DNA復制的S期。研究發(fā)現(xiàn)，通過基因導人手段增加細胞周期蛋白A會翻轉PCE導致的增殖抑制作用（Lee et al.，2008）。直接考察PME與細胞增殖的研究較少。使用斑馬魚的研究發(fā)現(xiàn)嗎啡可通過激活阿片受體，增加Wnt1（編碼調(diào)控神經(jīng)增殖、分化的信號蛋白）的表達，促進細胞增殖（Sanchez-Simon et al.，2012）。

2.2細胞遷移

PCE影響神經(jīng)元放射性遷移的直接證據(jù)未見報道。有研究表明，PCE改變神經(jīng)膠質細胞的放射性遷移（Gressens，Kosofsky，&Evrard，1992），由于神經(jīng)元的遷移需要膠質細胞的引導，推測PCE也會影響皮層神經(jīng)元的放射性遷移。來自靈長類動物的研究表明，PCE導致皮層神經(jīng)元出現(xiàn)在皮層的Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ層和白質區(qū)域，而不是限于皮層的第Ⅳ，Ⅴ層（Lidow et al.，2001），神經(jīng)元定位的改變提示放射性遷移過程的可能受損。對神經(jīng)元切線遷移的研究結果發(fā)現(xiàn)，PCE阻礙了神經(jīng)元從基底前腦的神經(jīng)節(jié)隆起（ganglionic eminence，GE）到背側大腦皮層的遷移。由于從GE遷移到皮層的神經(jīng)元主要是GABA能，研究進一步檢查大腦皮層GABA能神經(jīng)元數(shù)量發(fā)現(xiàn)，PCE大鼠的皮層GABA能神經(jīng)元數(shù)量減半，提示PCE阻礙了GABA能神經(jīng)元到皮層的遷移（Crandall et al.，2004）。細胞培養(yǎng)的研究顯示，嗎啡增加神經(jīng)膠質細胞的遷移（Horvath&DeLeo，2009）。

2.3細胞凋亡

胚胎期成癮藥物暴露增加細胞凋亡。細胞凋亡是腦發(fā)育過程的重要環(huán)節(jié)，在發(fā)育中必然出現(xiàn)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)約有至少50%-80%的神經(jīng)元細胞發(fā)生凋亡，胚胎期及出生后的發(fā)育期多次出現(xiàn)的凋亡高峰與清除過多的細胞及神經(jīng)聯(lián)系有關，從而使細胞數(shù)量得以調(diào)整，建立起精確的神經(jīng)回路（Vogel，1993）。PCE可增加促進細胞凋亡的蛋白Bax的表達，也增加抑制細胞凋亡蛋白Bc1-2的表達，升高Bax/Bc1-2的比例，并增加調(diào)控凋亡的另外一個重要蛋白caspase-3的表達（Xiao&Zhang，2008）。PME也升高Bax、caspase-3、Bax/Bc1-2的表達，但會降低Bc1-2的表達（Nasiraei-Moghadam et al.，2010）。

3.胚胎期成癮藥物暴露影響皮層的細胞構筑

胚胎期成癮藥物暴露對神經(jīng)細胞的正常發(fā)育（增殖、遷移、凋亡）過程的影響可導致子代腦內(nèi)的細胞構筑異常。研究發(fā)現(xiàn)，大腦皮層是受胚胎期藥物作用影響較大的腦結構（W.Wang et al.，2012）。胚胎期成癮藥物暴露可改變皮層神經(jīng)元的細胞構筑，包括改變神經(jīng)元形態(tài)、神經(jīng)元數(shù)量、受體表達水平等。

3.1神經(jīng)元形態(tài)

PCE或PME改變神經(jīng)元形態(tài)。樹突棘是突觸輸入的重要靶點，其形態(tài)或數(shù)量的改變會使神經(jīng)環(huán)路功能異常。PCE增加前額葉皮層（prefrontalcortex，PFC）或軀體感覺皮層或扣帶皮層的椎體神經(jīng)元的樹突分支數(shù)和樹突長度、棘密度（Lu et al.，2012；Stanwood et al.，2001；Xiao&Zhang，2008）；而PME降低視皮層的第2、3層的椎體神經(jīng)元的樹突長度、分支數(shù)量和棘密度（Mei et al.，2009），PME對PFC或軀體感覺皮層神經(jīng)元形態(tài)的影響未見報道。有研究顯示胚胎期海洛因暴露會減少軀體感覺皮層的椎體神經(jīng)元的樹突分支和樹突長度（Lu et al.，2012）。

3.2神經(jīng)元數(shù)量

皮層的椎體神經(jīng)元會分泌谷氨酸，支配皮層下腦結構。GABA能神經(jīng)元作為局部環(huán)路神經(jīng)元，通過GABA受體起到調(diào)控椎體神經(jīng)元興奮性的作用（Connors&Gutnick，1990）。胚胎期成癮藥物對椎體神經(jīng)元、GABA能神經(jīng)元數(shù)量的影響會破壞興奮性神經(jīng)元和抑制性神經(jīng)元之間的平衡。使皮層功能受損。PCE增加額葉，而并非內(nèi)側前額葉（medial prefrontal cortex，mPFC）的椎體神經(jīng)元數(shù)量（McCarthy&Bhide，2012）。對GABA能神經(jīng)元的影響發(fā)現(xiàn)，PCE降低mPFC，而并非額葉的GABA能神經(jīng)元數(shù)量，特別是降低表達鈣調(diào)節(jié)蛋白的GABA能神經(jīng)元數(shù)量fBuxhoeveden et al.。2006；McCarthy&Bhide，2012）。PME對皮層神經(jīng)元數(shù)量的影響未見報道，Walhovd KB等使用腦成像的研究顯示胚胎期海洛因暴露的兒童大腦皮層容量降低（Nasiraei-Moghadam et al.，2010），并且PME可降低海馬齒狀回的GABA能神經(jīng)元的數(shù)量（Nin et al.，2009）。

3.3受體表達

PCE對GABA受體的影響具有腦區(qū)特異性。在PFC，PCE降低GABAA受體的alpha1、gamma2和delta2亞基（Huang，Liang，&Hsu，2011）；在扣帶皮層，PCE增加GABA，受體的alpha1亞基，降低beta2亞基，不影響gamma2亞基（shumsky et al.，2002）；在視皮層，PCE不影響GABA受體的表達（shumsky et al.，1998）。未見PME對皮層GABA受體影響的報道，但在海馬，PME上調(diào)CA1區(qū)的GABAA受體的alpha1亞基，下調(diào)beta2亞基（Wang et al.，2011）。胚胎期成癮藥物暴露對谷氨酸受體影響的研究發(fā)現(xiàn)，PCE不影響mPFC谷氨酸受體的GIuR1亞基（Lu et al.，2009），雖未見有關PME對于皮層谷氨酸受體影響的報道，但NMDA受體拮抗劑能夠弱化PME引起的新生兒的戒斷癥狀（Ych et al.，2002）。

4.胚胎期成癮藥物暴露影響MCLS功能

由于成癮藥物作用于MCLS發(fā)揮強化效應，所以胚胎期成癮藥物暴露對MCLS功能的影響是子代成癮易感性改變的重要神經(jīng)基礎。MCLS起源于腹側被蓋區(qū)（ventral tegmental area，VTA），并主要投射至伏隔核（nucleus accumbens，NAc）和PFC。盡管不同成癮藥物發(fā)揮作用的靶分子不同，但是最終都會增加VTA投射區(qū)域的DA濃度（Nestler，2005）。胚胎期成癮藥物暴露可弱化多巴胺能神經(jīng)元功能、多巴胺受體功能，改變皮層突觸可塑性。

4.1多巴胺能神經(jīng)元功能弱化

PCE可降低VTA的DA神經(jīng)元的基礎放電率，但是不影響DA受體激動劑阿撲嗎啡誘導的DA神經(jīng)元的放電率，提示PCE可改變突觸前DA神經(jīng)元的活動（Minabe et al.，1992）。突觸后DA釋放的研究結果顯示，PCE增加NAc（腹側紋狀的重要組成）處基礎狀態(tài)下的DA釋放，以及可卡因誘導的DA釋放（Keller et al.，1996a；Malanga，et al.，2009）。但在背側紋狀體，PCE導致基礎狀態(tài)下DA的水平降低，電刺激誘發(fā)的DA釋放也減少，突觸前的DA重攝取增多（Glatt et al.，2004）。和可卡因不同，PME不影響紋狀體的DA釋放（Vathy et al.，1994）。

4.2多巴胺D1受體功能弱化

已有研究結果顯示，PCE會弱化D1樣受體與G蛋白的偶聯(lián)狀態(tài)，其機制可能是調(diào)節(jié)了蛋白激酶和磷酸激酶之間的平衡（Unterwald et al.，2003；Wang，Yeung，&Friedman，1995）?？煽ㄒ虮旧砟軌蛞种频鞍琢姿崦?，此作用會導致D1受體與G蛋白不偶聯(lián)，從而降低D1受體功能（zhen et al.，2001）。然而，PCE作用對于D1受體的結合點密度、蛋白表達或者受體mRNA的表達，由于藥物劑量、可卡因作用時間、動物種類等因素結果并不太一致（Friedman，Yadin，&Wang，1996；Kubrusly&Bhide。2010；Tropea et al.，2008）。PCE對D2受體的影響并不很清楚。有研究顯示，PCE引起大腦皮層和基底前腦D2受體的功能活性增加（Ferris et al.，2007）。和可卡因作用的相反，離體腦片的結果顯示，PME通過突觸后的DA1受體會增強紋狀體的DA傳遞（Schoffelmeer et al.，1997）。

4.3皮層突觸可塑性改變

來自兔子或小鼠的實驗均發(fā)現(xiàn)PCE可易化mPFC椎體神經(jīng)元LTP的產(chǎn)生，使得mPFC的椎體神經(jīng)元的興奮性增強（Huang et al.，2011；Lu et al.，2009）。雖未直接看到PME對皮層可塑性影響的報道，但PME可降低參與調(diào)節(jié)突觸可塑性作用的蛋白水平，比如BDNF或Ca2+（Nasiraei-Moghadam et al.，2012），并且PME會弱化大鼠的海馬齒狀回的突觸可塑性（Niu et al.，2009）。我們的研究結果也顯示，PME弱化了小雞的IMM（相當于哺乳動物的聯(lián)合皮層）的PPR和異突觸的LTP（Jiang et al.，2011）。

5.研究展望

孕期吸毒對子代的主要影響是使胎兒腦發(fā)育過程發(fā)生變化，進而導致子代行為異常。研究胚胎期接觸成癮物質對于胎兒腦發(fā)育和行為的影響及其機制有重要的理論和現(xiàn)實意義。有幾點展望值得期待：1）育齡人口藥物濫用對子代有嚴重危害，使用動物模型模擬胚胎期藥物濫用對子代影響具有重要的現(xiàn)實意義。子代的腦發(fā)育不僅受成癮藥物影響，還受到營養(yǎng)、環(huán)境應激或情緒等母體狀態(tài)的影響。因此，用嚙齒類甚至靈長類動物研究胚胎期成癮藥物暴露對子代行為的影響，很難避免一些間接因素的作用。鳥類雖在進化上低于哺乳動物，但雞胚發(fā)育可以在人工控制的孵化條件下進行，可考察成癮藥物的單獨作用，排除母體影響。小雞出生后神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育早熟、無需親代照顧、出生后第一天就能獨立活動，這些特點使得用小雞作為模式動物能夠較好地避免出生前后外界環(huán)境的影響因素。2）胚胎期成癮藥物暴露直接影響了腦發(fā)育過程，胚胎期成癮藥物暴露如何調(diào)控細胞的增殖、遷移、分化、凋亡等發(fā)育過程需要進一步研究。3）胚胎發(fā)育是個動態(tài)的過程，目前光學成像技術和遺傳學標記技術的發(fā)展，使得在不同的發(fā)育階段在體觀察目標基因、神經(jīng)元、蛋白的變化狀態(tài)成為可能，利用這些技術可極大推進胚胎期成癮藥物影響子代腦發(fā)育機制的研究。（4）使用細胞替代治療恢復胚胎期成癮藥物暴露導致子代的行為或腦功能異常。神經(jīng)前體細胞移植是細胞替代治療的重要方法（Bjorklund&Lindvall，2000）。移植的神經(jīng)前體細胞會遷移到受損腦區(qū)，替代受損細胞，恢復腦區(qū)功能。目前，已有研究在海馬通過移植神經(jīng)前體細胞翻轉由腦損傷或老齡化引起的認知缺陷（Qu et al.，2001；Shear et al.，2004），亦有通過移植胚胎干細胞翻轉胚胎期海洛因暴露引起的胎兒畸形（Kazma et al.，2010）。人類中，胚胎期成癮暴露更多地表現(xiàn)為腦功能的異常，深入研究細胞治療對腦功能的恢復作用有重要的現(xiàn)實意義。