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吗啡(Morphine)是一种临床上治疗疼痛的药物,长期的使用会产生药物的耐受,最终导致成瘾。吗啡长期使用会导致相关脑区发生病理性的改变和相应的病理性行为,例如觅药、戒断行及复吸行为。吗啡成瘾主要涉及前额叶皮层区(Prefrontal cortex,PFC),中脑腹侧被盖区(Ventral tegmental area,VTA),伏隔核区(Nucleus accumbens,NAc)和海马区(Hippocampus,Hip)。吗啡成瘾可导致这些脑区多巴胺能神经,谷氨酸能神经和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)能神经系统的改变。随着环境的污染,电离辐射,酗酒,吸烟都会产生氧化应激,硫氧还蛋白-1(Thioredoxin-1,Trx-1)是一个氧化还原调节蛋白具有多种生物功能。Trx-1能够抵抗细胞凋亡,调节糖皮质激素和内质网应激,以及免疫应答反应。而吗啡严重危害人类健康,它的种植会导致水土的流失,吗啡的提炼会导致河流污染,空气污染,因此探究吗啡成瘾的机制对于人体健康也具有十分重要的意义。因此,我们可以利用硫氧还蛋白一1的还原活性来保护人体健康免受环境毒性物吗啡成瘾的作用。然而,Trx-1是否参与调节吗啡成瘾以及它的分子机制还不清楚。本研究的主要目的是探索Trx-1对吗啡所导致的奖赏效应的调节作用以及Trx-1调节吗啡成瘾相关信号通路的分子机制。主要研究结果如下:(1)Trx-1转基因高表达小鼠抵抗吗啡诱导的条件性位置偏好(Conditioned place preference,CPP)。本实验将野生型小鼠随机分为两组,分别是野生型生理盐水组和野生型吗啡组,将Trx-1转基因高表达小鼠随机分为两组,分别是转基因生理盐水组和转基因吗啡组,通过使用小鼠位置偏好装置和小动物行为记录仪检测吗啡给药后小鼠的位置偏好。结果显示:吗啡诱导野生型小鼠CPP形成,而转基因小鼠则没有CPP形成。这些结果表明,Trx-1的高表达能够抑制吗啡诱导的CPP形成。在VTA、NAc、Hip及PFC区中吗啡能够诱导Trx-1的表达升高,而Trx-1转基因小鼠抑制了 Trx-1的表达升高。(2)Trx-1对μ受体的调节作用。在小鼠CPP模型中,吗啡降低野生型小鼠VTA区μ受体的表达,而转基因小鼠恢复了它的降低。免疫共沉淀的方法检测发现,Trx-1和μ受体之间互相结合,二硫苏糖醇或双氧水可调节Trx-1与μ受体结合。(3)Trx-1对转录因子的调节作用。在吗啡CPP模型中,吗啡诱导VTA及NAc中环磷酸腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB),△FosB 和细胞周期素依赖蛋白激酶5(Cyclin-dependentKinase5,CDK5)的表达升高,而在转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了它们的表达升高,吗啡降低核起始因子2(Eukaryotic Initiation Factor 2,eIF2α)的活性水平,并且转基因小鼠恢复了它们的活性。在Hip区,吗啡诱导p-CREB与CDK5的表达升高,而在转基因小鼠中抑制了它们的表达升高。在PFC区,吗啡诱导△FosB与CDK5的表达升高,而在转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了它们的表达升高。(4)Trx-1对多巴胺能神经系统的调节作用。在吗啡CPP模型,VTA和NAc区中多巴胺受体 1(Dopamine receptor 1,D1R),多巴胺受体 2(Dopamine receptor 2,D2R)和酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase,TH)的表达升高,而在转基因小鼠中他们的表达不再升高。在Hip区与PFC区中D1R和TH的表达升高,而在转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了他们的表达升高。(5)Trx-1对谷氨酸能神经系统的调节作用。在吗啡CPP模型,VTA、NAc及Hip区中N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-asparticacidreceptor)的亚单位 NR2B,α一氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor,AMPAR)的表达升高,并且转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了它们的表达升高,而囊泡谷氨酸转运体3(Vesicular glutamate transport 3,VGLUT3)的表达降低,在转基因小鼠中它的表达恢复。在PFC区中,NR2B的表达升高,而在转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了它的表达升高。(6)在吗啡CPP模型中,电镜观察发现吗啡诱导野生型小鼠VTA区的突触数目显著增加,而且转基因小鼠相比于野生型小鼠突触数目也增加;然而,吗啡在转基因小鼠中不再诱导突触的进一步增加。VTA区突触后密度蛋白95(Postsynaptic density protein 95,PSD-95)的表达升高,而转基因小鼠中Trx-1的高表达抑制了它的表达升高。(7)Trx-1对γ-氨基丁酸能神经系统的调节作用。在吗啡CPP模型,VTA、NA、Hip及PFC 中γ-氨基丁酸受体 B(γ-aminobutyricacidreceptorB,GABABR)的表达降低,在转基因小鼠中它们的表达恢复。高效液相色谱法检测结果显示,VTA、NAc 区中GABA水平显著降低,在转基因小鼠中它们的表达水平恢复。小结:本研究揭示了 Trx-1高表达抵抗吗啡诱导的CPP形成,抑制了 VTA、NAc、Hip和PFC区中成瘾相关的多巴胺能,谷氨酸能以及γ-氨基丁酸能系统的表达变化。Trx-1高TT表达阻止吗啡诱导VTA区突触数目进一步增加,因此,Trx-1可以作为治疗吗啡奖赏效应的重要靶点。