新科院士馬蘭19年在藥物成癮和學習記憶領域連續發表多篇高分文章


新科院士馬蘭19年在藥物成癮和學習記憶領域連續發表多篇高分文章


馬蘭,女,漢族,1958年9月生,山西平定人。教育部長江學者獎勵計劃特聘教授、國家傑出青年科學基金、何梁何利科技進步獎獲得者。現任復旦大學腦科學研究院院長、基礎醫學院藥理研究中心主任,中國生理學會副理事長、中國神經科學學會常務理事,國家自然科學基金委創新研究群體學術帶頭人,科技部“973計劃”項目首席科學家,Neuropharmacology等學術刊物編委。2019年當選中國科學院院士。

主要研究成果:近年來的研究發現β-arrestin的核信使功能和成癮性藥物調控基因表達的表觀遺傳學機制,揭示了藥物作用的新途徑;發現GRK和β-arrestin在學習記憶和藥物成癮中的關鍵作用並闡述了其分子機制。研究成果獲國家自然科學二等獎2項、省部級科技一等獎6項,入選2005年度中國醫藥科技十大進展新聞和2005年度上海十大科技進展,兩院院士評選的2011年度中國十大科技進展新聞和2011年度上海十大科技進展;主講的課程獲國家教學成果二等獎和上海市教學成果一等獎,所指導的博士生論文入選全國百篇優秀博士學位論文,被複旦大學研究生評為“我心目中的好導師”。

2019年,馬蘭教授課題組在藥物成癮獎賞、記憶等相關領域取得了一些重要進展。分別是:

  1. 2019年8月14日,復旦大學腦科學研究院馬蘭教授團隊發現嗎啡能協同激活大腦皮層中兩類不同的中間神經元,造成抑制性神經環路的持續失活,從而揭示了嗎啡等成癮性藥物產生強烈獎賞和依賴作用的神經機制。這一研究成果在線發表於《自然》雜誌子刊《分子精神病學》(Molecular Psychiatry)。 全文詳細介紹復旦大學腦科學研究院馬蘭團隊發現嗎啡獎賞作用神經機制
  2. 2019年11月12日,復旦大學腦科學研究院/醫學神經生物學國家重點實驗室馬蘭研究團隊通過選擇性標記和操控在記憶形成(學習)過程中激活的“痕跡神經元”,發現可卡因獎賞及相關環境記憶存儲於海馬vCA1和伏隔核中央核腦區的痕跡神經元中,而這兩個腦區痕跡神經元間突觸聯繫的選擇性加強介導了可卡因獎賞記憶的提取(回憶),提出特定記憶以痕跡神經元-痕跡神經元相連接形成的特異神經環路形式儲存的假說
    。該研究結果在《自然·神經科學》(Nature Neuroscience)上在線發表。 全文詳細介紹:馬蘭研究團隊揭示可卡因獎賞相關記憶存儲的痕跡神經環路機制
  3. 2019年12月10日,復旦大學醫學神經生物學國家重點實驗室馬蘭教授、王菲菲教授團隊在成癮記憶消除的神經機制研究中取得重要進展,發現神經穿透素蛋白家族成員NPTX2在成癮記憶的消退中發揮重要作用。這一研究成果在線發表於《生物精神病學》(Biological Psychiatry)雜誌。 全文詳細介紹:馬蘭研究團隊揭示NPTX2介導可卡因相關記憶的消退


三篇文章詳細介紹

嗎啡獎賞作用神經機制

嗎啡等阿片類藥物具有良好的鎮痛作用,但其同時能產生強烈的獎賞作用(欣快感),因此會導致成癮甚至濫用。研究表明,嗎啡等阿片類藥物通過激活細胞表面的阿片受體而發揮作用。腦內大部分神經元是興奮性神經元。以往的研究表明,阿片類藥物給藥後,引起興奮性神經元形態和功能可塑性的長期改變,這被認為是其藥理作用和成癮的基礎。然而大腦皮層中還存在中間神經元,雖然在數量上只佔神經元的一小部分,但所介導的抑制性突觸傳遞,在調控興奮性突觸傳遞和環路整合中發揮關鍵作用,其功能異常將導致精神疾病。

新科院士馬蘭19年在藥物成癮和學習記憶領域連續發表多篇高分文章

嗎啡調控中間神經元微環路的模式圖。嗎啡作用於前邊緣大腦皮層PV神經元的μ-阿片受體,和SST神經元的δ-阿片受體,協同調控對興奮性神經元的去抑制,進而產生異常強烈的獎賞效應

馬蘭團隊研究發現,嗎啡能激活PV中間神經元上的μ-阿片受體,直接減弱對興奮性神經元的抑制,嗎啡還同時通過激活SST中間神經元上的δ-阿片受體,增強其對PV神經元的抑制,進一步削弱PV對興奮性神經元的抑制。這一研究首次揭示了嗎啡通過作用於兩種中間神經元上不同的阿片受體,協同調控抑制性微環路,以直接和間接的方式,削弱前邊緣大腦皮層對興奮性神經元的抑制性輸入,使其持續去抑制,從而產生異常強烈獎賞作用的機制,併為研發低成癮性阿片類鎮痛藥物提供了新的思路。

該研究得到科技部973計劃“精神活性物質成癮記憶的形成和消除”項目、國家自然科學基金重點項目和重大研究計劃集成項目資助。復旦大學腦科學研究院2019屆博士生江長優為論文第一作者,復旦大學腦科學研究院馬蘭教授和基礎醫學院王菲菲教授為論文共同通訊作者。

論文信息:Jiang CY, Wang XY, Le QM, Liu PP, Liu C, Wang ZL, He GH, Zheng P, Wang FF*, Ma L*(2019). Morphine coordinates SST and PV interneurons in the prelimbic cortex to disinhibit pyramidal neurons and enhance reward. Mol Psychiatr. doi:10.1038/s41380-019-0480-7

可卡因獎賞相關記憶存儲的痕跡神經環路機制

記憶痕跡假說和近年來對恐懼記憶的研究提示,在記憶形成過程中只有一部分神經元被激活併發生了持續的物理和/或化學改變,在記憶被提取時,這些細胞會再次激活,這些神經元被稱為“記憶痕跡神經元”。那麼痕跡細胞是如何存儲記憶的?成癮記憶是否也是由特定的痕跡細胞所存儲?選擇性地去除成癮記憶的痕跡細胞是否可以選擇性地消除成癮記憶?

馬蘭研究團隊採用即早基因c-fos驅動的細胞標記和小鼠條件位置偏愛模型,特異性地標記了可卡因相關記憶的痕跡神經元。團隊採用光遺傳學和化學遺傳學手段,選擇性地操控痕跡神經元及其神經投射的活性,同時觀察對記憶的影響。研究發現,海馬vCA1和伏隔核中央核腦區的記憶痕跡神經元被抑制後,可卡因獎賞相關記憶便不能被提取,可卡因獎賞記憶的提取依賴於海馬痕vCA1跡神經元與伏隔核多巴胺D1受體陽性記憶痕跡元突觸聯繫選擇性增強,而去除同腦區的對照神經元不影響可卡因獎賞相關記憶,說明痕跡神經元特異性地存儲可卡因記憶。

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編碼可卡因獎賞相關記憶的海馬vCA1痕跡神經元


這一研究證明海馬vCA1的痕跡神經元存儲了與可卡因獎賞相關的環境記憶,伏隔核痕跡神經元不僅存儲了獎賞信息,而且還存儲了環境信息。這一研究揭示海馬vCA1至伏隔核中央核的記憶痕跡神經元環路及其突觸聯繫的增強介導了可卡因獎賞記憶的存儲和提取,並首次發現伏隔核神經元也能儲存環境信息、通過選擇性干預該痕跡神經元環路的突觸聯繫能特異性擦除藥物獎賞記憶。

復旦大學基礎醫學院博士研究生週一鳴、朱慧文、劉志元為論文的共同第一作者,馬蘭教授、劉星副教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了科技部973計劃“精神活性物質成癮記憶的形成和消除”項目、國家自然科學基金重點項目和重大研究計劃集成項目資助。

論文信息:Zhou YM, Zhu HW, Liu ZY, Chen X, Su XJ, Ma CN, Tian Z, Huang B, Yan EH, Liu X*, Ma L*(2019). A ventral CA1 to nucleus accumbens core engram circuit mediates conditioned place preference for cocaine. Nat Neurosci. doi:10.1038/s41593-019-0524-y

嗎啡獎賞作用神經機制

可卡因等成癮類藥物的使用可形成藥物獎賞與用藥環境的關聯性記憶。這種強烈而持久的記憶,是產生對成癮性藥物的長期心理渴求和與成癮性藥物相關的環境線索誘發復吸的重要原因。

以往的研究表明,重新回到之前用藥的環境能喚起或激活成癮相關記憶,而使記憶進入不穩定的狀態,隨後腦細胞將新合成一些蛋白,這些新合成的蛋白使記憶的到更新、強化或消除,重新回到穩定狀態。那麼究竟是哪些新蛋白參與這一過程呢?

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記憶喚起後,背側海馬NPTX2調控GluA1膜定位,促進可卡因環境關聯記憶的消退


馬蘭團隊讓已形成可卡因和環境關聯記憶的小鼠,重新回到原來給與可卡因的環境,在喚起可卡因關聯記憶後的不同時間點採集小鼠背側海馬腦區的椎體神經元,採用Rib-Tag技術分離與核糖體結合的mRNA。通過測序和生物信息學分析發現,在記憶喚起後1小時,多巴胺能獎賞及突觸可塑性相關信號通路蛋白翻譯活化程度最高,而神經穿透素家族成員NPTX2是突觸重塑的樞紐分子。實驗表明,在背側海馬錐體神經元內敲低NPTX2後,小鼠可卡因記憶的消退受損;而增加NPTX2蛋白的合成,則促進可卡因相關記憶的消退。進一步研究發現,NPTX2通過其PTX結構域結合AMPA受體的GluA1亞基,將其錨定在細胞膜上,介導記憶喚起後的興奮性突觸傳遞,進而促進記憶的消退。研究結果還提示,在可卡因關聯環境記憶被喚起1小時後,海馬神經元中的NPTX2蛋白合成明顯增加,其介導的興奮性突觸傳遞增強,這一神經可塑性改變參與可卡因相關記憶的消退。這些結果提示NPTX2可能是擦除成癮相關記憶的一個潛在靶標。

該研究得到國家自然科學基金和科技部973計劃“精神活性物質成癮記憶的形成和消除”項目資助。復旦大學基礎醫學院博士生王芝林、金濤、青年副研究員樂秋旻為論文的共同第一作者,馬蘭教授和王菲菲教授為共同通訊作者。

論文信息:Wang ZL, Jin T, Le QM, Liu C, Wang XY, Wang FF*, Ma L*(2019). Retrieval-driven hippocampal Nptx2 plasticity facilitates the extinction of cocaine-associated context memory. Biol Psychiat. doi:10.1016/j.biopsych.2019.10.009


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