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本文聚焦成瘾可塑性，探讨药物滥用后伏隔核（NAc）神经元变化。分析了神经元群体对药物反应差异的原因，介绍了活动依赖性转录模型，阐述了表观遗传调控作用。对理解成瘾机制及开发干预手段有重要意义。
引言
可塑性（Metaplasticity）指神经元在受到特定刺激后，其突触可塑性能力发生的动态改变。药物滥用是研究可塑性变化的理想切入点，它能诱导突触可塑性发生强烈改变。伏隔核（NAc）在成瘾行为中至关重要，许多滥用药物会增加 NAc 内多巴胺神经传递。尽管多巴胺通过容积传递释放，但只有一小部分 NAc 神经元对药物有反应。目前仍有诸多关键问题待解，如哪些因素决定神经元群体的参与和招募，激活的神经元群体中即刻早期基因（IEG）程序是否相同等，本文将围绕这些问题展开讨论。
药物相关神经元群体的形成和演变
滥用药物会启动信号级联反应，迅速影响离子通道功能、膜兴奋性、突触结构和 IEG 的转录。通过多种方法研究发现，急性可卡因会激活一小部分神经元，这些神经元主要是表达多巴胺 D1 受体（D1-MSNs）的中等棘状神经元（MSNs），而非表达 D2 受体（D2-MSNs）的神经元。下面将探讨影响神经元群体纳入的因素，以及在持续药物暴露过程中神经元群体的演变情况。
神经元群体纳入的决定因素
单细胞核 RNA 测序研究显示，即便在与可卡因反应密切相关的 MSN 群体中，也只有一小部分细胞对可卡因敏感，且这些敏感神经元与其他神经元的转录谱相似。可卡因会改变神经元兴奋性，但其受多种因素影响，且难以在体内模型中精准定位。外在因素如突触连接性，内在因素如动态表观遗传因素、膜受体组成和细胞外标记等，都可能在促进神经元群体招募所需的可塑性状态中发挥作用。例如，组蛋白乙酰化水平升高可能标记易被招募到记忆痕迹中的神经元，CREB 结合蛋白（CBP）这种组蛋白乙酰转移酶（HAT）的上调可增加神经元兴奋性和对恐惧条件反射的反应。
此外，研究人员一直在寻找药物激活神经元的稳定细胞类型或亚型标记。发现 NAc 壳中的一部分 D1-MSNs 表达 Tac2，对可卡因有高度反应，但该群体对可卡因的反应多样，并非离散的功能群体。而在 NAc 核心中，Reln 可选择性标记可卡因激活的 D1-MSNs，Reln 基因敲低会损害 MSN 兴奋性并减少多种可卡因相关行为。不过，Reln 调节可卡因诱导的可塑性机制及是否影响表观遗传启动仍有待研究。
神经元活动的演变
技术进步为追踪神经元反应变化提供了可能。神经元群体在时间进程中可能出现扩张、细化、重组或稳定等多种变化情况，实际结果部分取决于定义细胞激活的方法。例如，以 Fos 表达定义的神经元群体在重复可卡因暴露后会增大，而基于 Arc 的 TRAP 方法则显示神经元群体在重复暴露后缩小。转录和钙成像研究表明，重复暴露可卡因后，激活的 D1-MSNs 与 D2-MSNs 比例增加，部分 D1-MSNs 的钙反应增强。此外，复吸时寻求可卡因的程度与复吸标记的神经元群体和消退标记的神经元群体的重叠程度相关，而非复吸神经元群体的大小。
激活神经元内的活动依赖性转录
在神经系统中，增加突触或神经元活动会诱导关键 IEG 表达，这些基因可作为激活细胞群体的标记。其中，AP-1 家族的转录因子（TFs）如 Fos 和 Junb 是研究较多的 IEG。全基因组分析发现，药物诱导的基因程序包含更多 TF 家族。IEG 程序被认为可协调晚期反应基因（LRG）的转录变化，支持可塑性和功能改变，可能通过在基因组中 AP-1 基序处或附近启动染色质重塑来实现。在 NAc 中，强烈的 IEG 诱导需要多巴胺能和谷氨酸能信号的协同作用，二者通路汇聚可放大核 CREB 信号。对重复可卡因有强烈 Fos 反应的神经元会形成沉默突触，且这种突触持续时间更长。但 IEG 如何在离散神经元中选择 LRG 程序尚不清楚，靶向可卡因诱导的核心 TFs 对不同行为的影响也不同，而且 GABA 能神经元虽使用类似 IEG 程序，但选择的 LRG 程序却不同。下面介绍三种可能的模型来解释 IEG TFs 如何产生多样的 LRG 程序。
- 标记线模型：药物可能在不重叠的神经元群体中诱导不同的 TFs，每个 TF 选择不同的 LRG 程序。在齿状回（DG）的研究中，学习诱导的 FOS 和 NPAS4 活动发生在不重叠的神经元群体中，它们在恐惧记忆回忆中具有不同的突触适应和作用。在 NAc 中，Egr3 在 D1-MSNs 和 D2-MSNs 中受到双向调节，对可卡因相关行为产生相反影响。
- 合作模型：部分重叠的转录因子在神经元群体中被诱导，特定组合导致不同 LRG 程序的表达。例如，AP-1 家族成员在神经元刺激后表达，其 dimer 组成影响与哪些基序结合，进而影响 LRG 的诱导。在黑色素瘤细胞中，Fos 与细胞可塑性相关，而其他核心 AP-1 TFs 与半分化状态更相关。此外，可卡因激活的 TFs 单独上调并不能完全重现可卡因调节的基因程序，Fos 和 Arc 的表达在可卡因处理后也不完全重叠，这表明可能存在共享和差异的 TF 诱导模式。
- 细胞类型模型：共享的 TFs 在不同细胞类型中被诱导，但在细胞类型特异性转录景观的限制下，诱导不同的 LRGs。在不同组织类型中，ERK 依赖的信号传导诱导相似的转录程序，但产生不同的 LRG 反应，这源于 AP-1 与细胞类型特异性 TFs 的相互作用。在 NAc 中，CRISPR 定向的 CREB 上调 AP-1 家族成员 ΔFOSB，在 D1-MSNs 和 D2-MSNs 中促进不同的基因程序。Npas4 在不同细胞类型中也调节不同的可塑性程序，在 NAc 中，其在 D2-MSNs 中的敲低会改变可卡因相关行为。
表观遗传调控作为可塑性转变的守门人
LRG 程序的调节可能依赖新转录的 IEG 产物启动基因组增强子元件的染色质重塑。药物诱导的染色质重塑是药物暴露导致持久可塑性的基本生化步骤，表明药物经历会改变基础表观基因组和转录组，影响未来药物反应。本文主要关注基因组增强子和组蛋白翻译后修饰（hPTMs）的作用。
传统上，对药物启动转录变化的调控动力学理解主要基于对基因近端调控区域（启动子）的 hPTMs 和染色质可及性研究。但对慢性可卡因处理后的 NAc 组织进行整体表观遗传分析发现，大部分可及性和染色质修饰发生在基因间区域，即远端调控序列增强子。增强子通过三维染色质环化与基因启动子区域相互作用，影响基因表达的时空和经验依赖性特性。例如，许多 IEG 的表达之前会有远端增强子元件的转录激活，这一过程对 IEG 诱导既必要又充分。抑制 Pdyn 上游的活性依赖性增强子可阻止纹状体神经元中 Pdyn mRNA 的增加，证明增强子激活是神经元刺激下游动态调节的常见模式。
激活后，基因组增强子元件会发生持久的分子修饰，维持药物暴露后的转录状态变化。精神兴奋剂诱导的 AP-1 家族成员 ΔFOSB 因其长蛋白半衰期，可能作为 “分子开关” 促进全基因组活动依赖性表观遗传修饰的稳定。急性可卡因处理后，Fosb 基因的启动子和增强子位点在 D1-MSNs 中选择性可及，且这种 “启动” 的可及状态在停药后至少维持一个月。慢性可卡因暴露后，ΔFOSB 通过降低组蛋白甲基转移酶 G9a 的表达来调节染色质重塑，G9a 影响可卡因的行为可塑性，降低 G9a 可促进其靶基因的表达，包括 Fosb 和其他可卡因可塑性调节因子。对 ΔFOSB 结合位点的分析发现，其大部分位点位于标记为 H3K27ac 和 H3K4me1 的基因间区域，这些 hPTMs 与启动或活跃的增强子相关，凸显了这些调控区域在 ΔFOSB 转录调控中的重要性。
组蛋白乙酰化是关键的染色质修饰，对基因表达有强大的控制作用，在学习、记忆和可卡因相关行为可塑性中起重要作用。抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs）可增强长期记忆，促进可卡因敏化和位置偏爱，但调节特定 HDACs 会产生不同结果。抑制 HDAC3 可增强可卡因位置偏爱的消退，防止其复燃，这可能与 IEG 启动子的乙酰化改变有关，且 HDAC3 对可卡因记忆的影响还取决于细胞类型和行为检测方法。HDAC5 通常会损害可卡因相关行为，增加其核积累或过表达可减少可卡因奖励行为和复燃，其关键靶点是 IEG Npas4 上游的增强子，该增强子对 D2-MSNs 的可卡因适应至关重要。
组蛋白乙酰转移酶（HATs）与 HDACs 作用相反，CBP 是一种 HAT，其活性是 CREB 影响突触和行为可塑性的重要组成部分。在 NAc 中，CBP 有助于可卡因依赖的组蛋白乙酰化变化和 IEG 如 Fos 的诱导，NAc 特异性缺失 CBP 会损害可卡因位置偏爱。CBP 在神经元去极化后被招募到 IEG 增强子，并与活性神经元增强子转录的 RNA 相互作用，表明其对药物相关行为适应的贡献至少部分通过调节基因组增强子元件的组蛋白乙酰化来实现。但目前仍需进一步研究特定 HATs 和 HDACs 在不同纹状体神经元群体中的作用，确定药物消费导致哪些基因组增强子被激活或抑制，以及 HATs、HDACs、TFs 和其他染色质修饰剂的分子相互作用如何协同促进基因程序，从而控制成瘾可塑性中无活性和可兴奋可塑性状态之间的转变。
结论
本文讨论了药物激活神经元群体中活动依赖性转录和可塑性状态的假设模型，重点关注腹侧纹状体中的关键细胞类型。尽管已确定药物作用于基因组并导致持久可塑性的重要机制，但仍有许多问题待解决。未来研究应结合 TRAP 模型与单细胞多组学分析，了解 IEG 和 LRG 程序之间的动态关系，确定特定细胞类型中诱导转录因子的 LRG 靶点，为研究调节基因表达的基因组增强子奠定基础，明确人类增强子元件遗传变异对成瘾表型风险或抗性的影响。这些研究可借助新兴的空间转录组学平台进一步推进，有望整合电路、空间和生理领域的信息，为设计可编程基因调控工具提供依据，实现对物质使用障碍中神经元群体的精准操纵。
