可卡因诱导的伏隔核D1与D2神经元亚群转录调控图谱揭示成瘾复发新机制

本研究通过荧光激活核分选（FANS）结合单核RNA测序（snRNAseq），解析了可卡因急慢性暴露及戒断期对伏隔核（NAc）D1/D2中型多棘神经元（MSNs）的转录组重塑。研究人员发现D1 MSNs中即刻早期基因（IEGs）簇（D1_6）和戒断相关簇（D1_7）的独特分子特征，揭示了GRIN2A、KDM5A等靶点调控的突触可塑性机制，为可卡因使用障碍（CUD）的精准干预提供新靶点。论文发表于《Communications Biology》。

　　

可卡因成瘾的神经密码：伏隔核神经元亚群的转录革命

可卡因使用障碍（Cocaine Use Disorder, CUD）如同一个顽固的神经黑客，通过劫持大脑的奖赏回路，使患者陷入反复复发的恶性循环。尽管科学界早已知道伏隔核（Nucleus Accumbens, NAc）是成瘾行为的"指挥中心"，但传统研究将其中90%的中型多棘神经元（Medium Spiny Neurons, MSNs）简单分为D1（促进奖赏）和D2（抑制行为）两类的做法，就像用黑白电视观看彩色世界——丢失了关键细节。更棘手的是，慢性可卡因暴露如何在不同神经元亚群中留下持久的"分子记忆"，以及这些变化如何驱动复发的精确机制，始终是未解之谜。

Mount Sinai的研究团队Philipp Mews、Eric J. Nestler等人在《Communications Biology》发表的研究，如同为神经科学领域装上了高倍显微镜。他们利用Drd1a/Drd2a::eGFP-L10a转基因小鼠模型，通过荧光激活核分选（FANS）结合单核RNA测序（snRNAseq）技术，对经历急性暴露、慢性戒断及再激发等不同处理条件的D1/D2 MSNs进行全转录组解析。研究团队建立了包含20,878个核转录组的数据库，通过Seurat算法鉴定出11个D1和9个D2亚群，揭示了可卡因诱导的神经元异质性调控网络。

关键技术方法
研究采用10天可卡因（20 mg/kg）注射方案建立小鼠成瘾模型，30天戒断后给予急性再激发。通过FANS分选NAc区D1/D2 MSNs核，利用10X Genomics平台进行snRNAseq。数据分析采用Seurat v4.4.0进行UMAP降维和聚类，通过Metascape进行GO富集和分子复合物检测，IPA分析上游调控因子。关键验证包括TRRUST转录调控网络预测和Homer转录因子 motif分析。

研究结果

D1与D2 MSN亚群的鉴定与聚类
研究首次在单细胞分辨率绘制了可卡因处理的NAc神经元全景图谱。UMAP分析显示D1 MSNs形成11个转录簇（D1_0-10），D2 MSNs形成9个簇（D1_0-8），其中D1_6（IEGs簇）和D1_7（戒断簇）呈现显著空间分离。值得注意的是，急性可卡因组在D1_6簇占比达38%，而戒断组在D1_7簇富集达52%，揭示不同处理条件选择性地激活特定神经元亚群。

D1 MSN的转录组多样性
D1_3簇表现出独特的突触可塑性特征，Kirrel、Lypd1等黏附分子表达上调3.2倍。GO分析显示这些基因富集于神经元突触形态发生（P=1.2×10^-7
）和MAPK级联调控。分子复合物检测发现GRIN2A（NMDA受体亚基）与GRIK3（红藻氨酸受体）形成功能模块，提示谷氨酸能突触传递的重编程。上游调控分析揭示MEF2C（已知可卡因效应因子）是该簇的关键转录因子。

可卡因响应的IEG富集簇
D1_6簇作为"神经激活指纹"，高表达Fosb（上调4.8倍）、Arc（3.5倍）等经典IEGs。RHO GTPase效应器（如ARHGEF7）的富集（P=3.4×10^-5
）提示细胞骨架重塑机制。引人注目的是，表观调控因子BRD4（与乙酰化组蛋白互作）和CREB1（已知通过CaMK通路激活）被鉴定为关键上游调控因子。TRRUST预测显示，这些IEGs形成自反馈调控网络，可能是可卡因长期效应的分子基础。

戒断相关的转录重塑
D1_7簇作为"戒断特征库"，携带Nrp2（轴突导向因子）和Grik1（谷氨酸受体）等标志物。染色质重塑复合物（含CHD3/6和ARID2）的发现（P=2.1×10^-4
）首次将表观遗传调控与戒断状态关联。特别值得注意的是，组蛋白去甲基酶KDM1A和乙酰转移酶KAT6A/B的差异表达，为可卡因诱导的持久转录改变提供了表观解释。CUX2等转录因子motif的富集，暗示了树突形态重构的潜在机制。

D2 MSN的差异化响应
虽然D2 MSNs整体变化较温和，但D2_2簇在可卡因再激发组占比达45%，其特征基因Ntng1（轴突引导分子）和Grin3a（NMDA受体亚基）可能与复发行为相关。这种延迟性响应模式提示D2神经元可能通过不同于D1的时相调控网络影响成瘾进程。

结论与展望
该研究突破了传统D1/D2二分法的局限，首次在单细胞层面揭示可卡因诱导的NAc神经元分子分层。发现的三类关键亚群——IEG应答簇（D1