可卡因反应在遗传多样性小鼠品系中的变异

《Psychopharmacology》：Variation in cocaine responses across genetically diverse mouse strains

　　

**摘要**
**理性**：反复接触精神兴奋剂后，当药物不再存在时，可能会出现负面情绪状态。这些状态可作为强大的负性强化物，加剧药物渴求并增加持续使用的可能性。尽管负面情绪状态在可卡因使用者中非常普遍，且其严重程度与复发密切相关，但驱动这些症状的具体遗传因素仍然相对未知。由于小鼠与人类在遗传和神经解剖学上高度相似，且存在广泛的参考遗传、基因组和神经生物学资源，小鼠为研究精神兴奋剂暴露后与负面情绪状态相关的行为特征的遗传基础提供了合适的模型。
**目标**：研究人员研究了八种近交Collaborative Cross（CC）/Diversity Outbred（DO）创始品系在盐水或可卡因暴露后的快感缺失样和烦躁样行为，以评估其用于未来可卡因反应遗传定位研究的可行性。
**方法**：研究人员通过腹腔内（i.p.）注射对小鼠施用可卡因（10 mg/kg）或盐水，持续19天，随后进行行为学检测以评估快感缺失样和烦躁样行为。
**结果**：研究人员在所有行为测量中观察到显著的品系和性别依赖性变异，表明基础情感特征受到强大的遗传影响，且可卡因暴露产生了品系特异性调节。遗传力估计值范围约为0至0.86。
**结论**：研究人员的发现证明了遗传多样性小鼠群体在探索可卡因使用障碍（CUD）中与负性强化相关特征遗传基础的效用，并强调了其在模拟个体对可卡因反应的负面情绪状态变异中的价值。

**遗传多样性小鼠品系中可卡因反应的变异：一项针对快感缺失与烦躁样行为的系统研究**

**研究背景与问题**
可卡因使用障碍（Cocaine Use Disorder, CUD）是一种高度流行的成瘾性疾病，其复发率极高，且目前尚无美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物治疗方案。CUD具有显著的遗传成分，遗传力估计值在0.32至0.79之间，但全基因组关联研究（GWAS）在识别相关基因变异时面临挑战，包括所需样本量极大、多药使用暴露的普遍性、CUD诊断的异质性、基因-环境相互作用的难以控制以及参与者独特的生活史。成瘾周期包含多个阶段，从初始药物敏感性到强迫性使用、耐受形成以及戒断与复发的反复循环，不同阶段可能受共享或独特的遗传机制影响，且性别可能调节这些影响。因此，仅依赖单一的CUD诊断作为结局指标可能遗漏许多基因，并掩盖特定阶段特异性基因的作用。戒断严重程度，尤其是戒断/负面情绪阶段，是维持药物使用和评估成瘾潜力的关键表型。在人类中，精神兴奋剂戒断的典型体征包括烦躁（dysphoria，即焦虑、紧张、抑郁或愤怒情绪）和快感缺失（anhedonia，即无法从通常愉快的活动中获得愉悦感），这些负面情绪状态通过负性强化机制促进渴求和复发。因此，表征遗传变异对戒断诱导负面情绪状态的影响，可能为复发风险提供预测价值，并揭示新的治疗策略。小鼠模型因与人类的高度遗传和神经解剖学相似性，以及丰富的遗传和神经生物学资源，适合研究这些表型。本研究利用遗传多样性的Collaborative Cross（CC）和Diversity Outbred（DO）小鼠群体的八种创始品系，旨在鉴定重复可卡因暴露后快感缺失和烦躁样行为的品系特异性变异，并揭示遗传变异与性别的潜在交互作用，为未来在CC/DO群体中开展可卡因相关特征的遗传研究奠定基础。

**主要技术方法**
研究人员从美国杰克逊实验室（Jackson Laboratory）获取了CC/DO群体的八种创始品系小鼠，包括五种经典实验室品系（C57BL/6J、A/J、129S1/SvImJ、NOD/ShiLtJ、NZO/HILtJ）和三种野生来源品系（CAST/EiJ、PWK/PhJ、WSB/EiJ）。小鼠单笼饲养于恒温（21±1°C）恒湿（45±10%）环境中，维持12小时光照/黑暗周期，自由获取标准饲料和饮水。实验方案包括：为期19天的可卡因（10 mg/kg，腹腔内注射）或盐水注射方案，其中可卡因组在第3、5、7、9、11、19天接受可卡因注射，其余时间接受盐水注射；随后进行蔗糖偏好实验（Sucrose Preference Test，SPT）以评估快感缺失样行为（在最后一次注射后约24小时开始，持续48小时，计算蔗糖偏好百分比）；以及强迫游泳实验（Forced Swim Test，FST）以评估烦躁样行为（在SPT结束后两天进行，记录6分钟内后4分钟的不动时间和首次不动潜伏期）。统计分析采用三因素方差分析（ANOVA）检验品系、药物和性别的主效应及交互作用，并计算广义遗传力（H2）。

**研究结果**

**蔗糖偏好**
通过三因素方差分析，研究人员发现品系主效应显著（F(7, 218)=5.673, p<0.001），表明不同品系间蔗糖偏好存在显著变异。129S1/SvImJ和A/J品系偏好最低，C57BL/6J和CAST/EiJ品系最高。药物主效应显著（F(1, 218)=11.726, p<0.001），可卡因处理组小鼠的蔗糖偏好（平均8.42，标准差9.04）显著高于盐水对照组（平均4.55，标准差10.31），表明可卡因暴露后对蔗糖奖赏的敏感性增加。性别主效应显著（F(1, 218)=5.722, p=0.018），雌性小鼠偏好（平均7.80，标准差9.40）高于雄性（平均5.14，标准差10.19）。在可卡因组内，雌性小鼠中品系效应显著（F(7, 63)=5.24, p<0.001），但雄性中不显著，表明可卡因特异性品系效应可能存在于雌性中，但未发现变量间的显著交互作用。

**强迫游泳实验**
**不动时间**：品系主效应显著（F(7, 341)=161.141, p<0.001），129S1/SvImJ品系不动时间最长，CAST/EiJ品系最短。性别主效应显著（F(1, 341)=6.481, p=0.011），雌性小鼠不动时间（平均120.49秒，标准差73.22）短于雄性（平均130.41秒，标准差69.53）。药物主效应不显著，且无显著交互作用。
**潜伏期**：品系主效应显著（F(7, 340)=164.793, p<0.001），129S1/SvImJ品系潜伏期最短，CAST/EiJ和PWK/PhJ品系最长。药物主效应不显著，但品系×药物交互作用显著（F(7, 340)=6.309, p<0.001），事后t检验表明该交互作用主要由PWK/PhJ品系驱动（t(37.45)=3.52, p=0.001），可卡因处理组（平均102.02秒，标准差87.65）相比盐水对照组（平均212.97秒，标准差113.41）潜伏期显著缩短，表明可卡因增加了该品系的烦躁样行为。性别主效应显著（F(1, 340)=6.673, p=0.010），雄性小鼠潜伏期（平均87.05秒，标准差107.17）短于雌性（平均106.57秒，标准差117.04）。

**遗传力**
蔗糖偏好的遗传力估计值较低，范围为0.022至0.34；FST相关特征的遗传力估计值较高，范围为0.68至0.86。总体而言，雌性遗传力高于雄性。

**跨特征相关性**
蔗糖偏好与不动时间呈弱显著负相关（R(240)=-0.186, p=0.004），与潜伏期呈弱显著正相关（R(240)=0.131, p=0.042），表明快感缺失与烦躁样行为之间存在小但显著的正相关。不动时间与潜伏期呈强显著负相关（R(240)=-0.714, p<0.001），表明两者均为烦躁样行为的密切关联指标。

**讨论与结论**
讨论部分指出，品系间蔗糖偏好的差异可能部分归因于味觉受体基因Tas1r3单倍型差异（如129S1/SvImJ和A/J为“甜味低敏感”，C57BL/6J和CAST/EiJ为“甜味敏感”），但可卡因自我给药和运动敏化等行为数据支持这些差异也反映了奖赏敏感性的遗传差异。可卡因处理组蔗糖偏好升高的现象出乎意料，可能并非由于戒断诱导的快感缺失，而是反映了急性戒断期对自然奖赏的补偿性寻求，或可卡因暴露导致的奖赏评估改变。FST中观察到的品系差异和品系×药物交互作用（主要由PWK/PhJ品系驱动）与之前在该品系中观察到的可卡因高度动机和运动敏化一致。性别差异与已有证据一致，表明雌性小鼠在FST中表现出较少的烦躁样行为，可能与激素差异有关。遗传力估计值中，FST特征的高遗传力与人类和啮齿类动物中烦躁样行为的高遗传力一致。研究局限性包括：可卡因给药方案可能不足以诱导依赖和戒断；行为测试电池可能引入行为历史和注射间隔的混杂因素；行为代理指标（如蔗糖偏好受味觉影响，FST不动受体重和运动能力影响）存在固有局限性。

**结论**：研究人员表征了CC/DO创始品系在快感缺失和烦躁样行为上的表现，这两个关键负面情绪状态与人类可卡因戒断相关。在品系和性别间观察到的显著表型变异强调了基础情感特征的高遗传力，以及遗传因素和性别在调节可卡因反应中的重要性。由于这些特征与CUD的持续存在和复发风险相关，进一步研究其遗传决定因素对于理解个体对这些效应的易感性至关重要。CC/DO创始品系及其广泛的遗传和表型多样性，为剖析CUD及其相关负面情绪症状个体易感性的复杂遗传结构提供了有力资源。