父系表观遗传继承增加甲基苯丙胺（methamphetamine, meth）成瘾易感性

《Neuropsychopharmacology》：Paternal epigenetic inheritance increases susceptibility to methamphetamine taking

　　

研究人员既往证实，可卡因（cocaine）经历雄鼠的子代雄性大鼠表现出对可卡因的抗性，具体表现为可卡因自身给药（self-administration）获得延迟。本研究旨在探明该表型是否扩展至另一精神兴奋剂甲基苯丙胺（meth）。雄鼠自身给药meth或cocaine，或接受匹配盐水（yoked-saline）输注60天后，与 na?ve 雌鼠交配。既往在可卡因子代雄性中改变的部分行为（包括物体记忆与焦虑样行为）未受父系meth摄入影响。与可卡因子代雄性大鼠的可卡因抗性相反，meth父系雄性子代表现出meth摄入易感性增加，雌性子代无此效应。研究人员对伏隔核（nucleus accumbens）进行单核RNA测序（single nuclei RNA-sequencing, snRNA-seq）与单核ATAC测序（single nuclei ATAC-sequencing, snATAC-seq），以鉴定可卡因子代与meth子代表型分子驱动因素。测序结果揭示子代伏隔核中独特的基因表达与开放染色质谱。可卡因抗性可卡因子代与meth易感meth子代的差异基因表达，为精神兴奋剂使用障碍的潜在新型治疗靶点提供启示。

研究背景与立项依据：前期临床前证据显示，父系环境扰动（慢性应激、高脂饮食、低蛋白饮食、禁食、嗅觉线索或内分泌干扰物）可通过精子表观遗传改变对子代产生深远影响。研究人员既往发现，可卡因经历雄鼠的雄性子代（而非雌性）获得可卡因自身给药延迟，即表现出可卡因抗性；其机制涉及父系可卡因自身给药通过增加组蛋白乙酰化重编程生殖系表观基因组，导致雄性子代内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）表达增强、可卡因强化效应减弱，同时精子Cdkn1a低甲基化与子代伏隔核Cdkn1a高表达相关。然而，另一种高滥用兴奋剂甲基苯丙胺（meth）的父系摄入是否及如何影响子代精神兴奋剂自身给药，尚属未知。本研究据此在 rat 模型中首次检验父系meth摄入对子代心理兴奋剂自身给药及生理的影响，并并行采用多组学单核测序鉴定伏隔核细胞类型分辨的基因表达与染色质可及性改变。

主要技术方法概述：研究使用Taconic Laboratories提供的Sprague Dawley大鼠F0代雄鼠（250–300 g）与na?ve雌鼠；F0雄鼠分为meth自身给药组（0.1 mg/kg/inf）、cocaine自身给药组（0.75 mg/kg/inf）及yoked-saline对照组，FR1方案60天，交配一周后移除；F1子代在实验na?ve状态下接受meth、cocaine、morphine或蔗糖自身给药（FR1→FR5→渐进比率 progressive ratio, PR），部分子代用于行为表型（物体记忆、空间记忆、新奇诱导厌食）。多组学部分取成年实验na?ve的saline-sired、cocaine-sired、meth-sired雄性子代各n=4，伏隔核细胞核解离后行10X Genomics单核RNA-seq与单核ATAC-seq，比对rat基因组rn7，采用countsplit负二项计数分割降低差异表达假阳性，整合UMAP注释细胞类型（D1-MSN、D2-MSN、D1-ICj-MSN、星形胶质细胞、少突胶质细胞等），并进行转录因子结合基序（transcription factor binding site motif, TFBSM）与基因集富集分析。

研究结果：

父系meth自身给药选择性增加雄性子代meth自身给药：三向ANOVA显示剂量×父系交互显著（F_2,100=6.26, p=0.0027）。雄性meth-sired子代在高效价0.1 mg/kg/inf meth的FR1十日摄入显著高于saline-sired（父系主效应F_1,15=6.52, p=0.0221），PR方案下breakpoint更高（剂量×父系交互F_2,43=5.32, p=0.0086），表明meth强化效能增强；雌性子代各剂量均无差异；该效应具强化剂特异性（不影响蔗糖、cocaine、morphine摄入）与行为特异性（不改变物体/空间记忆、焦虑样新奇厌食）。延迟交配（meth洗脱后）子代表型消失，证明需meth直接作用于发育中/成熟精子方可遗传。

父系meth与cocaine摄入诱导雄性子代伏隔核转录改变：snRNA-seq整合snATAC-seq得到多模态UMAP，注释D1-MSN、D2-MSN、D1-ICj-MSN（岛叶被盖神经元，参与奖赏与动机）、星形胶质细胞、少突胶质细胞等。Venn与GSEA显示meth-sired与cocaine-sired子代在各细胞类型差异基因数量与通路不同：cocaine-sired子代D1/D2-MSN富集突触/神经活动通路下调；meth-sired子代多个伏隔核细胞类型中成纤维细胞生长因子14（fibroblast growth factor 14, Fgf14）显著下调，neuroligin/neurexin家族（Nrxn1、Nrxn3、Nlgn1、Lrrtm4、Lrrtm3）在MSN中差异表达。

药物子代表观基因组改变介导基因调控：snATAC-seq显示D1-ICj-MSN在cocaine vs saline有6067个差异峰值、meth vs saline有4380个（FDR<0.05）。Sp/KLF与ELK家族TFBSM在astrocyte、D1-MSN、D2-MSN、D1-ICj-MSN中差异使用：cocaine-sired以经典D1/D2-MSN最显著，meth-sired以astrocyte与oligodendrocyte更突出；D2-MSN、D1-ICj-MSN中KLF/Sp结合位点低可及性可能削弱对奖赏寻求的抑制控制，与雄性meth易感一致。跨组学整合整体重叠有限，但转录因子Klf12在D2-MSN的表达与全基因组KLF12 TFBSM使用一致性最高（图4C），提示Klf12可作D2-MSN染色质状态上游调控者。

讨论与结论翻译浓缩：本研究揭示与子代脑单细胞分辨率转录组及表观组谱相关的药物特异性父系表观遗传继承模式。父系meth摄入增加雄性子代meth动机，与可卡因子代雄性可卡因摄入减少形成反差；该效应强化剂特异、雄性特异、不伴记忆/焦虑表型改变。伏隔核特定细胞群表达与染色质可及性多组学分析给出介导子代行为差异的新候选（Fgf14、Klf12、Nrxn/Nlgn家族）。cocaine与meth药理近似但父系精子DNA甲基化改变不同（cocaine致Cdkn1a低甲基化；meth致Srrt高甲基化、Ntrk2/Sort1/Shank2低甲基化），且延迟交配表型归一化，支持作用靶点为成熟/发育中精子而非精原细胞。单核多组学优势在于同时捕获神经元与非神经元亚群：cocaine抗性更多由主MSN转录调控状态编码，meth易感性部分经胶质细胞调节突触微环境；两药物子代microglia突触/突触信号通路共同下调，提示父系兴奋剂摄入或具共享生殖系传递神经免疫后果。结论为：父系meth与cocaine双向调节子代基因表达与TFBSM使用，为精神兴奋剂使用障碍易感/韧性个体差异提供机制洞察，并启示新型治疗靶点。论文发表于《Neuropsychopharmacology》。