中枢神经系统ERK信号通路在药物成瘾中的作用机制研究进展

张盼盼，徐文锦，刘惠芬

(1.宁波大学医学院，浙江 宁波 315211；2.宁波市微循环与莨菪类药研究所，宁波大学行为神经科学研究中心，浙江 宁波 315010)

◇讲座与综述◇

中枢神经系统ERK信号通路在药物成瘾中的作用机制研究进展

张盼盼1，徐文锦1，刘惠芬2

(1.宁波大学医学院，浙江 宁波 315211；2.宁波市微循环与莨菪类药研究所，宁波大学行为神经科学研究中心，浙江 宁波 315010)

药物成瘾是一种慢性复发性脑病。反复的药物暴露可引起脑环路产生神经适应性变化，导致强迫性觅药行为以及复吸。有许多研究发现，生物体内细胞间的信号转导级联放大通路介导的中枢神经系统奖赏环路的重塑，以及成瘾相关的学习和记忆的神经可塑性改变是药物成瘾的重要分子机制。研究表明细胞外调节激酶(extracellular signal-regulatedkinase，ERK)与药物成瘾引起的神经适应性、奖赏效应和觅药行为的复吸直接相关。因此，该文就ERK在药物成瘾中的作用机制做系统的综述。药物成瘾中ERK信号通路作用机制的研究将为深入理解药物成瘾的分子调控机制提供重要的理论基础，并为临床药物成瘾和复吸的治疗提供新的分子靶标和新的策略。

药物成瘾；神经可塑性；奖赏效应；觅药行为；复吸；ERK

药物成瘾是一种以强迫性觅药和高复发性为特征的慢性脑疾病。滥用药物会导致神经结构和功能可塑性改变，产生强迫性觅药行为，这是导致复吸的主要原因之一[1]。但其具体的机制十分复杂尚未清楚，所以目前为止药物成瘾尤其是其高复吸率还没有很有效的戒断治疗对策。目前普遍认为中脑边缘多巴胺系统包括腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)及其主要投射区伏隔核(nucleus accumbens, NAc)和前额皮层(prefrontal cortex, PFC)以及与学习，记忆密切相关的海马(hippocampus，HIPP)和杏仁核(amygdala，Amy)等区域，均在滥用药物的奖赏、强化和动机等方面发挥至关重要的作用[2]。同时有研究表明，在此奖赏通路中，从PFC和其他边缘区向NAc区投射的谷氨酸通路也介导了药物成瘾和复吸的发生和发展[3]。

ERK是发现最早的丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase，MAPK) ，通过三级激酶级联反应从细胞外刺激作用于细胞，并参与细胞增殖与分化、生存和凋亡等多种生物学反应[4]。Ras(一种G蛋白)/Raf(MAPK激酶的激酶)/ MEK(MAPK激酶)/ERK是ERK通路的主要途径。当细胞外刺激物(如生长因子)与相应受体结合后，生长因子受体结合蛋白2 ( growth factor receptor bound protein2，Grb2)与激活的受体结合，再与鸟苷酸交换因子 (guanine nucleotide exchange factor，GEF) SOS的C端富含脯氨酸的序列相互作用形成受体-Grb2-SOS复合物，Ras通过与此复合物相互作用而被激活[5]。活化的Ras作为衔接蛋白与Raf结合，将Raf从细胞质转移到细胞膜[5]。Raf被Raf激酶激活后，其C端催化区域能与MEK结合，并使MEK催化区中苏氨酸和丝氨酸磷酸化，从而使MEK激活。MEK可使 ERK酶催化区域的TXY基序磷酸化而活化。ERK也能被生长因子或神经营养因子激活，激活后通过磷酸化ERK(p-ERK)蛋白转位至细胞核内，进而介导多种转录因子包括三元络合物因子ElK-1、c-fos和c-jun转录活化，并促进神经适应性相关的即刻早期基因(immediate early gene，IEG)的转录[6]。ERK通路十分复杂，其中涉及多种酶，而与ERK相关的磷酸酶家族中，蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)和纹状体中富含的蛋白酪氨酸磷酸酶(striatal-enriched protein tyrosine phosphatase，STEP)在调控ERK活性中起关键作用[7]。另外，体外研究表明，双向特异性MAPK磷酸酶1和3(MKP-1/3)的表达和激活依赖于ERK的信号转导[6]。

研究已经发现ERK与肿瘤、糖尿病肾病和阿尔兹海默症的产生和发展有直接或间接关系，如口腔癌、黑色素瘤、乳腺癌等中均发现ERK的过度激活；高糖和AngⅡ均可致系膜细胞ERK胞核转位、激活，可见ERK参与了糖尿病肾病的发生；并且阿尔兹海默症病人的神经元中也发现了ERK的激活[8]。也有越来越多的研究表明ERK信号转导参与各种滥用药物成瘾和复吸[9]。ERK激活引起从细胞膜到下游靶标的细胞质和细胞核内的一系列级联反应，产生直接反应或者造成渴求和复吸行为的持久适应性[10]。因此，我们集中综述了常用的滥用药物(如可卡因、苯丙胺、海洛因等)引起的行为学改变的ERK分子机制以及在成瘾相关学习和记忆的神经可塑性中的重要作用。

1 ERK信号通路和可卡因药物成瘾

可卡因是天然的中枢兴奋剂，自1985年起已成为世界性主要毒品之一。已有大量研究证明，急性可卡因处理增加尾状核(caudate putamen，CPu)、NAc、PFC、HIPP、中央和基底杏仁核(central amygdala，CeA和basolateral amygdala，BLA)和纹状体末梢床核(bed nucleus of the striatal terminals，BNST)中p-ERK表达[11-14]。急性可卡因可使纹状体中核糖体S6激酶(ribosomal S6 kinases，RSK)磷酸化增加，并间接导致环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP response element-binding protein，CREB)激活，增加转录因子c-fos和zif268的表达[15-16]。很多研究表明ERK通路的激活依赖于多巴胺和谷氨酸受体的活性。例如，Valjent等[13]发现，在NAc和背侧纹状体(dorsolateral striatum, DLS)中N-甲基-D-天冬氨酸 (N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA) 受体和D1受体(dopamine D1 receptor，D1-R)拮抗剂阻断可卡因诱导的ERK磷酸化；Cahill等[7,17,18]发现急性可卡因引起的ERK下游的靶蛋白包括丝裂原激活和应激激活蛋白激酶-1(mitogen- and stress-activated protein kinases，MSK-1)，Elk-1，CREB磷酸化和IEGs表达都依赖于D1受体和NMDA受体的激活；Cahill等[17]还证明D1受体和NMDA亚基GluN2B受体的相互作用对可卡因引起的ERK激活是必需的。与急性可卡因相比，慢性可卡因处理也引起ERK活性的增加，尤其在VTA内。并且CPu、NAc和Amy中慢性可卡因引起的时间依赖IEG表达需要MEK / ERK的激活[11]。另外，慢性可卡因处理后戒断期间，再受可卡因激发会导致CPu和NAc中p-ERK敏化[17]。但是有研究表明，可卡因戒断1 d而不是30 d后BLA中的ERK磷酸化增加[19]；注射可卡因与生理盐水对照组的大鼠相比，戒断1d时，NAc核部(nucleus accumbens core, NACc)中ERK磷酸化水平不改变，而在戒断7d时ERK磷酸化水平增加，然而在21d时，又逐渐降低到相同的水平[20]，由此表明重复可卡因处理后戒断期间，NAc中ERK磷酸化水平是以时间依赖方式发生改变。药理学研究证明，MEK抑制剂(U0126、SL327和PD98059)可以阻断可卡因诱导的ERK磷酸化和下游靶蛋白的变化。例如，单侧注射MEK抑制剂U0126到NAc区中，可减弱可卡因敏化大鼠中ERK和CREB磷酸化；背侧NAc中注射SL327可阻断ERK，CREB以及中间激酶MSK1的活性[15]。这一系列的研究提示，ERK信号通路参与急性慢性可卡因使用，甚至介导可卡因的戒断和复吸，同时ERK的激活对于后续的行为变化也必不可少。

行为学研究表明，阻断ERK激活能阻止运动敏化的发展以及可卡因奖赏效应。例如，戒断11～14d，可卡因注射前在小鼠中系统注射SL327阻断可卡因自发运动敏化表达[7]。然而，在可卡因敏化小鼠中，SL327急性处理不改变药物敏化作用的表达。Velazquez等[21]发现戒断期间围产期蛋白(perinatal protein)失活能够促进可卡因敏化的成年大鼠NAc中ERK磷酸化，并且以剂量依赖方式引起ERK通路激活。Jasmine等[22]发现给动物重复挫败的应激能增加VTA中ERK磷酸化，但在应激之前抑制VTA中ERK能降低应激引起的行为敏化发展，并阻断应激引起的可卡因自身给药(self-administration，SA)的增加。最近有研究表明，大鼠短暂地重复暴露到先前的可卡因配对环境后，双侧微注射MEK/ERK1/2抑制剂U0126到BLA而不是NACc，明显降低了后续药物环境引起的可卡因觅药行为[23]；重复可卡因处理的动物，生理盐水激发提高NAc和CPu中D1阳性神经元ERK磷酸化，表明环境条件也引发ERK激活[24]。这些研究结果提示ERK信号转导在环境相关记忆形成中也发挥一定的作用。而动物条件性位置偏爱(conditioned place preference，CPP)实验研究发现，VTA中ERK激活在可卡因CPP发展中是必要的。可卡因CPP建立后，CPP测试或重复暴露于可卡因相关环境引起CPu、HIPP、VTA和NAc中p-ERK，p-CREB或ΔFosB的表达[25-26]。而NAc中激活的ERK，在CPP训练中介导药物和配对环境的奖赏效应相关学习的巩固，而在CPP测试中介导急性可卡因条件反应的表达[27]；更有意思的是：利用敲除动物研究发现，ERK1敲除小鼠对慢性可卡因暴露显示高行为敏化和CPP反应，在VTA中选择性过表达ERK2，也提高可卡因CPP反应和慢性可卡因行为敏化[28]。相反，在VTA区抑制ERK2活性减弱可卡因CPP反应和可卡因行为敏化的发展和表达[6]，提示ERK1和ERK2在可卡因引起的敏化和CPP反应中发挥不同的作用。除了ERK信号，它的上游激活因子和下游转录因子也调控可卡因诱导的敏化发展和CPP反应。例如，慢性阻断ERK活性影响可卡因引起的c-fos和JunB，而不是zif268的表达。在Ras-GRF-1敲除小鼠中，纹状体FosB /ΔFosB表达下调，可卡因诱导的行为敏化发展和可卡因CPP反应均减弱，而在过表达小鼠中则恰好相反[29]。pElk-1抑制剂也能减弱NAc壳部(nucleus accumbens shell, NACsh)由于重复可卡因引起的树突状可塑性的改变，从而阻断可卡因行为敏化和CPP反应[30]。总之，这些实验结果提示，ERK相关信号通路在可卡因介导的行为变化中发挥重要作用。

记忆包括获得、巩固、再激活、再巩固、消退等过程，而再巩固是整个记忆过程的核心阶段。当记忆处于易变时期，增加新的信息或者接受处理，使原有的记忆不稳定，在此期间通过再暴露药物相关环境、线索或药物本身，使已建立的药物相关记忆被再次唤起，就形成了记忆再巩固[31-32]。先前的研究表明，环境引起可卡因相关记忆再巩固过程中BLA而不是NACc的ERK激活是必需的[23]。最近的研究表明，可卡因记忆再巩固也需要PFC、NAc和CPu中ERK的激活[6]。药理学实验研究发现动物暴露于药物相关环境后，系统注射SL327减少后续的环境诱导的可卡因CPP反应[23]；Edwards等[33]观察3周每天4h可卡因SA训练，导致PFC中ERK磷酸化增加。可卡因SA后戒断期间进行迷宫训练，与生理盐水处理的对照组大鼠相比，可卡因处理后p-CREB/CREB水平在PFC和DLS中更高，但HIPP中较低；而p-ERK2/ERK2在DLS和HIPP中增加，在NAc中降低[34]。可卡因SA建立后，动物暴露于相关环境结束后立即于BLA注射U0126(每侧1μg)抑制环境诱导的觅药行为的恢复，同时在戒断后觅药行为恢复时ERK磷酸化是升高的[23]。总之，这些研究表明在记忆再巩固期间ERK信号激活对可卡因觅药行为是必需的。另外，ERK磷酸化的几个转录因子(包括CREB和Elk-1)也参与药物记忆再巩固过程。ERK激活通过多巴胺和谷氨酸通路使CREB磷酸化[7]。CREB通过调控记忆相关基因的表达，参与脑区中长时程记忆可塑性变化。有实验表明，在戒断期间同时进行迷宫训练8周之后，与对照组相比，可卡因预处理大鼠在PFC和DLS中p-CREB/CREB显示较高水平，而在HIPP区则较低；而ERK在DLS、HIPP和NAc中显示较高水平，这些数据提示ERK信号通路参与了药物奖赏、动机和相关记忆过程[34]。而且ERK对可卡因引起的记忆再巩固作用始终依赖于环境的存在，但可卡因本身对记忆再巩固是否有作用仍不清楚[6]。

ERK激活也参与戒断后的复吸过程。Lu等[19]发现，戒断1d后，CeA中ERK磷酸化刺激增加可卡因觅药行为；而可卡因戒断30d后，抑制CeA而不是BLA中ERK磷酸化从而降低可卡因觅药行为。Moreno等[35]发现，可卡因SA戒断后觅药行为测试，发现戒断30d后腹侧PFC中ERK磷酸化水平比戒断1d后更高；进一步研究发现，可卡因SA训练最后一次结束后，向VTA内注入胶质细胞源性神经营养因子(glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF)增加大鼠戒断d3和d10由线索所诱发的可卡因觅药行为，而于戒断d1～d14每天在大鼠VTA内慢性给予GDNF则阻断大鼠戒断d11和d31由线索所诱发的可卡因觅药行为的增加[36]。以上结果提示， ERK信号通路在可卡因觅药行为恢复中发挥重要作用。在SA结束后立即于PFC中注射脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)，则通过调控p-MEK和p-ERK的正常化，能引起环境，线索和可卡因引起的复吸的长时期抑制[37]。因此推测，在戒断早期，对ERK信号转导功能的干预有可能作为治疗手段预防可卡因复发。

2 ERK信号通路和苯丙胺类药物成瘾

苯丙胺类药物主要包括苯丙胺[又称安非他命(amphetamine，AMPH)]和甲基苯丙胺[俗称“冰毒”(methamphetamine，METH)]，均为人工合成的兴奋剂，是21世纪滥用最广泛的药物。它们可通过改变ERK信号通路来发挥其药物成瘾作用，但就其详细的分子机制还不甚清楚。

2.1 ERK信号通路和苯丙胺药物成瘾 急性AMPH引起CPu，NAc，PFC和VTA中的p-ERK升高[7, 38]。同时，不同脑区中ERK的上游受体，下游转录因子以及分子激活因子均参与了上述急性激活过程。在CPu中，重复AMPH暴露戒断后再激发，则增加以D1受体和D2受体依赖方式的ERK和CREB磷酸化。在CPu中阻断代谢型谷氨酸受体1/5(metabotropic glutamate receptor-1/5，mGluR1/ 5)或mGluR5受体明显减轻急性AMPH引起的p-ERK、pElk-1、p-CREB和Fos免疫反应[39-40]。上述研究提示，在CPu中AMPH引起ERK的增加除了依赖于多巴胺受体，也依赖于谷氨酸受体。另外，钙/钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ(CaM kinaseⅡ，CaMKⅡ)的激活也是CPu中急性AMPH诱导的p-ERK，pElk-1和p-CREB升高所必需的[39]。系统给予SL327(20～100 mg·kg-1)或在CPu中注射U0216(每侧2μg)降低急性AMPH引起的p-ERK和p-CREB蛋白在NAc和CPu中的表达，以及IEGs、前脑啡肽原、前强啡肽原和c-fos mRNA在CPu中的表达[41]。但在PFC中，急性AMPH诱导的ERK磷酸化受NMDA受体、肾上腺素受体和5-羟色氨酸受体不是D1或D2受体调控的[42]。而在纹状体中，急性AMPH诱导的MEK和ERK磷酸化却受D1受体/DARPP-32和NMDA受体激活的调控[7]。上述研究表明，在苯丙胺成瘾中ERK介导的信号通路可能存在脑区特异性。

行为学实验发现，抑制ERK磷酸化可减弱AMPH引起的运动敏化。系统注射30或40 mg·kg-1SL327，则剂量依赖方式抑制AMPH引起的行为敏化的发展和表达[41]。AMPH激发产生行为敏化，其作用与D1和D2受体相关，而D1受体拮抗剂，而不是D2受体拮抗剂能减轻慢性AMPH诱发的p-ERK和p-CREB升高。所以说，虽然D1和D2受体拮抗剂能抑制行为敏化的发展，但只有D1受体介导的ERK和CREB激活才是AMPH诱发的行为敏化表达的关键[6]；在CPP实验研究中也发现，在NAc中微注射AMPH导致ERK磷酸化和CPP的建立。CPP反应训练前或后在NAc注射PD98059则阻断后续AMPH的CPP表达，训练后注射可能阻止AMPH的CPP学习，干扰记忆巩固但不影响药物的急性奖赏效应[27]，这一结果提示ERK在AMPH相关的奖赏效应的获得和巩固中发挥一定的作用。但和上述结果相反的是：急性AMPH引起的高自发活动不能被30～40 mg·kg-1剂量的SL327处理所改变，但高剂量(50～100 mg·kg-1)SL327由于对基础运动量的抑制作用而减弱急性AMPH诱发的自主活动升高[41]。虽然系统注射MEK抑制剂SL327(50 mg·kg-1)抑制急性AMPH引起的自主活动，但提高动物基础运动量。上述结果的不一致性可能由于操作程序不一所造成的，例如如果大鼠事先不经过适应性训练，急性AMPH激发高自发活动时，CPu中ERK磷酸化却被抑制的[40]。然而上述研究均表明ERK信号通路可能介导了苯丙胺的药物成瘾过程。

2.2 ERK信号通路和甲基苯丙胺药物成瘾 甲基苯丙胺俗称冰毒，是一种以减肥和娱乐为目的的高成瘾性非法使用药物，其滥用程度逐年增加，引起全球性的医疗、社会、经济和法律相关的日益严重的问题。目前关于谷氨酸和多巴胺神经传递与METH引起的行为改变的研究比较多，但是关于ERK通路是否参与METH成瘾的研究还十分有限。通过METH对PC12细胞短时间刺激发现，p-ERK和ERK表达在20～30min时明显升高，晚期又恢复。急性METH(3 mg·kg-1)注射明显增加纹状体中ERK磷酸化。相反也有研究发现急性METH(2 mg·kg-1)注射不影响CPu和NAc中ERK磷酸化[43]。上述结果不同，可能由于不同实验室METH的使用剂量，注射的途径或组织采集的时间不同所导致的。丝氨酸消旋酶，是NMDA受体内源性激动剂，在丝氨酸消旋酶基因敲除小鼠中ERK磷酸化是减少的[44]，上述结果提示急性METH诱导的ERK磷酸化需要NMDA受体参与；在METH自身给药实验中，发现ERK和CREB磷酸化在VTA和HIPP中均降低，而ERK磷酸化在PFC中升高，但变化无显著性差异，CREB磷酸化在NAc中升高，而在PFC中无变化[45]。总之，上述结果表明急性METH暴露会改变ERK磷酸化。

与苯丙胺类似，重复METH暴露戒断后METH激发能引起行为敏化，并与CPu和NAc中ERK磷酸化表达以及CPu中ΔFosB蛋白表达相关[43, 46-47]。延胡索乙素是D1和D2受体拮抗剂，有研究表明延胡索乙素(5 mg·kg-1和10 mg·kg-1)本身不能引起明显的自发运动改变，但与METH合用能明显减弱METH引起的运动敏化的发展和表达以及NAc和CPu中ERK1/2表达[43]，该结果表明多巴胺受体参与METH引起的行为敏化和ERK磷酸化。进一步研究发现，METH诱导的行为敏化后戒断1 d，或者METH自身给药后戒断2 d，均能引起NACsh中 ERK磷酸化增加[46]，并导致纹状体中D1受体、ΔFosB蛋白、p-CREB和Elk-1表达升高[45, 48]，但有人认为这种ERK磷酸化的提高是由于METH急性刺激造成的。因为有研究发现戒断早期纹状体中ERK磷酸化只是瞬时性的升高且在长期戒断中ERK磷酸化不发生改变[46]；METH的CPP实验研究中发现CPu、NAc和PFC中p-ERK、pElk-1、p-CREB和ΔFosB蛋白表达均增加[49]。NAc内微注射MEK抑制剂PD98059(每侧2μg)阻断METH的CPP建立和ERK磷酸化表达。然而，戒断后2d单次CPP测试中，发现NAc区中ERK和CREB磷酸化减少[50]。上述研究表明不管是条件性训练还是戒断期间对ERK信号的过激活都存在一个代偿性的减少反应，但上述解释还有待于进一步验证。

动物实验发现，急性低剂量的METH能促进记忆的形成，尤其是记忆巩固。但重复METH注射会导致空间学习和记忆损害以及PFC中总的ERK减少[51]。同时发现HIPP中ERK和CREB信号的激活可能参与METH引起的空间记忆改变[52]；新物体识别试验中PFC中微注射PD98509(每侧2μg)能模拟出METH引起的认知障碍，推测长期METH暴露后认知功能障碍可能由于ERK磷酸化减弱所致。氯氮平是一种非典型抗精神病药，逆转慢性METH使用引起的HIPP中ERK磷酸化功能的失调，改善空间工作记忆障碍。莫达非尼作为弱多巴胺转运体抑制剂，通过增加细胞外多巴胺水平，刺激PFC中的ERK磷酸化来改善新物体识别障碍[53-54]。这些药物都是通过改变ERK信号来改善METH引起的认知障碍。总之，METH引起的认知功能障碍可能由于学习和记忆中ERK信号通路下调所造成的，这将为未来药物开发提供潜在的治疗性分子生物靶标。

3 ERK信号通路和阿片类药物药物成瘾

阿片类药物包括天然存在的鸦片、吗啡和可待因及人工合成的海洛因、杜冷丁和美沙酮等。这里我们主要阐述ERK信号通路在吗啡和海洛因成瘾中的作用。阿片类成瘾调控ERK导致脑突触可塑性改变。吗啡和海洛因都依赖于多巴胺和谷氨酸受体调控ERK信号通路，参与药物成瘾。

有报道，急性吗啡降低NAc而不是CPu中ERK磷酸化水平，并且增加NAc中Akt含量。但在PFC中，急性吗啡处理增加MEK1/2磷酸化[55]。Berhow等[9]研究发现在急性吗啡处理大鼠的VTA区注射BDNF增加ERK活性，但不改变总ERK水平。然而，慢性吗啡处理之后，注射BDNF导致总ERK水平降低，而ERK活性没有改变。与之相反，慢性吗啡系统处理导致ERK磷酸化在VTA中持续增加；而蓝斑和CPu中ERK1与ERK2含量选择性的增加[56]。体外研究发现，慢性吗啡处理也增加背根神经节神经元中ERK磷酸化水平；VTA中注射特异性NMDA受体拮抗剂则阻止慢性吗啡引起的ERK激活[9]。最新发现吗啡处理引起的行为敏化表达阶段腹外侧眶皮层(ventrolateral orbital cortex，VLO)中除了ERK之外，组蛋白H3酪氨酸9乙酰化(aceH3K9)、p-ERK和BDNF的蛋白表达水平均明显上调；并且在VLO 中微注射组蛋白乙酰化酶抑制剂曲古抑菌酶A却增加吗啡引起的行为敏化[57]。ERK1基因敲除小鼠显示对吗啡的高反应性，吗啡CPP诱导纹状体ERK2磷酸化增强[58]。上述结果表明急慢性吗啡处理后ERK磷酸化均发生了改变。

但在吗啡引起的CPP模型中，不同脑区中ERK及p-ERK表达水平不同。例如，在PFC中，慢性吗啡注射后ERK2磷酸化水平降低，但总的ERK或ERK1磷酸化水平无改变；在NAc中，慢性吗啡暴露后p-ERK1/2水平降低但总的ERK1/2水平不变；在CPu中总的ERK1/2及其表达不发生变化[55]。而对于此模型中不同脑区ERK mRNA表达水平，慢性吗啡处理后PFC中ERK1/2mRNA表达水平升高，CPu中ERK1mRNA表达水平也升高，而在吗啡引起的CPP的消退和恢复中HIPP脑区ERK1/2mRNA表达均降低[59]。进一步研究发现，急性和亚慢性应激能进一步提高吗啡CPP引起的NAc、Amy、HIPP和下丘脑中的p-ERK，p-CREB和c-fos表达的增加[60-61]。Lin等[62]发现ERK在CPP的建立和强化阶段中明显增加，在VTA中注射MEK抑制剂U0126阻断吗啡CPP的建立。因此，以上实验结果提示：ERK信号介导吗啡CPP反应，但ERK及p-ERK表达水平存在明显的脑区特异性。

然而关于ERK信号通路在海洛因成瘾和复吸中的作用研究更少。Edwards等[63]研究发现，慢性海洛因SA后自发戒断12～24h期间，ERK磷酸化在PFC以及HIPP的CA1和CA3区明显增加。而戒断24h后用纳洛酮处理，ERK磷酸化则在CeA，NACc和NACsh中有所增加。Wang等[64]发现ERK1/2信号可能不参与产前海洛因暴露引起的神经行为致畸性。最近有研究发现，海洛因SA较长时间戒断后NAc中ERK磷酸化持续降低，特别是暴露至环境线索和条件线索中，并且长期纳洛酮戒断后NAc区中p-CREB表达与p-ERK表达呈正相关[65]，提示长期戒断后降低CREB活性可能部分通过ERK信号通路减弱来实现。

4 其它

4.1 ERK信号通路和酒精药物成瘾 饮酒是一种悠久而普遍的生活习惯和社会风俗，但过度饮酒会造成躯体和精神的严重损伤，如今越来越多的研究已经开始关注酒精成瘾问题。Thorsell等[66]发现，在各种年龄段的啮齿类动物中，急性注射低剂量乙醇(1 g·kg-1)以D1受体和神经肽S受体依赖方式明显提高包括NAc和CeA中ERK磷酸化。相反，Zhu等[67]发现，急性注射高剂量乙醇(2.5～4.7 g·kg-1)以时间依赖方式降低PFC、NAc、CPu、Amy、HIPP、BNST和小脑中p-ERK和p-CREB的表达。最近的研究发现，乙醇(100 mmol·L-1)抑制原生胚胎干细胞来源的神经胶质细胞中磷酸化Akt和ERK级联反应，但乙醇增加CREB的转录活性[68]。另外发现，急性乙醇的主要代谢产物乙醛通过激活D1受体和阿片类受体提高NAc、CeA和BNST中ERK磷酸化[69]。对慢性乙醇暴露而言，早期戒断(例如，在1d之内戒断)慢性乙醇引起神经元可塑性减弱是由于ERK磷酸化下调所致[70]；相反，反复乙醇口服使用或蒸薰使用后立即停止，PFC、NAc、CPu、Amy和HIPP中ERK磷酸化是减少的，但戒断7～11 h后ERK磷酸化升高[67]。

行为学实验发现，反复乙醇处理戒断后再暴露或激发，PFC和HIPP中p-ERK和c-fos发生脱敏[71]。而且，在慢性乙醇暴露后不久GluN1和CaMKII磷酸化同样减少[67,71]。这些结果表明，戒断早期谷氨酸受体介导的ERK活性降低可能导致继后的乙醇引起的p-ERK脱敏。利用CPP模型发现低剂量(1 g·kg-1)乙醇能以D1受体依赖方式建立乙醇CPP反应，并诱导ERK磷酸化。但系统注射SL327不影响乙醇CPP(2 g·kg-1)的获得、表达和消退[72]。VTA内注射GDNF迅速激活了该部位的ERK信号通路，明显抑制乙醇的SA行为；系统注射MEK抑制剂阻断ERK信号通路提高乙醇SA行为，而乙醇SA戒断后，再暴露于条件性线索产生的觅药行为恢复，同时激活BLA中p-ERK和c-fos表达[73]。由于慢性乙醇使用戒断后会产生躯体反应和消极情绪(例如，焦虑，抑郁和烦躁)均有可能会导致复饮。因此反复乙醇处理24 h戒断后，产生焦虑样行为，发现CeA和内侧Amy中BDNF/TrkB /p-ERK/ pElk-1信号通路和Arc蛋白表达显著减弱，同时神经棘减少；进一步研究发现敲除CeA和内侧Amy中BDNF介导的ERK信号，则引起焦虑并促进乙醇摄入[74]。以上实验结果将为临床乙醇依赖治疗提供新思路和方法。目前也有许多实验室致力于开发一些药物通过干预ERK信号通路来治疗或者抑制酒精引起的一些疾病。例如，豇豆的酒精提取物通过抑制VEGFR2、ERK和Akt磷酸化产生抗血管增生的作用[75]；雌激素通过DAPK3/Akt/ERK激活调控酒精引起的心肌氧化应激和机能障碍[76]。

4.2 ERK信号通路和尼古丁药物成瘾 吸烟是造成许多疾病的重要危险因素，也是导致疾病和死亡中最可预防的一种病因，而尼古丁是烟草中的一种重要的有毒成分，大约占烟草干重的0.6%～3.0%[77]。体内实验发现，急性尼古丁处理提高NAc、CPu、PFC、Amy和BNST脑区中ERK磷酸化[7,78]，同时增加NAc，VTA和纹状体中CREB磷酸化；而反复尼古丁处理的大鼠，NAc中CREB磷酸化是降低的；尼古丁戒断期间VTA中CREB磷酸化升高，这些提示长期尼古丁暴露可通过ERK和CREB信号来改变细胞神经可塑性[79]。在纹状体，急性尼古丁诱导ERK磷酸化由D1受体/PKA /DARPP-32信号转导通路介导[12-13]，表明多巴胺能神经传递可能参与了对尼古丁的反应。体外实验研究发现，急慢性尼古丁处理激活ERK和CREB需要nAChRs、CaMKs、MEK和蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)参与[80]。但在HIPP神经元中只有PKA是尼古丁诱发ERK磷酸化所必需的，提示在不同脑区中激发ERK的上游激活因子不尽相同。在尼古丁CPP模型动物中，NAc中p-ERK增加[78]；尼古丁SA后干扰α7nAChR受体和NMDA受体复合物可降低ERK活性，阻断线索诱导的尼古丁觅药行为的恢复[81]。这些结果明显提示，ERK信号通路是DA / D1受体和Glu/NMDA受体信号关键的整合因子，共同参与尼古丁暴露后长时程的细胞变化和行为适应性。

有人发现在匮乏或标准环境中饲养的动物，尼古丁敏化或SA训练后PFC中p-ERK明显增加。相反，饲养在丰富环境中的动物，由于PFC中ERK高基础表达量，慢性尼古丁处理不改变p-ERK的水平，这可能由于这些动物对慢性尼古丁的敏感性降低[82]。尼古丁SA后，PFC中ERK信号通路被激活；并且在SA期间，诱发的ERK磷酸化和尼古丁摄入量呈正相关。这些结果表明，PFC中的ERK磷酸化可能参与了尼古丁奖赏效应。深入研究发现，尼古丁诱导的一些疾病也依赖于ERK信号的激活或调控。例如，系统尼古丁处理后，通过依赖ERK激活增加听觉皮层中听觉引起的神经性反应[83]；ERK1/2-SRF-miR-133信号通路增加半胱天冬酶-9和-3对尼古丁诱导的心肌细胞凋亡[84]；尼古丁还通过调控α7nAChR、ERK、HIF-1和VEGF/PEDF信号促进鼻咽癌细胞增殖[85]。

4.3 ERK信号通路和大麻药物成瘾 大麻是一种常用的非法药物，它的主要有效化学成分是Δ9-四氢大麻酚(Δ9-tetrahydrocannabinol，THC)。大麻素(cannabinoid，CB)受体包括CB1和CB2两种类型，CB1发现在中枢神经系统中，而CB2主要在免疫系统有较高表达。CB1受体激活导致Ca2+通道关闭而钾通道开放，继而抑制腺苷酸环化酶，激活蛋白激酶(包括ERK)。有研究发现，在DLS和NAc中THC急性处理引起短暂性ERK激活[86]；腹腔低剂量注射THC，PFC，Amy和HIPP中的CB1受体通过激活ERK1/2通路产生抗焦虑作用，且该效应可被SL327所拮抗[87]；急性THC诱导ERK下游靶标pElk-1和zif268mRNA的表达，但能被D1受体拮抗剂和MEK抑制剂SL327(100 mg·kg-1)所阻断[6]；低剂量THC的单独处理增加HIPP中p-CREB和PFC中BDNF的水平，但100 mg·kg-1剂量SL327预处理却抑制急性THC引起的IEG(包括c-fos蛋白，zif268、BDNF mRNA)在HIPP中的表达[88]；在纹状体或HIPP中THC激活ERK磷酸化是由CB1受体、D1受体、D2受体和NMDA受体介导。上述研究推测大麻素，多巴胺和谷氨酸神经传递间可能存在着协同作用。慢性THC暴露引起PFC和HIPP中p-CREB和FosB蛋白表达能被50 mg·kg-1SL327处理所抑制。高剂量的THC能引起高运动反应性，但低剂量THC不改变自发活动[89]，因此，急性THC诱发的行为变化和ERK信号通路作用之间的相关性，有待于进一步阐明。

另外，有研究发现CB1受体拮抗剂AM251可以逆转反复电针预处理所引起的大鼠脑内p-ERK1/2表达水平增高，表明反复电针预处理诱导激活ERK1/2通路依赖CB1受体。Pascal等[88]通过在体内和离体研究发现大麻素类物质包括THC通过CB1受体激活ERK1/2通路改变HIPP神经元的突触可塑性。以上结果显示了CB1受体在ERK激活中的重要作用。有研究发现，在纹状体和小脑中以ERK依赖方式招募G-蛋白偶联受体激酶和β-抑制蛋白脱敏和内吞CB1受体，从而介导THC所致的行为耐受性[6]。利用CPP模型研究发现，低剂量THC重复处理引起的CPP反应的发展能被50 mg·kg-1剂量的SL327所减弱，这些结果提示ERK信号通路参与了THC奖赏效应[86]。但至今关于ERK信号在THC行为敏化或SA中的作用研究很少，将是今后该领域研究的重要方向之一。

5 结论与展望

药物成瘾目前还没有强有效的治疗药物，最大的难题是复吸率高。本文比较系统的阐述了ERK信号及相关的细胞内信号转导在各种滥用药物奖赏、动机和正性强化中的重要作用。但是药物成瘾的神经生物学机制很复杂，越来越多的证据表明：各种滥用药物使用产生的欣快和灾难性的负性情绪，会使生物体正常的内环境稳态紊乱，并发生适应性的改变，可能是药物成瘾持续存在的关键因素[90]。提示海洛因奖赏和负性情感过程可能共同介导了海洛因动机转换，但海洛因正性强化和负性情感作用下的动机转换特征和规律以及介导的中枢部位和环路均有待进一步明确。因此，我们要搞清楚各种滥用药物诱导的ERK磷酸化在调控行为中的详细分子机制是十分重要的。众所周知调控ERK信号的因素很多，但是很多调控的具体机制又不甚清楚，需要进一步的进行探索和阐述。目前的研究结果强烈提示对ERK信号通路在滥用药物使用后戒断期间早期干预很重要。因此，今后研究可以考虑从观察新的治疗干预措施对恢复脑中ERK信号正常化的程度，来进一步评估其抑制觅药行为的作用。尽管介导药物成瘾的信号通路很多，但ERK信号通路最具特征性和可靠性。随着分子生物技术的快速发展，未来的研究有待于更彻底分析不同ERK信号通路在药物成瘾中的详细分子机制，为开发药物成瘾或其它相关精神疾病切实可行的或最有价值的治疗策略提供理论基础和新的方向。

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Research Progress on mechanism of ERK signaling pathway in drug addiction

ZHANG Pan-pan1，XU Wen-jin1，LIU Hui-fen2

(1.SchoolofMedicine,NingboUniversity,NingboZhejiang315211,China; 2.NingboInstituteofMicrocirculationandHenbane,NingboUniversityBehavioralNeuroscienceResearchCenter,NingboZhejiang315010,China)

Drug addiction is a chronic relapsing brain disease. Repeated drug exposure can cause neuroadaptations in major brain circuitries, leading to compulsive drug consumption behavior and relapse after abstinence. Many studies have found that intercellular signaling cascades mediated central nervous system remodeling in the rewarding circuitry and addiction associated neuroplasticity of learning and memory are important molecular mechanism of drug addiction. Studies show that extracellular signal-regulated kinase (ERK) is associated with drug-mediated psychomotor activity, rewarding properties and relapse of drug seeking behaviors. Therefore, this article has reviewed the role of ERK signaling pathway in drug addiction. Research on the role of ERK signaling pathway in drug addiction will provide important theoretical foundation for in-depth understanding of the molecular mechanism of drug addiction and shine a light on new molecular targets and treatment strategies for drug addiction.

drug addiction；neural plasticity；reward effect；drug seeking；relapse；ERK

时间：2016-12-27 16:13

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20161227.1613.002.html

2016-09-25，

2016-10-15

浙江省自然科学基金面上项目资助项目(No LY14H3 10002)；宁波市科技计划项目(No 2013C50033， 2015 C110026)；国家重点基础研究发展计划资助项目(No 2015CB553504)

张盼盼(1989- )，女，硕士生，研究方向：药物成瘾的神经生物学机制，Tel：0574-87201592 ，E-mail：2538318396@qq.com； 刘惠芬(1965-)，女，研究员，研究方向：药物成瘾和复吸防治，通讯作者，Tel：0574-87349339，E-mail：lihufen@ 163.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.01.001

A

1001-1978(2017)01-0001-09

R-05；R338.64；R345.57；R749.61；R971.2