| 题名 | 线粒体 DNA 改变、自噬与吗啡成瘾 |
| 作者 | 冯月梅 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 姚永刚 |
| 关键词 | 成瘾 吗啡 线粒体DNA 线粒体功能异常 自噬 褪黑素 |
| 其他题名 | Alteration of mtDNA, autophagy and morphine addiction |
| 学位专业 | 遗传学 |
| 中文摘要 | 毒品成瘾（Drug addiction）是困扰人类社会的重大问题之一，它不仅使成瘾病人的身心健康受到伤害，且对家庭和社会也造成沉重的负担和危害。毒品的成瘾性表现为一种难以控制的渴求和依赖行为，呈慢性复发性依赖病程。目前对于成瘾的治疗没有十分有效的方式。因此，研究成瘾的生物学机制对于未来成瘾的治疗以及新药的研发都具有非常重要的作用。 研究发现，代谢系统和内分泌系统都参与了成瘾相关的长时程行为异常改变。另外，成瘾也伴随着与氧化应激相关的神经毒性的产生。线粒体是生物体产生能量的主要场所，在机体内发挥重要的调节作用。线粒体除了具有能量代谢功能以外，还参与细胞的增殖、分化、凋亡以及氧化还原状态的调节。同时，线粒体是细胞内氧化自由基产生的主要场所。研究发现，慢性吗啡作用可以导致线粒体依赖的细胞凋亡以及线粒体功能异常。前人利用蛋白质组学研究技术发现了几种与吗啡依赖相关的潜在标记蛋白，大多数为细胞质和线粒体酶，如GTP酶和GST超家族蛋白、ATP酶以及天冬氨酸酶家族成员。线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）的数量和质量在控制线粒体功能方面具有非常重要的作用。因此我们推测，在吗啡成瘾的动物模型和病人中可能存在mtDNA的改变。 为了验证mtDNA拷贝数与成瘾是否存在关联，我们检测了海洛因成瘾者和正常人的外周血mtDNA拷贝数。我们发现海洛因成瘾者的mtDNA拷贝数较正常人群显著降低（P=0.0248），更值得注意的是，海洛因成瘾者的mtDNA损伤度较正常人群显著升高（P=0.006）。另外，随着戒毒时间的延长，mtDNA拷贝数在吸毒病人中明显回升(P<0.0001)，而mtDNA损伤度也有所下降(P=0.036)，但不论是mtDNA拷贝数还是损伤度，都没有恢复到正常水平。说明成瘾过程中产生的毒性作用可能无法彻底恢复。 与海洛因成瘾者mtDNA拷贝数降低的结果一致的是，接受慢性吗啡注射的大鼠外周血中mtDNA拷贝数较正常大鼠相比显著降低（P=0.0093），在海马区组织也发现类似的结果（P=0.0010），而在前额叶皮层、心脏、肝脏中却未发现这种变化，说明吗啡诱导的mtDNA拷贝数变化存在组织特异性。另外，我们在吗啡处理的细胞中也观察到mtDNA拷贝数降低的现象，并呈剂量依赖。总之，不论是在海洛因成瘾病人，慢性吗啡注射的大鼠还是吗啡处理的细胞中都发现了mtDNA拷贝数降低，说明这是一个普遍的现象。接下来我们在细胞水平研究了吗啡诱导mtDNA拷贝数降低的分子机制。结果发现，吗啡通过导致线粒体功能异常（包括诱导ROS水平升高，氧消耗水平降低，线粒体质量升高），进而激活自噬（autophagy），当敲除自噬相关Atg7基因时，吗啡无法诱导mtDNA拷贝数降低，说明吗啡通过自噬清除受损线粒体，最终导致mtDNA拷贝数降低。 褪黑素（Melatonin）是一种靶向线粒体的抗氧化剂，并对氧化应激造成的mtDNA损伤具有很强的修复作用。因此，我们进一步在细胞水平研究了褪黑素对吗啡诱导的自噬的拯救作用以及生物学意义。我们发现，褪黑素可以通过拯救吗啡诱导的线粒体功能异常，进而拯救自噬，最终拯救吗啡诱导的mtDNA拷贝数降低。褪黑素同样可以拯救吗啡诱导小鼠原代神经元自噬，并可以导致神经元形态结构的改变。在整体动物水平，褪黑素可以拯救慢性吗啡注射诱导的小鼠海马区的自噬现象以及mtDNA拷贝数降低，最终达到阻断慢性吗啡作用产生的小鼠运动行为敏感化和光热疼痛耐受的效果。更有意思的是，随着时间的推移，戒毒的海洛因成瘾病人血浆中褪黑素的水平与mtDNA拷贝数呈现出完全一致的恢复趋势。这些结果说明，褪黑素可能通过拯救吗啡诱导的自噬，进一步阻断吗啡诱导的小鼠运动行为敏感化以及痛觉耐受。 综上所述，本研究从成瘾病人和慢性吗啡注射的大鼠动物模型出发，发现mtDNA拷贝数在成瘾过程中发生了变化，进而在细胞水平上深入探索了吗啡诱导mtDNA拷贝数降低的分子机制，发现了自噬和成瘾间潜在的联系。进一步通过细胞实验发现，褪黑素可以拯救吗啡诱导的自噬，最终回到整体动物水平探讨了吗啡诱导自噬以及褪黑素拯救吗啡诱导的自噬的生物学意义。我们的研究揭示mtDNA拷贝数改变有望作为成瘾和戒断的一个生物学标志，并从一个新的角度阐述了吗啡成瘾的作用机理，有望为治疗阿片类毒品成瘾提供新的理论依据和药物靶点。 |
| 英文摘要 | Drug addiction is a serious social problem and continues to cause an enormous financial burden on society. It is characterized by drug dependence, tolerance, sensitization and craving. The available treatments remain inadequate for drug abusers, and addiction relapse rates vary depending on the substance being abused. Therefore, an improved understanding of the biological changes underlying the process of drug addiction and abstinence will be important for developing more effective treatments. Previous studies have demonstrated that metabolism and endocrine systems are actively involved in the process of long-lived behavioral abnormalities associated with addiction. In addition, drug addiction is associated with many neurotoxic effects, which are often associated with oxidative stress. Mitochondria play an important role in cellular metabolism, energy production, and also act as a primary source of reactive oxygen species (ROS) production that contribute to cell damage and apoptosis. Cytoplasmic and mitochondrial enzymes have been identified as potential markers associated with drug dependence. Chronic morphine treatment also results in mitochondria-dependent apoptosis and mitochondrial dysfunction. Mitochondrial function is strongly associated with the amount and quantity of mtDNA. High level of ROS production causes oxidative damage of mtDNA, which ultimately leads to a wide array of multisystem disorders, particularly affecting the energy-dependent central nervous system. Mitochondria are actively involved in regulation of synaptic plasticity, and their dysfunction may underlie neurological changes in addiction. Nevertheless, the mechanisms that underlie potential mtDNA alterations observed in drug-addicted individuals and neuroplasticity have not been fully elucidated. Because mitochondrial abnormalities have been associated with opiate addiction, we examined the effect of morphine on mtDNA levels in heroin addicts, rat model of addiction and in cultured cells. We found that heroin addicts had a lower level of mtDNA copy number in the peripheral blood (P=0.0248), and a higher level of mtDNA damage compared to healthy individuals (P=0.006). During the rehabilitation of drug abusers after drug detoxification for 3 months, we observed a significant increase of mtDNA content (P<0.0001) and a decrease of mtDNA damage (P=0.036) compared to those at the initiation of drug withdrawal. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-05-31 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.149.42:8088/handle/152453/7448]  |
| 专题 | 昆明动物研究所_重大疾病机理的遗传学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯月梅. 线粒体 DNA 改变、自噬与吗啡成瘾[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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