青春期小鼠與成年小鼠在嗎啡和食物誘導條件化位置偏愛建立上的異同

戚仁莉, 瞿家桂, 陳艷梅, 馬原野,, 胡新天,

(1. 中國科學技術大學 生命科學學院, 安徽 合肥 230026; 2. 中國科學院昆明動物研究所, 云南 昆明 650223; 3. 中國科學院生物物理研究所 腦與認知國家重點實驗室, 北京 100101; )

青春期小鼠與成年小鼠在嗎啡和食物誘導條件化位置偏愛建立上的異同

戚仁莉1,2, 瞿家桂1,2, 陳艷梅2, 馬原野1,2,3,*, 胡新天1,2,3,*

(1. 中國科學技術大學 生命科學學院, 安徽 合肥 230026; 2. 中國科學院昆明動物研究所, 云南 昆明 650223; 3. 中國科學院生物物理研究所 腦與認知國家重點實驗室, 北京 100101; )

該實驗通過采用嗎啡誘導的條件位置偏愛(conditioned place preference, CPP)與食物誘導CPP相結合的方法來研究青春期小鼠和成年小鼠的普通學習記憶和成癮學習記憶之間是否存在差異。結果發現: 1)成年小鼠能夠建立嗎啡誘導 CPP, 而青春期小鼠不能建立; 2)青春期小鼠和成年小鼠都能夠建立食物誘導 CPP。嗎啡誘導 CPP的結果提示, 青春期小鼠和成年小鼠在成癮學習記憶上有差異, 青春期小鼠的成癮記憶能力較弱。食物誘導 CPP的結果提示, 青春期小鼠和成年小鼠在普通學習記憶上沒有差異。嗎啡誘導CPP和食物誘導CPP的結果比較提示,小鼠的普通學習記憶系統和成癮學習記憶系統發育進程是不平行的。

青春期; 成年; 嗎啡; 食物; 條件化位置偏愛

藥物成癮是一個復雜的生物學過程。學習記憶參與藥物成癮過程(Nestler 2001; Kelley 2004)。與成癮相關的線索, 如與用藥相關的人物、地點或暗示等, 都可能誘導出覓藥和用藥行為。目前實驗室廣泛采用條件化位置偏愛(conditioned place preference, CPP)模型來研究動物線索誘導的藥物依賴行為。CPP實質上是以巴甫洛夫條件反射為基礎的一種行為學習和記憶過程。通過把獎賞刺激與非獎賞中性刺激(如某特定環境)反復聯系起來之后, 非獎賞性的中性刺激便可以誘導出獎賞效應。藥物、食物、性活動等獎賞刺激都可以誘導出 CPP, 但成癮藥物誘導CPP所檢測的成癮記憶和食物誘導CPP所檢測的普通記憶可能是兩個不同甚至相拮抗的記憶系統。之前我們實驗室研究發現大鼠腹腔注射阻斷學習記憶的東莨菪堿明顯抑制了食物誘導 CPP的建立, 但是對于嗎啡誘導 CPP不僅沒有抑制作用,而且高劑量下還具有強化作用(Tan et al, 2007)。在CPP條件訓練后, 藥物誘發大鼠的癲癇持續狀態會阻斷大鼠食物誘導CPP的建立, 但對嗎啡誘導CPP卻沒有影響(Zhang et al, 2009)。

學習記憶系統是隨神經系統發育而不斷完善的。青春期是一個特殊的發育階段, 嚙齒類動物青春期大約是從出生后28～42 d(Spear et al, 1983)。這個時期的嚙齒類動物前額葉中有大量NMDA受體和突觸連接在消退(Guilarte, T.R., 1998), 杏仁核(Berdel et al, 1996)和海馬(Dumas & Foster, 1998; Wolfer & Lipp, 1995)尚未發育成熟, 中腦-邊緣系統和伏隔核的多巴胺合成水平較低(Spear, 2000)。青春期大鼠, 如出生后 35 d 的大鼠不能產生嗎啡誘導CPP效應(.Bolanos et al,1996), 而成年大鼠就能夠產生嗎啡誘導 CPP效應(Randall et al, 1997); 但James et al(2000)研究表明, 成年與青春期大鼠的可卡因和嗎啡誘導CPP都可以建立, 且兩者并沒有顯著差異。嚙齒類青春期動物是否能建立食物誘導CPP至今未見報道。在本研究中, 我們以昆明小鼠為對象, 通過比較青春期小鼠和成年小鼠嗎啡及食物誘導 CPP的建立情況來檢測兩者的成癮記憶及普通學習記憶是否存在差異。如果青春期小鼠的嗎啡誘導CPP和食物誘導CPP都不能建立, 則說明其成癮學習記憶和普通學習記憶系統均未發育完全,那么我們廣泛采用的 CPP范式將不適用于檢測青春期小鼠; 如果青春期小鼠嗎啡誘導CPP不能建立而食物誘導CPP能夠建立, 則說明其嗎啡成癮記憶能力較弱, 而普通記憶能力正常, 那么這兩種記憶系統的發育進程則是不平行的。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

成年雄性昆明小鼠購于昆明醫學院[SCXK(滇2005—0008)]。其中44只為出生后60 d以上, 開始實驗時體重(36.0±2.99)g; 41只為出生后23 d, 開始實驗時體重(18.1±2.19)g。所有動物在標準條件下飼養, 12 h 黑暗交替(7:00—19:00為光周期)。實驗在9:00—16:00之間完成。

1.2 藥品

鹽酸嗎啡(10 mg/（mL·瓶）, 沈陽制藥廠, 產品批號: 070802)

1.3 實驗裝置與方法

1.3.1 CPP裝置 4個CPP箱, 由PVC板制作。CPP箱主要由兩端兩個相同尺寸(17 cm×15 cm×20 cm)的條件化箱和一個中間過渡箱(6 cm×15 cm×20 cm)組成。兩個條件化箱內分別貼有黑白相間的橫條紋和豎條紋, 且箱底部的粗糙程度有明顯的差別, 一個粗糙; 另一個光滑。過渡箱內為灰色內壁。在兩個條件化箱和過渡箱之間有可以開啟和關閉的門。通過實驗檢測表明, 此行為檢測裝置不會導致實驗動物先天性的位置偏愛, 統計上無差異。CPP裝置被放置在單獨的房間內, 裝置上方懸掛有攝像頭,用于記錄CPP實驗過程并保存在電腦內。實驗記錄的數據采用實驗室自編軟件進行統計。

1.3.2 實驗方法和過程 小鼠在實驗室適應環境一周后開始實驗。成年小鼠被隨機分為4組: 嗎啡組(n=12)、鹽水組(n=10)、食物組(n=11)、食物對照組(n=11); 青春期小鼠被隨機分為 4組: 嗎啡組(n=10)、鹽水組(n=9)、食物組(n=11)、食物對照組(n=11)。

1.3.2.1 嗎啡誘導的CPP實驗程序

1)條件化前期(第 1～3 d): 也稱適應期, 打開CPP箱小門, 每天小鼠在CPP箱內自由活動15 min (900 s)。第3天 動物在CPP箱內的行為被錄像并進行數據分析。如果動物出現明顯的位置偏愛, 如在一個箱內停留的時間超過總時間(900 s)的70%(630 s)或少于總時間的 30%(270 s), 該動物將會被剔除。選擇動物停留時間相對較短的箱子為伴藥箱與嗎啡相匹配。

2)條件化期(第4～11天)：在此期間, 條件化箱門關閉, 小鼠每天在腹腔注射嗎啡(40 mg/kg體重)或等體積生理鹽水后, 立即進入所配對的箱子, 停留40 min。嗎啡組小鼠進入伴藥箱前腹腔注射嗎啡,進入無伴藥箱前腹腔注射鹽水; 鹽水組小鼠進入伴藥箱和無伴藥箱前都注射鹽水。每天條件化訓練一次。

3)條件化后期(第12天): 將CPP箱的小門打開,小鼠在箱內自由活動15 min(900 s)并錄像。

1.3.2.2 食物誘導的CPP實驗程序

實驗前統計小鼠每天的食物消耗量并得出其基礎值, 實驗前 5 d 及實驗期間限制小鼠攝食量(給予基礎值85%的食物)。條件化前期(第1～3天)和條件化后期(第10天)與嗎啡CPP程序相同。條件化期間(第4～9天), 條件化箱門關閉, 小鼠隔天進入伴食箱或無伴食箱接受40 min條件化訓練。食物組小鼠訓練時, 伴食箱提供 5 g 食物, 無伴食箱不提供食物; 對照組小鼠訓練時, 伴食箱和無伴食箱均不提供食物。食物組小鼠在伴食箱的訓練結束后, 對剩余食物稱重。每天條件化訓練一次。

每次小鼠實驗后, 取出箱子下面的底板, 用水清洗, 再使用酒精擦拭底板和箱子的四壁, 間隔 10 min 后再進行下一次實驗。

1.4 數據統計

CPP效應的考察指標采用CPP評分, CPP分數計算公式為伴藥(食)箱停留的時間/[伴藥(食)箱停留的時間+無伴藥(食)箱停留的時間]。數據用 CPP分數平均值±標準誤差(SEM)表示, 對訓練前后的CPP分數采用配對t檢驗進行分析(Hnasko et al, 2005; Airavaara et al, 2007), 應用軟件SPSS13.0對數據進行統計分析。P＜0.05為在統計上有顯著性差異。

2 結 果

2.1 青春期小鼠與成年小鼠在嗎啡CPP上的差異

小鼠適應期后進行連續8 d的嗎啡條件位置匹配訓練, 通過配對比較條件化訓練前期與訓練后期的CPP分數來考察小鼠能否建立嗎啡誘導CPP效應。結果表明: 青春期鹽水組小鼠 條件化前期與條件化后期分數沒有顯著差異(t=-1.654,P=0.133),青春期嗎啡組小鼠條件化前期與條件化后期分數也沒有顯著差異(t=-1.056,P=0.318), 說明青春期小鼠在本實驗使用的嗎啡劑量下不能產生嗎啡誘導的CPP效應(圖1a)。成年鹽水組小鼠條件化前期與條件化后期分數沒有顯著性差(t=-0.786,P=0.448), 嗎啡組小鼠條件化前期與條件化后期分數存在顯著性差異(t=-2.834,P=0.016), 說明成年小鼠在本實驗使用的嗎啡劑量下能產生嗎啡誘導的CPP效應(圖1b)。

2.2 青春期小鼠與成年小鼠在食物CPP上的差異

圖1 青春期和成年小鼠的嗎啡誘導CPP效應Fig. 1 Morphine-induced CPP effects in adolescent and adult mice

小鼠適應期后進行連續6 d的食物條件化位置匹配訓練, 通過配對比較條件化訓練前期與訓練后期的CPP分數來檢測小鼠能否建立食物CPP效應。結果表明: 青春期食物對照組小鼠條件化前期與條件化后期分數沒有顯著差異(t=-1.268,P=0.237),青春期食物組小鼠條件化前期與條件化后期分數具有顯著差異(t=-2.477,P=0.033), 說明青春期小鼠能產生食物CPP效應(圖2a)。成年食物對照組小鼠條件化前期與條件化后期分數沒有顯著性差異(t=-0.708,P=0.494), 成年食物組小鼠條件化前期與條件化后期分數存在顯著性差異(t=-3.057,P=0.011), 說明成年小鼠也能產生很好的食物 CPP效應(圖2, b)。

圖2 青春期和成年小鼠的食物誘導CPP效應Fig. 2 Food-induced CPP in adolescent and adult mice

3 討 論

青春期小鼠和成年小鼠經過連續6 d食物配對訓練后都能夠建立食物誘導 CPP, 說明青春期小鼠具有將環境背景和食物獎賞效應聯合起來記憶的能力, CPP范式能夠用于對檢測青春期小鼠; 經過連續8 d嗎啡配對訓練后, 青春期小鼠不能建立嗎啡誘導 CPP, 而成年小鼠能夠建立。從青春期小鼠與成年小鼠的嗎啡誘導CPP和食物誘導CPP結果的比較中可以看出, 青春期小鼠與成年小鼠在普通學習記憶上沒有差異, 而在成癮學習記憶上存在差異, 青春期小鼠成癮記憶要弱于成年小鼠; 且在個體發育過程中, 成癮學習記憶和普通學習記憶這兩個學習記憶系統的發育進程是不平行的。

青春期小鼠與成年小鼠相比成癮學習記憶能力較弱的特點, 可能是機體在發育過程中的一個保護措施。之前有實驗支持這一觀點, Doherly et al 2009)對成年大鼠與青春期大鼠的自我給藥、戒斷和線索誘導復吸過程進行對比研究發現, 青春期大鼠與成年大鼠在自我給藥劑量方面沒有差異, 但在戒斷后線索誘導的覓藥行為上不如成年大鼠明顯, 提示在個體發育的過程中, 青春期機體消除傷害刺激的保護機制比成年期機體更強。另外, 從進化的角度來看, 普通學習記憶能力是物種得以保存的基本能力, 所以在個體發育的早期就已具備, 而成癮學習記憶相對于生存來說是比較高級的能力,其發育進程滯后于普通學習記憶系統是可以理解的。

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Differences in morphine-induced and food-induced conditioned place preference between adolescent and adult mice

QI Ren-Li1,2, QU Jia-Gui1,2, CHEN Yan-Mei2, MA Yuan-Ye1,2,3,*, HU Xin-Tian1,2,3,*

(1. School of Life Science,University of Science and Technology of China,Hefei Anhui230026,PR China; 2. Kunming Institute of Zoology,the Chinese Academy of Sciences,Kunming Yunnan650223,China; 3. State Key Laboratory of Brain and Cognitive Science,Institute of Biophysics,the Chinese Academy of Science,Beijing100101,China;)

In the present study, the differences between addictive memory and ordinary memory were investigated by morphine-induced and food-induced conditioned place preference (CPP) in adolescent and adult mice. The result showed that: 1) morphine-induced CPP could be established in adult mice but not in adolescent mice. 2) food-induced CPP could be established both in adolescent and adult mice. This study indicated that between adolescent and adult mice, there was no difference in ordinary memory, but for addictive memory, they were quite different. Our data suggested that the development of addictive memory and ordinary memory system in mouse brain might not be paralleled.

Adolescent; Adult; Morphine; Food; CPP

Q42; Q959.837; R338.1

A

0254-5853-(2011)05-0528-05

10.3724/SP.J.1141.2011.05528

2011-04-27；接受日期：2011-07-22

成癮學習記憶與成癮學習記憶有何不同？（30870825）

?通訊作者(Corresponding authors)，E-mail: yuanma0716@vip.sina.com; xthu@mail.kiz.ac.cn