《Cellular and Molecular Neurobiology》：Extinction of Nicotine and Cocaine Seeking in Rats Reveals Novel, Unique and Time-Dependent Molecular Adaptations in the Medial Prefrontal Cortex
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本研究针对尼古丁依赖高复吸率而分子机制不明的难题，通过整合转录组与表观基因组分析，首次揭示了大鼠内侧前额叶皮层在尼古丁觅药消退早期（第6天）出现独特的MAPK磷酸酶信号通路激活及染色质开放性动态变化。研究发现Dusp4基因持续上调及富含FOS/JUND motif的基因间区染色质重塑，为阐明尼古丁戒断期间前额叶皮层可塑性机制提供了新靶点，对研发复吸干预策略具有重要启示。
在全球范围内，吸烟是导致可预防疾病的主要因素，每年造成约800万人死亡。尽管尼古丁的急性强化效应相对可卡因等药物较弱，但尼古丁依赖者却表现出异常高的复吸率。这种矛盾现象背后的神经生物学机制，特别是戒断早期大脑关键区域发生的分子适应，至今仍未明确。内侧前额叶皮层（medial Prefrontal Cortex, mPFC）作为协调抑制控制与药物寻求行为的关键脑区，其转录组和表观遗传学变化被认为是理解药物渴求 incubation of craving（渴求感随时间增强的现象）的核心环节。
为揭示这一机制，研究人员在《Cellular and Molecular Neurobiology》发表最新研究，通过系统分析大鼠在尼古丁或可卡因自我给药后消退训练第1天和第6天时mPFC的转录组（RNA-seq）和染色质可及性（ATAC-seq）变化。研究发现尼古丁组在消退第1天几乎无差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），而到第6天则出现47个DEGs，包括首次在尼古丁戒断中报道的Dusp4（双特异性磷酸酶4）持续上调。相反，可卡因组DEGs从第1天的54个减少至第6天的17个。染色质可及性分析显示，两种药物均在消退第6天出现显著变化（尼古丁893个差异可及区域，可卡因108个），且这些区域主要位于基因间区（intergenic regions），富含FOS和JUND转录因子结合 motif。值得注意的是，基因表达变化与启动子区染色质可及性未发现直接关联，提示增强子（enhancer）介导的远程调控可能发挥重要作用。这些发现揭示了尼古丁特有的、时间依赖性的分子适应模式，为靶向MAPK磷酸酶信号通路和增强子活性预防复吸提供了新思路。
关键技术方法包括：大鼠静脉自我给药行为模型、mPFC脑区显微解剖、核糖体去除RNA测序（RNA-seq）和转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）。数据分析采用Hisat2序列比对、edgeR差异表达分析、clusterProfiler功能富集分析以及RRHO2（Rank-Rank Hypergeometric Overlap）比较分析。
Nicotine and cocaine support robust intravenous self-administration, and this is at a higher rate for cocaine
行为数据显示，尼古丁和可卡因组大鼠在训练最后五天均表现出稳定的主动鼻触反应，显著高于生理盐水对照组。消退训练第1天和第6天，可卡因组大鼠的主动鼻触次数均高于尼古丁组和生理盐水组，而尼古丁组与生理盐水组无差异，所有大鼠（除一只可卡因大鼠外）在消退第6天时反应次数较自我给药末期减少60%以上。
Nicotine and cocaine lead to a dynamic and drug-specific pattern of differentially expressed genes
转录组分析显示，尼古丁组在消退第1天无DEGs，而第6天出现47个DEGs（其中4个达到FDR<0.05）；可卡因组DEGs从第1天的54个（19个FDR<0.05）降至第6天的17个（5个FDR<0.05）。两组在第6天共享7个DEGs，但尼古丁特有40个。功能富集分析显示，尼古丁组DEGs显著关联蛋白折叠和蛋白激酶抑制剂活性，而可卡因组富集于蛋白酪氨酸/苏氨酸磷酸酶活性。Dusp4、Arc、Dnajb5和Egr2表达量与尼古丁摄入量显著相关。
Changes in chromatin accessibility are greatest after 6 days of extinction for both nicotine and cocaine
染色质可及性在消退第1天变化微弱（尼古丁组1个差异可及区域，可卡因组无），而第6天显著增加（尼古丁893个，可卡因108个）。这些区域主要位于基因间区（75%）和内含子区（20%），仅1-4%靠近基因启动子，且与DEGs无直接重叠。Dusp4基因座在各组中均呈现高可及性，表明其表达上调并非由局部启动子可及性变化驱动。
Nicotine and cocaine produce a similar pattern of transcription factor motif enrichment
Motif富集分析发现，尼古丁和可卡因组在消退第6天分别有30和27个富集的转录因子结合 motif，其中27个共享，包括药物相关的FOS和JUND。RRHO分析显示两组染色质可及性变化模式高度相似。
Changes in gene expression were not associated with changes in chromatin accessibility
整合分析表明，DEGs与差异可及染色质区域（特别是启动子区）无重叠，RRHO进一步证实基因表达与染色质可及性变化间关联性较弱。
研究结论强调，mPFC在尼古丁戒断早期呈现独特的动态分子适应：Dusp4/MAPK信号通路激活和基因间区染色质重塑可能通过增强子介导的转录调控，参与戒断相关可塑性。这种与时间相关的分子变化模式为解释尼古丁渴求感 incubation of craving 的神经基础提供了新证据，同时揭示了其与可卡因分子机制的差异。研究局限性包括使用雄性大鼠mPFC混合样本，未区分细胞类型或亚区特异性变化，且缺乏雌性数据。未来研究需结合细胞特异性操纵和功能验证，明确DUSP-MAPK通路在消退记忆巩固与复吸易感性中的因果作用。该研究首次绘制了尼古丁消退期的多组学图谱，为开发针对前额叶皮层可塑性的复吸干预策略奠定了分子基础。
