《Pharmacological Research》：IUPHAR REVIEW: The Neurobiological Outcomes of Prenatal Opioid Exposure: Evidence from Preclinical Models
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产前阿片类药物暴露是一个重大的公共卫生问题，近几十年来孕期阿片类药物的使用急剧增加。该暴露与暴露儿童一系列不良发育结局相关。然而，临床数据的解读受到其他药物普遍合用和社会经济因素的干扰。临床前动物模型通过实现对阿片类药物类型、给药方案和发育时间的精确控制，为克
产前阿片类药物暴露是一个重大的公共卫生问题，近几十年来孕期阿片类药物的使用急剧增加。该暴露与暴露儿童一系列不良发育结局相关。然而，临床数据的解读受到其他药物普遍合用和社会经济因素的干扰。临床前动物模型通过实现对阿片类药物类型、给药方案和发育时间的精确控制，为克服这些混杂因素提供了一条途径。本综述中，我们强调了来自动物模型的最新发现，以阐明产前阿片类药物暴露如何破坏神经生物学发育。我们首先讨论了设计各种产前阿片类药物暴露模型时的重要考虑因素。然后，我们集中综述了来自临床前动物模型的证据，这些证据描述了产前阿片类药物暴露如何从细胞和突触结构到神经回路和行为等多个层面改变神经生物学发育。产前阿片类药物暴露破坏了神经前体细胞增殖、突触发生以及神经递质系统发育和信号传导，并伴有脑区特异性改变。在行为上，产前阿片类药物暴露在后代中产生一系列持久的学习、记忆、执行功能、感觉处理、运动结局和情感调节缺陷。临床前证据也指向对药物奖赏和物质寻求行为的脆弱性增加，这很可能由中脑边缘皮层回路的持久性适应所介导。重要的是，神经生物学和行为结局均出现了性别差异，强调了在实验设计中包含两种性别的必要性。通过这些临床前视角，我们旨在总结与产前阿片类药物暴露相关的神经生物学和行为表型，并概述能够增强转化相关性和治疗创新性的未来研究方向。
1. 引言
产前阿片类药物暴露（Prenatal Opioid Exposure, POE）的发生频率在近几十年来急剧上升。临床研究表明，POE与多种不良结局相关，包括新生儿阿片戒断综合征/新生儿戒断综合征（NOWS/NAS）以及长期的神经发育缺陷。流行病学综述显示，宫内阿片暴露的儿童在认知、语言和运动测试中的得分往往低于未暴露的匹配同龄人。POE还与不良出生结局相关。神经影像学研究也证实了大脑的结构性影响。临床研究还发现，POE学龄儿童中注意缺陷/多动障碍、学习问题和行为问题的发生率更高。这些复杂的人类数据受到多物质滥用和社会经济因素的干扰，使得难以分离出阿片类药物的特异性效应。
动物模型（主要是啮齿类动物）因此成为评估POE效应的宝贵工具。这些啮齿类模型提供了临床观察与细胞/回路水平生物学之间的实用机制桥梁。它们的优势在于繁殖周期短、暴露条件可控，能够分离阿片类药物类型、剂量、时间和环境控制，而这些在人类队列中难以或无法实现。考虑到物种差异也很重要，啮齿动物许多在产后早期发生的进程（如突触发育里程碑和回路精细化）在人类中是产前发生的。尽管存在这些差异，设计良好的啮齿动物范式能够持续地重现关键的临床发现，如新生儿阿片戒断体征、感觉运动里程碑延迟、发育异常和早期生长缺陷，使得动物模型对于因果和机制研究非常宝贵。
本综述重点关注啮齿类动物（并在相关时参考其他物种）关于POE如何改变大脑发育、突触可塑性和行为的临床前发现，包括性别特异性效应。动物研究允许剖析妊娠期间可能被阿片类药物“重编程”的突触和细胞通路，最终影响神经回路功能并产生行为改变。
1.1. 产前阿片类药物暴露的动物模型
物种和发育时间：POE的临床前研究严重依赖于啮齿类动物模型，包括大鼠和小鼠。啮齿动物的妊娠期仅有21-22天，在神经发育进程上对应于人类的妊娠中期。重要的是，啮齿动物出生时为晚熟型，许多在人类产前发生的进程（如突触发生、胶质细胞发生、皮质回路精细化以及γ-氨基丁酸能兴奋性向抑制性转换）在啮齿动物中发生在产后早期。因此，选择实验窗口时必须考虑发育对等性。
暴露范式：临床前研究使用了多种阿片类药物，反映了人类临床和非法使用情况。每种阿片类药物具有独特的药代动力学和药效学特性。阿片类药物通过多种途径给予怀孕母鼠，包括皮下注射、渗透压微泵、饮用水，甚至母体静脉自我给药，每种途径都有其独特的药代动力学和母体护理方面的考量。一个重要的考虑是，重复的注射和给药方法（如渗透压微泵手术）本身是一种慢性应激源，即使在无药物暴露的情况下，也可能独立地影响情感和神经生物学结局。当母鼠在分娩后继续接受阿片类药物时，幼崽会通过哺乳继续接触阿片类药物，但这种转移是可变且通常导致幼崽体内阿片类药物水平急剧下降。因此，暴露时间是影响所研究的生物现象和模型转化目标的重要变量。
给予怀孕母鼠的阿片类药物对母体护理行为产生不同的影响。由于母体护理的变化会混淆发育结局的解释，许多研究者选择交叉抚养策略，以区分阿片类药物暴露的直接药理效应与母体药物伴随的母体行为改变。然而，交叉抚养本身引入了早期生活应激，可能独立地改变后代的生理和行为轨迹。
可转化性和模型选择：啮齿类动物POE模型成功复制了与人类POE患者经历的多种临床表型。许多模型报告POE幼崽出生体重降低、体/脑生长减弱，反映了POE婴儿中观察到的低出生体重和较小头围。此外，幼崽表现出新生儿期行为，包括震颤、多动以及自发性或诱发的戒断样体征。一些模型还报告了长期存在的痛觉敏感性、反应性、运动障碍和情感样行为的改变。除了行为和生理的相似性，啮齿类模型使科学家能够研究发育中的大脑，并直接评估POE如何影响特定的神经发育机制。
2. POE的神经发育效应
2.1. 大脑生长和结构
POE持续损害大脑生长、连接性和形态，暴露后代通常具有较小的大脑。在细胞水平上，POE改变了皮质结构。POE降低了皮质厚度并损害了皮质发生。然而，产前美沙酮暴露小鼠模型的高场磁共振成像显示，出生后28-30天时，皮质和皮质下灰质区域的感兴趣区体积与对照组无差异。除了总体积变化，动物数据表明，产前和围产期阿片暴露直接破坏少突胶质细胞谱系和髓鞘形成，为阿片暴露婴儿的磁共振成像研究中观察到的白质异常提供了细胞学解释。在直接比较围产期美沙酮和丁丙诺啡的模型中，幼年后代的海马区内髓鞘阳性细胞和星形胶质细胞数量减少。皮层分层的免疫组化分析提供了更细微的见解。
2.2. 细胞发育
阿片类药物可能干扰中枢神经系统的发育，因为它们可以直接影响神经前体细胞和突触发生过程。在实验动物模型中，POE减少了神经前体细胞的增殖，并降低了发育中大脑的神经分化标记物。一些神经前体细胞群表达阿片受体，这为外源性阿片影响发育中的神经细胞提供了可能的细胞通路。与之一致的是，发育期阿片暴露与突触蛋白组成的长期改变相关。神经元形态的结构性改变也被观察到。然而，在将细胞发育与结局相关联时，需要提及人类队列研究的证据是混杂的。
2.3. 中间神经元迁移和抑制性回路组装的破坏
产前和围产期阿片暴露可导致神经回路组装的持久破坏，包括对皮质和感觉网络的长期后果。证据表明，发育期丁丙诺啡暴露可改变抑制性中间神经元的正常成熟和迁移。在互补的啮齿类动物模型中，这些中间神经元分布的改变持续到成年期，表明早期暴露可以重构成熟皮层的抑制性细胞位置。在初级躯体感觉皮层，产前美沙酮暴露降低了功能性γ-氨基丁酸能突触密度，并伴随突触后γ-氨基丁酸能传递降低，但仅限于雄性。同一产前美沙酮模型在初级运动皮层产生了类似的γ-氨基丁酸能突触密度降低。
2.4. POE后兴奋性皮层连接受损
围产期芬太尼暴露与兴奋性皮层连接的持久损伤相关。在一个小鼠模型中，成年后代的初级听觉皮层中，对声音有反应的神经元数量减少，且那些有反应的神经元表现出较弱的反应振幅。随后，离体电生理记录显示，来自更深皮层的兴奋性上行输入减少，而抑制性输入似乎未变，导致兴奋/抑制平衡向相对更强的抑制偏移。一个产前美沙酮暴露的小鼠模型显示，这种暴露导致初级运动皮层中皮质-皮质谷氨酸突触密度增加，但在初级躯体感觉皮层中没有。
3. 脑回路：结构和突触后果
3.1. 感觉和联合皮层回路
功能变化有结构性后果作为基础。对产前芬太尼诱导的细胞结构变化的研究也在突触功能水平探讨了变化。电生理记录揭示了兴奋性突触传递的长期降低，其特征是微小兴奋性突触后电流频率降低、谷氨酸释放概率降低以及N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体介导的电流减少；同时，γ-氨基丁酸介导的微小抑制性突触后电流频率增加。这些观察指向兴奋性回路的持久减弱、抑制相对于兴奋的可能过度以及突触可塑性和成熟能力的受损。
3.2. 运动皮层回路
与这种区域异质性一致，初级运动皮层回路似乎也对POE选择性脆弱。一项研究显示，产前美沙酮暴露改变了初级运动皮层的微回路组织，其中POE降低了雌性幼崽的神经元密度，并导致美沙酮暴露后代运动神经元内在兴奋性降低和局部回路连接性增加。这些结果部分似乎由增强的超极化激活的环核苷酸门控通道介导的电流介导。回路映射的结果揭示了局部兴奋性驱动的增强。
3.3. 纹状体和多巴胺能回路
POE已被证明改变多巴胺回路的发育和长期功能。啮齿类研究表明，妊娠期丁丙诺啡或羟考酮暴露导致成年后代腹侧被盖区多巴胺能神经元活性增加，同时这些神经元的传入输入调节受到破坏。这些发现表明，从中脑腹侧被盖区投射到下游区域的通路可能被POE重组。新兴数据表明，POE可引起纹状体回路连接性的持久变化，特别影响背侧纹状体（背外侧和背内侧纹状体）和腹侧纹状体/伏隔核系统的连接，从而可能改变暴露后代的奖赏和习惯相关处理平衡。在一项使用产前美沙酮暴露小鼠模型的研究中，研究人员使用蛋白质组学/磷酸化蛋白质组学和电生理学检查了青少年后代的突触功能。他们发现，POE诱导了参与谷氨酸传递的蛋白质丰度的区域和性别依赖性变化，其中POE在雄性背外侧纹状体中的效应最大。功能上，背外侧纹状体中向中型多棘神经元的谷氨酸释放在雄性和雌性中均减少。重要的是，逆行内源性大麻素介导的长时程突触抑制在美沙酮暴露雄性的背外侧纹状体中丧失，但在美沙酮暴露雌性的背内侧纹状体中增强。
3.4. 海马回路
POE引起的持久结构和突触破坏导致了海马依赖性学习和记忆过程的功能损伤。在产前吗啡暴露的啮齿类模型中，海马细胞结构可测量地发生改变，包括早期产后发育期间CA1-CA3区锥体神经元数量减少和锥体层变薄。这些形态学发现与电生理证据一致，表明产前吗啡暴露限制了CA1区谷氨酸能可塑性的动态范围。除了CA1，阿片相关的可塑性损伤延伸到与齿状回相关的通路。产前吗啡暴露已被证明削弱了穿通通路-齿状回回路中盐皮质激素受体依赖的基础突触传递和可塑性，表明早期阿片暴露可以改变海马输入门控的激素和神经调节控制。补充这些突触观察，产前吗啡暴露的幼年大鼠在海马长时程增强和空间学习方面表现出缺陷。在直接比较围产期美沙酮与丁丙诺啡暴露的大鼠模型中，幼年后代表现出海马依赖性识别记忆损伤。在分子水平上，产前美沙酮或丁丙诺啡暴露的新生大鼠显示出广泛的转录改变，富含突触信号传导和免疫/细胞凋亡相关过程。与这种“微结构到突触”轨迹一致，在产前美沙酮暴露的转化小鼠模型中的弥散磁共振成像确定了持续到成年早期的海马微结构改变。最后，海马神经发生似乎是产前阿片暴露的敏感靶点。
4. 神经递质系统
4.1. 兴奋性（谷氨酸能）系统
谷氨酸是大脑主要的兴奋性神经递质，POE已被证明损害谷氨酸能传递。例如，一个产前吗啡暴露的大鼠模型发现，整个中脑边缘皮层系统中离子型谷氨酸受体基因和突触后密度蛋白-95的持久下调。补充的蛋白质组学工作在小鼠中显示，产前美沙酮暴露选择性改变初级运动皮层蛋白质组。蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析还识别了突触前结构蛋白质的差异磷酸化。围产期芬太尼暴露产生一种不同的模式。这些分子发现表明，产前阿片暴露诱导谷氨酸受体表达的脑区特异性改变和突触支架蛋白的改变，通常伴随突触密度的代偿性变化。
4.2. 抑制性（γ-氨基丁酸/甘氨酸能）系统
γ-氨基丁酸是大脑主要的抑制性神经递质，而甘氨酸在脊髓和脑干中起类似作用。大量临床前研究表明，POE通过改变受体组成和中间神经元发育来破坏γ-氨基丁酸能回路的发展。一项大鼠模型中，产前吗啡暴露导致海马和颞叶皮质组织中γ-氨基丁酸Aα1受体亚基显著上调和β2和γ2亚基下调。另一项研究显示，宫内吗啡暴露的成年雌性大鼠在前黑质中γ-氨基丁酸Aα1亚基mRNA减少和α1标记细胞减少。除了受体，POE改变γ-氨基丁酸合成和中间神经元成熟的机制。在产前美沙酮暴露的青少年大鼠前额叶皮层和海马的蛋白质印迹显示，γ-氨基丁酸合成酶GAD67和中间神经元标记物小清蛋白水平降低。与这些细胞和分子变化并行，临床前研究表明，POE损害齿状回突触可塑性。关于甘氨酸能系统直接破坏的证据很少。
4.3. 单胺系统（多巴胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺）
POE失调经典的单胺通路。阿片暴露母鼠的后代有时在以后的生活中对滥用药物表现出增强的行为敏感性，指向多巴胺奖赏回路可能受到影响。当成年POE雄性后代受到低剂量吗啡挑战时，它们在伏隔核中表现出多巴胺和5-羟色胺周转率显著增加。POE被发现以区域和性别特异性的方式破坏多巴胺、去甲肾上腺素和5-羟色胺。早期工作表明，宫内美沙酮暴露降低皮层5-羟色胺能和肾上腺素能信号传导。除了神经递质水平，POE可以通过小胶质细胞塑形影响多巴胺受体表达。这些小胶质细胞机制说明POE如何通过受损的突触修剪重编程多巴胺回路。
4.4. 神经营养因子和激素调节剂
当前研究强调，POE破坏了一系列引导神经元存活、分化和突触可塑性的神经营养和激素调节剂网络。神经营养因子，如脑源性神经营养因子，支持神经元存活、分化和突触可塑性。在啮齿类模型中，产前给予长效阿片类药物并未改变未训练动物的总海马脑源性神经营养因子或酪氨酸激酶B受体水平，然而空间记忆任务训练揭示了一个显著的缺陷。使用吗啡暴露的额外实验表明，幼年大鼠海马脑源性神经营养因子水平长期降低，青少年环境丰富化逆转了行为缺陷和脑源性神经营养因子减少。机制研究已经开始识别上游通路。一项研究证明，妊娠期吗啡降低了皮层神经调节蛋白-1及其受体表皮生长因子受体4的表达，同时降低脑源性神经营养因子，同时升高白细胞介素-6和白细胞介素-10，增加丙二醛，并降低总抗氧化能力。这表明POE触发氧化应激和炎症级联反应，这些反应汇聚于神经营养信号传导。
阿片类药物维持治疗也有营养性后果。在一个丁丙诺啡模型中，产前暴露导致广泛的神经发生减少，伴随神经元组成降低、脑源性神经营养因子表达减少、酪氨酸激酶B磷酸化降低以及断奶后代中蛋白激酶A和环磷腺苷效应元件结合蛋白活性减弱。培养的神经前体细胞显示，丁丙诺啡直接减弱增殖、分化和脑源性神经营养因子信号传导。一项使用超治疗剂量丁丙诺啡的研究证实，治疗母鼠所生幼崽的血浆脑源性神经营养因子和5-羟色胺水平显著低于对照组，同时伴有酪氨酸激酶B、细胞外信号调节激酶和环磷腺苷效应元件结合蛋白的磷酸化抑制，以及环磷腺苷效应元件结合蛋白DNA结合活性降低。这些分子缺陷与抑郁样行为相关，并伴随氧化应激增加。
其他生长因子似乎同样脆弱。一项检查亲代吗啡暴露的研究发现，成年后代海马胰岛素样生长因子-2 mRNA和蛋白质显著减少。在齿状回过表达胰岛素样生长因子-2或提供青少年环境丰富化恢复了胰岛素样生长因子-2水平并防止了焦虑样行为，证明POE诱导的胰岛素样生长因子-2缺失有助于突触和行为异常。激素应激反应也受到干扰。在成年雄性大鼠中，产前吗啡暴露削弱了束缚诱导的促肾上腺皮质激素升高。另一项研究发现，应激诱导的肾上腺酪氨酸羟化酶和苯乙醇胺N-甲基转移酶mRNA以及肾上腺肾上腺素升高在吗啡暴露大鼠中缺失，并且基础及应激诱发的下丘脑和海马5-羟色胺周转率升高。总的来说，这些数据表明，产前阿片类药物下调神经营养因子，减弱通过酪氨酸激酶B/蛋白激酶A/细胞外信号调节激酶/环磷腺苷效应元件结合蛋白通路进行的细胞内信号传导，并破坏内分泌应激反应。
5. 行为和功能结局
5.1. 感觉运动行为
POE啮齿动物在早期感觉运动里程碑上表现出明显的延迟。它们通常需要更长时间来发展反射，如翻正反射、负趋地性和前肢抓握。例如，在产前羟考酮和美沙酮模型中，暴露幼崽实现翻正反射和抓握反射的速度显著慢于对照组。这些延迟通常伴随后代体重减轻和运动皮层发育改变。除了反射损伤，暴露啮齿动物经常表现出异常的运动行为。
