父代甲基苯丙胺暴露通过驱动mPFC中CaMKII阳性神经元上的ADRB1使雄性后代对甲基苯丙胺敏感性增加

Paternal methamphetamine exposure induces higher sensitivity to methamphetamine in male offspring through driving ADRB1 on CaMKII-positive neurons in mPFC

作者信息Yanyan Zheng, Dekang Liu, Hao Guo, Wenwen Chen, Zhaoyu Liu, Zhaosu Li, Tao Hu, Yuanyuan Zhang, Xiang Li, Ziheng Zhao, Qinglong Cai, Feifei Ge, Yu Fan, Xiaowei Guan
PMID37857642
发布时间2023-10-19
DOI10.1038/s41398-023-02624-x

实验完整度

高

文献包含动物模型(F0暴露、F1后代)、行为学(CPP)、分子(Western blot、qPCR)、形态学(免疫荧光、树突棘)及病毒敲低等多层级验证。

主要模型

C57BL/6小鼠 甲基苯丙胺父系暴露的F1雄性后代

重点核对

F0雄性小鼠METH暴露方案(5 mg/kg,i.p.,每日一次,共30天) sd-METH剂量(0.25 mg/kg,i.p.)及CPP训练时间(PD71-72) mPFC内注射倍他洛尔(0.6 μg/μl,500 nl)的时间(CPP测试前15分钟或训练期间) ADRB1敲低病毒(AAV9/CON540)及注射体积(400 nl,双侧)

摘要

父代滥用药物(如甲基苯丙胺,METH)会增加后代成瘾的风险,但其潜在的分子机制仍知之甚少。成年雄性小鼠(F0)暴露于METH 30天,然后与未接触药物的雌性小鼠交配,产生第一代小鼠(F1)。F1成年后,进行条件性位置偏好(CPP)测试。在F1中使用亚阈值剂量的METH(sd-METH),该剂量通常不足以诱导CPP。将β1-肾上腺素能受体(ADRB1)的选择性拮抗剂(倍他洛尔)或其敲低病毒注入mPFC,以调节CaMKII阳性神经元上ADRB1的功能和表达。METH父系来源的雄性F1获得了sd-METH诱导的CPP,表明父代METH暴露使雄性F1对METH的敏感性增加。与SAL父系来源的雄性F1相比,在没有sd-METH的情况下,CaMKII阳性神经元活性正常,但在sd-METH处理后,METH父系来源的雄性F1在成年期被强烈激活。METH父系来源的雄性F1在没有sd-METH时ADRB1水平较高,在sd-METH处理后mPFC中仍保持较高水平。通过倍他洛尔抑制ADRB1功能,或通过病毒转染敲低CaMKII阳性神经元上的ADRB1(ADRB1CaMKII),均能有效抑制sd-METH诱导的mPFC激活,并最终阻断METH父系来源的雄性F1中sd-METH诱导的CPP。在此过程中,p-ERK1/2和ΔFosB可能是mPFC ADRB1CaMKII的潜在下游信号。mPFC ADRB1CaMKII介导了父代METH暴露引起的雄性后代药物成瘾敏感性增加,为预测或治疗跨代成瘾提供了一个有前景的药理学靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
父代甲基苯丙胺暴露如何影响子代对药物成瘾的易感性,其分子机制是什么?
核心机制
mPFC中CaMKII阳性神经元上的ADRB1表达升高,响应亚阈值METH刺激,激活神经元并增加树突棘密度,可能通过p-ERK1/2和ΔFosB信号通路介导雄性后代对METH的敏感性增加。
主要证据
METH-sired雄性F1在sd-METH下获得CPP,且mPFC中c-Fos阳性神经元比例和ADRB1水平升高;敲低ADRB1CaMKII或阻断ADRB1可抑制神经元激活和CPP形成。
研究意义
揭示mPFC ADRB1CaMKII是父代METH暴露导致子代成瘾易感性增加的关键分子,可能作为预测或治疗跨代成瘾的潜在药理靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

父代METH暴露及F1模型建立

建立父代药物暴露的子代小鼠模型,以研究跨代效应。

成年雄性C57BL/6小鼠(F0)每日腹腔注射METH(5 mg/kg)或生理盐水30天,随后与未经处理的雌性交配产生F1代。

2

亚阈值METH诱导CPP行为学测试

评估F1雄性后代对METH的行为敏感性。

成年F1雄性小鼠(PD70-73)进行CPP训练,使用0.25 mg/kg的sd-METH(不足以在正常小鼠中诱导CPP)。记录CPP得分和ΔCPP得分。

3

检测mPFC神经元激活和ADRB1表达

探索F1后代mPFC中神经元活性和ADRB1水平的基线及对sd-METH的反应。

在PD60(基线)和PD73(CPP测试后)收集mPFC组织,通过免疫荧光、Western blot和qPCR检测c-Fos、CaMKII、ADRB1等表达。

4

抑制ADRB1功能或表达对CPP的影响

验证ADRB1是否介导sd-METH诱导的CPP。

在mPFC内注射ADRB1拮抗剂倍他洛尔或敲低ADRB1的病毒,然后进行CPP测试。分为在CPP测试前单次注射(Experiment 1)和CPP训练期间给药(Experiment 2)两种情况。

5

检测ADRB1下游信号分子

探索ADRB1下游可能参与调控的信号通路。

在敲低ADRB1后,通过Western blot检测β-arrestin2、PKA、ERK1/2、p-ERK1/2、CREB、p-CREB、ΔFosB等蛋白水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

行为学测试
药理干预
病毒介导的基因敲低

产品清单

实验环节名称品牌货号
倍他洛尔SellekchemS2091
RIPA裂解液Beijing ComWin Biotech Co.--
c-Fos一抗Cell Signaling TechnologyRRID:AB_2247211
NeuN一抗MilliporeRRID:AB_2313673
CaMKII α一抗Santa Cruz BiotechnologyRRID:AB_626789
CaMKII α一抗Cell Signaling TechnologyRRID:AB_2721906
ADRB1一抗BiossRRID:AB_10885544
Alexa Fluor 555标记的驴抗兔二抗Thermo Fisher ScientificRRID:
Alexa Fluor 488标记的驴抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificRRID:
c-Fos抗体Cell Signaling TechnologyRRID:AB_224721
GAPDH抗体Bioworld TechnologyRRID:AB_2651132
ADRB1抗体BiossRRID:AB_10885544
β-arrestin2抗体BosterBA3767
ERK1/2抗体BosterBM4326
磷酸化ERK1/2抗体BosterBM4156
ΔFosB抗体Biossbsm-52071R
PKA抗体Biossbs-0520R
CREB抗体Cell Signaling TechnologyRRID:AB_2800317
磷酸化CREB抗体Cell Signaling TechnologyRRID:AB_2561044
eECL Western Blot试剂盒Beijing ComWin Biotech Co.CW0049S
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒Vazyme--
HiScript II Q RT SuperMix用于qPCR(+gDNA去除)Vazyme--
PVDF膜----
冰冻切片机Leica--
Leica DM6B正置数字研究显微镜Leica--
Leica TCS SP8共聚焦显微镜Leica--
成像系统(Tanon-5200)Tanon--
4200 TapeStationAgilent Technologies--
双套管RWD62063
立体定位仪RWD--
CaMKIIap-EGFP-MIR155 (MCS)-SV40PolyA(敲低组)GeneChemGIDV0286541
CaMKIIap-EGFP-SV40PolyA(对照组)GeneChemAAV9/CON540
GraphPad PrismGraphPad Software8.0.2

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
父代METH暴露
METH剂量(5 mg/kg),给药途径(腹腔注射),给药频率(每日一次),持续时间(30天),交配时间(最后一次注射后24小时)
阅读提示:见Methods部分Drug treatment and tissue collection
CPP行为学
sd-METH剂量(0.25 mg/kg),CPP训练天数(PD71-72),测试天数(PD73),每天给药次数(上午生理盐水,下午METH),每个条件箱停留时间(45分钟),预测试和测试时间(15分钟)
阅读提示:见Methods部分CPP及图注(Figure legends)
ADRB1抑制
倍他洛尔剂量(0.6 μg/μl),注射体积(500 nl),注射速率(100 nl/min),注射时间(CPP测试前15分钟或训练期间),给药坐标(AP +2.7 mm, ML ±0.4 mm, DV -1.5 mm)
阅读提示:见Methods部分Local administration of betaxolol in mPFC
ADRB1敲低
病毒类型(AAV9),注射体积(400 nl),注射速率(80 nl/min),注射坐标(AP +2.05 mm, ML ±0.3 mm, DV -1.9 mm),敲低效率验证(qPCR、Western blot、免疫荧光)
阅读提示:见Methods部分Specific knockdown of ADRB1 on mPFC CaMKII-positive neurons
分子检测
蛋白上样量(15或20 μg),SDS-PAGE浓度(10%或12%),一抗浓度(如c-Fos 1:1000,ADRB1 1:1000等),内参(GAPDH),qPCR引物序列(Adrb1:forward CTCATCGTGGTGGGTAACGTG,reverse ACACACAGCACATCTACCGAA;c-Fos:forward CGGGTTTCAACGCCGACTA,reverse TTGGCACTAGAGACGGACAGA;Gapdh:forward AGGTCGGTGTGAACGGATTTG,reverse TGTAGACCATGTAGTTGAGGTCA)
阅读提示:见Methods部分Western blot和RNA extraction and quantitative real-time PCR