四川大學(xué)華西醫(yī)院國家成都新藥安全性評價中心岑小波教授團隊于2017年7月在Neuropsychopharmacology（影響因子6.5）發(fā)表文章“Role of Nicotinamide N-Methyltransferase in Dorsal Striatum in Cocaine Place Preference”（長按下方二維碼即可閱讀全文）。

藥物成癮已成為全球性的醫(yī)學(xué)和社會問題，可卡因是當(dāng)今世界上最為濫用的成癮性藥物之一，如何防治可卡因成癮是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)亟待解決的問題。由于藥物成癮記憶非常深刻，在戒斷若干年后接觸相關(guān)線索的刺激，仍能誘導(dǎo)復(fù)吸。成癮性藥物通過組蛋白修飾、DNA甲基化及染色體重塑等表觀遺傳學(xué)機制影響基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，已經(jīng)成為成癮基因表達調(diào)控的重要分子基礎(chǔ)。

岑小波教授團隊長期從事藥物成癮的分子機制研究，在藥物成癮的代謝-表觀調(diào)控機制研究取得豐富成果，包括首次揭示組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT1）在可卡因成癮過程中起到“開關(guān)”的關(guān)鍵作用^[1]；染色體重塑因子Brg1調(diào)節(jié)成癮相關(guān)基因染色體重塑與啟動子組蛋白修飾，調(diào)控可卡因成癮過程。在生化代謝通路-表觀調(diào)控對話（cross-talk）領(lǐng)域，煙酰胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide N-methyltransferase，NNMT）是一種重要的一碳代謝酶，S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）是NNMT的輔因子。NNMT在癌癥、神經(jīng)退行性疾病、肥胖和糖尿病等疾病過程中發(fā)揮重要作用^[2-3]，但NNMT在藥物成癮中的作用及其分子機制尚不清楚。

前期研究表明，Rac1和RhoA都是RhoGTPases家族中重要的成員，通過操縱肌動蛋白和微管運動從而促進神經(jīng)可塑性^[4]。Rac1和RhoA在蛋白翻譯后由異戊烯半胱氨酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶（isoamyl cysteine carboxyl methyl transferase 1，LCMT1）催化，SAM作為輔因子進行甲基化修飾。只有經(jīng)過甲基化修飾的RhoA和Rac1才具有活性。因此，SAM水平可以影響RhoA和Rac1的活性，而NNMT能夠調(diào)控機體SAM水平。本研究旨在探索NNMT是否可能通過SAM-Rac1/RhoA途徑影響可卡因位置偏愛（cocaine place preference，CPP）效應(yīng)，Rac1和RhoA可能參與成癮的上游機制，揭示甲基代謝與Rac1和RhoA引起的神經(jīng)可塑性的關(guān)系。

岑小波教授團隊通過3年的系統(tǒng)研究，結(jié)合動物行為學(xué)、分子生物學(xué)、代謝組學(xué)等多種技術(shù)手段，系統(tǒng)地研究了NNMT及其底物（SAM和NA）和產(chǎn)物［S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosyl homocysteine，SAH）和1-甲基煙酰胺（1-methylnicotinamide，MeN）］在可卡因成癮中的作用。構(gòu)建了沉默NNMT表達的慢病毒載體，定點注射于背側(cè)紋狀體腦區(qū)以沉默NNMT表達，可以顯著降低可卡因誘導(dǎo)的CPP效應(yīng)。隨著NNMT表達降低，SAM/SAH水平升高；沉默NNMT表達，可升高Rac1和RhoA活性。

該團隊進一步采用免疫共沉淀（co-immunoprecipitation，Co-IP）方法檢測Rac1和RhoA與rho鳥嘌呤核苷酸解離抑制蛋白α（rho guanine nucleotide dissociation inhibitor alpha，RhoGDIα）結(jié)合。結(jié)果顯示，NNMT沉默后Rac1和RhoA與RhoGDIα結(jié)合降低。這些結(jié)果提示：NNMT通過調(diào)節(jié)SAM的水平影響Rac1/RhoA的活性及其與RhoGDIα的結(jié)合從而參與可卡因CPP效應(yīng)。繼續(xù)采用NNMT代謝物MeN驗證上述實驗結(jié)果，一定劑量MeN能夠抑制NNMT活性從而提高SAM水平。實驗結(jié)果顯示，50 mmol/L MeN可抑制NNMT活性，明顯抑制可卡因CPP效應(yīng)，且顯著升高Rac1和RhoA活性。

①背側(cè)紋狀體腦定位圖譜。②條件性位置偏好實驗設(shè)計示意圖。③50mmol/L MeN顯著抑制可卡因誘導(dǎo)的條件性位置偏好。2mmol/L MeN和10mmol/L MeN無統(tǒng)計學(xué)差異，50mmol/L MeN劑量組顯著抑制了可卡因的條件性位置偏好。#P<0.05。SAL，腹腔生理鹽水；COC，腹腔可卡因；NC，腦內(nèi)生理鹽水。④NNMT參與可卡因CPP效應(yīng)的機制示意圖，NNMT通過SAM-Rac1/RhoA途徑參與可卡因CPP效應(yīng)的調(diào)控。

本研究在國際首次報道參與成癮過程的細(xì)胞一碳代謝途徑。發(fā)現(xiàn)NNMT催化SAM甲基轉(zhuǎn)移到煙酰胺上形成MeN，通過降低紋狀體內(nèi)SAM水平抑制Rac1和RhoA活性，促進非活性Rac1/RhoA與RhoGDIα結(jié)合，進而調(diào)節(jié)可卡因神經(jīng)可塑性與成癮效應(yīng)。

王莉教授：作為進入基底神經(jīng)節(jié)的主要通路，背側(cè)紋狀體具有豐富的神經(jīng)突觸連接，參與多種與藥物成癮有關(guān)的學(xué)習(xí)和記憶過程。NNMT是一種重要的一碳代謝酶，有研究表明過表達NNMT可以增加神經(jīng)突起的延伸，突觸小泡蛋白的表達，多巴胺的積累和釋放，可能與成癮后神經(jīng)可塑性存在潛在關(guān)聯(lián)。然而NNMT在藥物成癮中的作用及機制，目前尚不清楚。SAM作為NNMT的輔因子，可以通過對DNA和組蛋白的甲基化修飾影響成癮，除了DNA和組蛋白的甲基化，SAM在體內(nèi)還參與了許多其他代謝途徑，例如Rac1和RhoA作為RhoGTPase家族中的重要成員，存在依賴于SAM的翻譯后甲基化修飾。大量研究發(fā)現(xiàn)在藥物成癮過程中Rac1和RhoA活性發(fā)生變化，然而這種活性的變化與其甲基化修飾是否有關(guān)并不清楚。

岑小波教授團隊通過系統(tǒng)的分子生物學(xué)、行為學(xué)、代謝組學(xué)等研究，發(fā)現(xiàn)隨著SAM在背側(cè)紋狀體中的升高，Rac1和RhoA活性也增高。且在SAM水平抑制后，Rac1和RhoA活性相應(yīng)降低。這提示Rac1和RhoA參與可卡因成癮可能與其翻譯后依賴于SAM的甲基化修飾有關(guān)。NNMT在可卡因成癮小鼠背側(cè)紋狀體中高表達，消耗SAM，而抑制Rac1與RhoA翻譯后修飾，導(dǎo)致活性降低，進而促進與RhoGDIα的結(jié)合，引起神經(jīng)可塑性導(dǎo)致成癮。在NNMT使用慢病毒載體低表達后，該過程被阻止逆轉(zhuǎn)了成癮。這一結(jié)論闡述了Rac1和RhoA參與成癮的上游機制，揭示了甲基代謝與Rac1和RhoA引起的神經(jīng)可塑性的關(guān)系。

該研究有豐富的學(xué)術(shù)價值，岑小波教授團隊在Neuropsychopharmacology發(fā)表的文章首次證明了可卡因成癮后甲基代謝與神經(jīng)可塑性的關(guān)系，同時也是首次揭示了NNMT在成癮中的功能及其機制，為NNMT作為可卡因成癮的藥物治療靶點提供支持。

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研究中遇到的難點：

NNMT干擾慢病毒的構(gòu)建及腦內(nèi)立體定位注射與可卡因成癮行為學(xué)的關(guān)系，是本研究的重點和難點，腦立體定位注射需要精細(xì)的操作，而動物行為學(xué)對實驗環(huán)境要求較高，需要排除環(huán)境的干擾。實驗室通過長期的探索，建立了穩(wěn)定的行為學(xué)評估實驗體系，對腦立體定位注射、腦內(nèi)埋管、靜脈插管等有豐富經(jīng)驗。

四川大學(xué)華西醫(yī)院生物治療國家重點實驗室國家成都新藥安全性評價中心神經(jīng)科學(xué)研究團隊

四川大學(xué)華西醫(yī)院生物治療國家重點實驗室國家成都新藥安全性評價中心神經(jīng)科學(xué)研究團隊，主要針對藥物成癮、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)發(fā)育疾病和神經(jīng)毒性機制進行系統(tǒng)研究。團隊成員包括國家萬人計劃領(lǐng)軍人才、四川省千人計劃特聘專家、海外博士等，研究背景包括干細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、神經(jīng)藥理學(xué)、生物信息學(xué)等。團隊擁有良好的實驗條件和經(jīng)費支持。團隊擁有激光共聚焦顯微鏡與活細(xì)胞工作站平臺、類器官與器官芯片培養(yǎng)平臺、全腦神經(jīng)連接的顯微光學(xué)切片斷層成像、高內(nèi)涵細(xì)胞成像平臺、細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)、動物行為學(xué)評價實驗室。課題組承擔(dān)了國家科技重大專項、國家自然科學(xué)基金、四川省科技廳重點研發(fā)項目等10余項重大課題，發(fā)表論文60余篇。

本文編輯：張世雯

本文排版：陳紅梅　張洪雪