分太尼(Fentanyl)是一種μ-啊片受體激動劑,是*常用的鎮痛藥之一,可誘發包括產前和產期軀體感覺、行為、認知和運動功能受損等神經毒性,而這些神經毒性造成的表型與ASD極其相似。然而,目前沒有評估分太尼與ASD的關系的研究,也不確定分太尼對小鼠孤獨癥樣行為的影響。
產前因食用魚類而接觸甲基汞與包括Grin2b在內的基因的DNA甲基化變化有關,導致兒童期認知障礙。然而,尚不清楚在早期(大腦快速發育的時期)服用分太尼是否可以調節NMDA受體亞單位(例如GluN2B)的甲基化和表達,從而導致患者出現自閉癥譜系障礙或嚙齒動物出現自閉癥樣行為。
前扣帶回皮質(ACC)處理認知和情緒,其在ASD中受到影響。ACC高表達μ-啊片受體,因此其在疼痛感知和調節中發揮重要作用。研究表明,NMDA受體與μ-啊片受體之間存在功能聯系,而拮抗NMDA受體可抑制嗎F誘導的鎮痛耐受性。然而,尚不清楚分太尼誘導的ACC中μ-啊片受體的激活是否會導致表觀遺傳學改變(例如Grin2b的甲基化),從而導致自閉癥樣行為。
在此背景下,2022年6月11日同濟大學醫學院申遠課題組在British Journal of Anaesthesia發表了題為Fentanyl induces autism-like behaviors in mice by hypermethylation of the glutamate receptor gene Grin2b的研究論文,論述了分太尼如何影響谷氨酸受體而引起小鼠自閉癥樣行為。
首先,課題組以C57雄性小鼠進行了一系列行為學測試,結果顯示分太尼組小鼠在曠場中央停留時間較短,而移動距離較遠;抓撓時間較長;進入開放臂的停留時間降低;三項社交中沒有顯著的社交偏好,而μ-啊片受體拮抗劑——納洛酮可以緩解這些行為缺陷。在雌性小鼠中也觀察到同樣的現象。這些數據表明:分太尼可以誘導小鼠產生自閉癥樣行為。
鑒于NMDAR和ACC在ASD中的重要作用,課題組為了探究上述現象的分子機制,對ACC中NMDAR相關亞基做了進一步的研究。首先,課題組發現分太尼降低了雄性小鼠ACC中Grin2b mRNA的表達,而對Grin 1或Grin2a的表達沒有影響;FISH(熒光原位雜交)定性分析顯示分太尼降低了ACC中Grin2b的表達;而定量WB分析表明,分太尼降低了雄性小鼠ACC中GluN2B蛋白的含量。此外,聚類分析顯示分太尼誘導Grin2b啟動子區多個位點的高甲基化,而納洛酮可減輕分太尼引起的變化。這些數據表明,分太尼誘導幼鼠出現的自閉癥樣行為可能與ACC中Grin2b表達的下調有關。
由于NMDA受體與μ-啊片受體之間存在功能聯系,那么ACC中μ-啊片受體與Grin2b表達的下調引發的小鼠自閉樣行為是否也有功能關系呢?
課題組使用DAMGO(一種選擇性μ-啊片受體激動劑)在出生后第6、8和10天選擇性激活μ-啊片受體。結果顯示,DAMGO給藥后將產生與分太尼給藥后類似的行為學和分子學表型。即Grin2b表達的下調引發的小鼠自閉樣行為可能與μ-啊片受體的激活有關。
*后,課題組進而于分太尼處理后(P10)在ACC中注射慢病毒以過表達Grin2b,發現小鼠的自閉癥樣行為中的焦慮和社交障礙得到了顯著緩解(刻板行為除外)。此外,ACC中Grin2b的過度表達抑制了分太尼誘導的mTOR激活。然而,與ACC相鄰的次級運動皮質中Grin2b的過度表達并不能減輕分太尼誘導的雄性小鼠的孤獨癥樣行為,這進一步證明了ACC在ASD中的特殊作用。
總的來說,本文揭示了分太尼通過激活ACC中μ-啊片受體,導致該區域NMDA受體Grin2b基因超甲基化及蛋白表達降低,造成幼年小鼠遠期出現自閉癥樣行為。