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.2020年1月16日;11(1):306.
doi:10.1038/s41467-019-14173-3。

青少年尼古丁暴露后小胶质细胞激活增加可卡因自我给药

附属公司

青少年尼古丁暴露后小胶质细胞激活增加可卡因自我给药

K E链接器等。 国家公社. .

勘误表in

摘要

随着电子烟使用的增加,青少年接触尼古丁的情况越来越普遍。临床和临床前研究的结果表明,青少年的大脑对尼古丁特别敏感。动物研究表明,青少年接触尼古丁会增加可卡因和其他毒品的摄入。然而,人们对这些行为背后的机制知之甚少。在这里,我们报告了反应性小胶质细胞是尼古丁诱导青少年自给可卡因增加的关键调节器。尼古丁对小胶质细胞形态和免疫转录谱具有双重的年龄依赖性影响。涉及D2受体和CX3CL1的多步骤信号机制介导烟碱诱导的可卡因自我给药和小胶质细胞激活增加。此外,尼古丁以依赖小胶质细胞、D2和CX3CL1的方式消耗突触前标记物。综上所述,我们证明了青少年小胶质细胞对尼古丁的干扰具有独特的敏感性,这是尼古丁诱导的寻求可卡因增加所必需的,D2受体和CX3CL1在这些现象中起着机械作用。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
图1。尼古丁增加青春期大鼠的可卡因反应和小胶质细胞,但不增加成年大鼠。
尼古丁预处理范式示意图。在成人或青少年可卡因反应中均未观察到明显的性别差异,因为此类行为数据在性别间崩塌。b条成人尼古丁预处理未改变可卡因反应(F类(1,31) = 0.4876,第页 = 0.4902;η2 = 0.93%;n个 = 16生理盐水;17尼古丁)。c(c)青少年尼古丁暴露增加可卡因反应(F类(1,32) = 20.75,第页 < 0.0001;η2 = 26.33%). 反应的显著影响(F类(1,32) = 24.29,第页 < 0.0001;η2 = 11.09%)以及反应与尼古丁之间的相互作用(F类(1,32) = 18.48,第页 = 0.0002;η2 = 8.44%)。区分强化洞和非强化洞的青春期大鼠(###第页 = 0.0004). (n个 = 18生理盐水,21尼古丁)。,e(电子)NAc中成人(P90)和青少年(P32)IBA1表达的代表性图像()和BLA(e(电子)). 没有性生活在成人或青少年的小胶质细胞表达或计数中观察到差异。(f)尼古丁暴露增加青少年NAc小胶质细胞数量(F类(1,66) = 7.828,第页 = 0.0067;η2 = 7.48%). 年龄的整体影响(F类(1,66) = 17.71;第页 < 0.0001;η2 = 16.92%)和年龄与尼古丁的相互作用(F类(1,66) = 14.01,第页 = 0.0004;η2 = 13.38%)(n个 = 16种成人盐,14种成人尼古丁,25种青少年盐,28种青少年尼古丁)。尼古丁暴露增加青少年BLA小胶质细胞数量(F类(1,78) = 12.21,第页 = 0.0008;η2 = 6.44%). 此外,我们还发现了年龄的总体影响(F类(1,78) = 7.987,第页 = 0.0060;η2 = 9.84%)和年龄与尼古丁的相互作用(F类(1,78) = 26.71,第页 < 0.0001;η2 = 21.52%) (n个 = 22种成人盐,19种成人尼古丁,21种青少年盐,20种青少年尼古丁)。小时尼古丁显著降低成人NAc IBA1的表达,但增加青少年IBA1 NAc的表达,年龄和尼古丁之间存在显著的相互作用(F类(1,64) = 25.69,第页 < 0.0001;η2 = 26.96%;n个 = 10种成人盐,14种成人尼古丁,21种青少年盐,22种青少年尼古丁)。尼古丁对IBA1 BLA的表达具有年龄依赖性影响,其中尼古丁选择性地增加了IBA1 BLA的表达(F类(1,57) = 4.84,第页 = 0.0319;η2 = 6.84%),年龄与尼古丁之间存在显著交互作用(F类(1,49) = 9.629,第页 = 0.0030;η2 = 13.60%) (n个 = 15种成人盐,19种成人尼古丁,13种青少年盐,16种青少年尼古丁)。使用Bonferonni事后分析分析的所有数据(*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001; ****第页 < 0.0001). 全部n个是老鼠的数量。比例尺为50μm。条形图显示平均值 + /s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图2
图2。尼古丁促进青少年小胶质细胞的反应性表型和成人小胶质细胞中的分支表型。
,b条成人和青少年NAc的示例图像()和BLA(b条).c(c)在成年人中,躯体区域受到性别的显著影响(F类(1,29) = 14.58,第页 = 0.0007;η2 = 26.21%)和尼古丁(F类(1,29) = 16.67,第页 = 0.0003;η2 = 22.92%) (n个 = 6只成年雌性,10只成年雄性生理盐水,11只成年雄性尼古丁)。性或尼古丁对青少年躯体没有显著影响。成年男性BLA大于成年女性(F类(1,27) = 6.475,第页 = 0.0170;η2 = 17.74%;n个 = 5只成年雌性犬,4只成年雌性犬齿犬,11只雄性犬齿犬)。在两个年龄段接触尼古丁后,BLA胞体面积都没有显著变化。e(电子)尼古丁显著降低成人NAc突起直径(F类(1,28) = 26.14,第页 < 0.0001;η2 = 45.10%),无性别影响(n个 = 5名成年女性生理盐水,4名成年女性尼古丁,10名成年男性生理盐水,13名男性尼古丁)和青少年NAc突直径增加(F类(1,31) = 11.59,第页 = 0.0018;η2 = 27.06%)无性别影响(F类(1,31) = 0.01051,第页 = 0.9190;η2 = < 0.1%;n个 = 7名青春期女性-生理盐水,8名青春期女性-nicotine,10名青春期女性)。(f)BLA过程直径中未观察到显著的性别或药物影响(n个 = 6份成人盐、8份成人男性盐、9份成人男性尼古丁、6份青春期女性盐、12份青春期男性盐、14份青春期男性尼古丁)。尼古丁显著增加(F类(1,19) = 26.12第页 < 0.0001;η2 = 56.33%;n个 = 5个成年-雌性-碱性,4个成年-女性-尼古丁,7个成年-雄性)成年NAc小胶质细胞突起长度和减少(F类(1,39) = 22.59,第页 < 0.0001;η2 = 35.04%;n个 = 10个青春期-女性-碱性,12个青春期-男性-尼科汀,11个青春期-中性,10个青春期-male-尼科廷)青少年NAc小胶质细胞突起长度,不受性别影响。小时尼古丁并没有改变成年雌性大鼠的BLA突起长度,但成年雌性有较大的突起(F类(1,25) = 6.902,第页 = 0.0145;η2 = 20.90%;n个 = 5名成年女性,8名成年男性生理盐水,11名成年男性尼古丁)。尼古丁降低青少年BLA过程长度(F类(1,37) = 18.59之间,第页 = 0.0001;η2 = 32.12%n个 = 8名青春期女性,11名青春期男性生理盐水,14名青春期男性尼古丁)。尼古丁增加成人NAc分支(F类(1,23) = 14.09,第页 = 0.0010;η2 = 36.17%;n个 = 5个成年女性生理盐水,4个成年女性尼古丁,7个成年男性生理盐水,11个成年男性尼古丁)和青少年分支减少(F类(1,29) = 23.29,第页 < 0.0001; 35.47%;n个 = 10个青春期女性生理盐水,11个青春期女性-尼古丁,12个青春期男性生理盐水,10个青春期男性-尼古丁)。j个尼古丁没有改变成年BLA分支(n个 = 5个成年女性生理盐水,6个成年女性尼古丁,8个成年男性生理盐水,11个成年男性尼古丁),但青少年BLA分支减少(F类(1,37) = 17.84,第页 = 0.002;η2 = 32.21%;n个 = 8名青少年女性,13名青少年女性)。对所有数据进行了性别和药物的双向方差分析,并进行了Bonferonni事后分析(* = 烟碱诱导差异*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001; ****第页 < 0.0001) (# = 性别差异#第页 < 0.05, ##第页 < 0.01. 比例尺为50μm。条形图显示平均值 + / s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图3
图3。尼古丁诱导基因表达的年龄依赖性差异。
成人尼古丁暴露对与多种细胞功能相关的通路评分有明显影响。特别是,尼古丁降低了与小胶质细胞激活相关的基因的总体表达,这表现为激活的小胶质细胞通路得分较低。b条青少年尼古丁暴露增加了与小胶质细胞激活相关的基因的整体表达。c(c)特定炎症基因的分析,以成人盐水百分比表示(n个 = 6)特定突触和神经递质相关基因的分析,以成人生理盐水的百分比表示(n个 = 6).e(电子)青少年和成人NAc中D2受体的代表性图像。(f)D2受体荧光强度的量化。尼古丁的显著作用(F类(1,18) = 4.598,第页 = 0.0459;η2 = 16.40%;n个 = 观察5例成人,7例青春期-生理盐水,5例青春期-尼古丁)。青少年尼古丁暴露显著降低了NAc中DRD2蛋白水平(t吨4 = 4.105,第页 = 0.0148) (n个 = 3盐水,3尼古丁)。采用Bonferonni事后检验进一步分析双向方差分析(#第页 < .1;*第页 < 0.05; **第页 < 0.01). 条形图显示平均值 + /s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图4
图4。米诺环素和PLX3397可阻断尼古丁诱导的可卡因寻求增加。
尼古丁预处理和米诺环素水瓶给药的范例示意图。b条尼古丁选择性增加可卡因反应(F类(1,24) = 26.55,第页 = < 0.0001;η2 = 12.18%),青春期大鼠区分强化反应和非强化反应(####第页 < 0.0001). 反应效果显著(F类(1,24) = 2003年3月23日,第页 < 0.0002;η2 = 10.56%),反应与米诺环素之间的相互作用(F类(1,24) = 7.163),第页 = 0.0132,η2 = 3.286%)以及反应、尼古丁和米诺环素暴露之间的相互作用(F类(1,24) = 13.97,第页 = 0.0010,η2 = 6.409%;n个 = 7). 米诺环素阻断了尼古丁诱导的可卡因反应增加。c(c)NAc和BLA中IBA1染色小胶质细胞的代表性图像,使用生理盐水或尼古丁和溶媒或米诺环素。服用米诺环素消除了烟碱引起的NAc胞体数量增加(F类(1,22) = 7.95,第页 = 0.0100;η2 = 14.14%). 米诺环素和尼古丁的服用也有显著的相互作用(F类(1,22) = 21.84,第页 = 0.0001;η2 = 39.66%) (n个 = 7种车用碱,5种米诺环素碱,8种车用尼可汀,6种米诺环素尼可汀)。e(电子)服用米诺环素消除了烟碱诱导的BLA体细胞数增加(F类(1,19) = 13.59,第页 = 0.0016;η2 = 32.58%). 米诺环素和尼古丁的服用也有显著的相互作用(F类(1,19) = 9.264,第页 = 0.0067;η2 = 22.2%) (n个 = 8种车用盐、5种米诺环素盐、5个车用尼可汀、5种米诺环素尼可汀)。(f)尼古丁预处理和PLX3397食物给药的范例示意图。尼古丁选择性地增加可卡因反应,反应与尼古丁之间存在显著的相互作用(F类(1,24) = 11.88,第页 = 0.0021;η2 = 8.230%). 此外,反应与PLX3397治疗之间的显著交互作用(F类(1,24) = 19.01,第页 = 0.0002;η2 = 13.17%)。青春期大鼠区分强化反应和非强化反应(###第页 = 0.0003;n个 = 7).小时载体和PLX3397给药后,NAc和BLA中IBA1染色小胶质细胞的代表性图像。尼古丁增加了NAc体数(F类(1,20) = 10.55,第页 = 0.0040;η2 = 6.077%),PLX3397消除了所有可观察到的小胶质细胞(F类(1,20) = 119.4,第页 < 0.0001;η2 = 68.77%) (n个 = 7车用盐、8车用尼古丁、4 PLX3397-生理盐水、5 PLX3397-2尼古丁)。观察到尼古丁与PLX3397治疗之间的相互作用(F类(1,20) = 10.55,第页 = 0.0040;η2 = 6.077%).j个尼古丁增加BLA小胶质细胞体数(F类(1,20) = 6.388,第页 = 0.0200;η2 = 6.836%)和PLX3397消除了可测量的BLA小胶质细胞(F类(1,20) = 53.31,第页 < 0.0001; 57.05%). 观察到尼古丁和PLX3397之间的相互作用(F类(1,20) = 6.388,第页 = 0.0200;η2 = 6.836%) (n个 = 7车用盐、8车用尼古丁、4 PLX3397-生理盐水、5 PLX3397-2尼古丁)。行为数据采用三元方差分析,免疫组化数据采用双向方差分析。使用Bonferroni事后测试分析的所有数据(*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001; ****第页 < 0.0001). 比例尺为50μm。条形图显示平均值 + / s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图5
图5。神经元D2受体是尼古丁诱导的可卡因自我给药增加和小胶质细胞激活的关键界面。
范例示意图。b条青少年尼古丁暴露显著增加可卡因反应(F类(1,56) = 12.84,第页 = 0.0007;η2 = 8.977%)和raclopride阻止了这一点(F类(1,56) = 22.43,第页 < 0.0001;η2 = 15.68%). 我们还发现尼古丁和raclopride之间存在显著的相互作用F类(1,56) = 35.58,第页 < 0.0001;η2 = 24.88%). 尼古丁-病毒治疗青少年强化反应和非强化反应的区别(##第页 = 0.0073) (nn个 = 9种车用盐,12种车用尼古丁,11种杀鼠剂,10种杀鼠药尼古丁)。c(c)尼古丁增加了NAc小胶质细胞,而这被raclopride阻断(F类(1,37) = 5.473,第页 = 0.0248,η2 = 9.597%),尼古丁和raclopride之间存在显著的相互作用(F类(1,37) = 12.63,第页 = 0.0011;η2 = 22.15%;n个 = 12种车用盐尼古丁、9种raclopride盐尼古丁和8种raclobride尼古丁)。消旋哌啶阻断尼古丁暴露后BLA小胶质细胞的增加(F类(1,40) = 4.292,第页 = 0.0448;η2 = 7.966%;F类(1,40) = 5.331,第页 = 0.0262;η2 = 9.893%) (n个 = 14种车用盐、11种车用尼古丁、9种raclopride盐、10种raclobride尼古丁)。e(电子)D2受体、小胶质细胞(AIF1)或神经元(Rbfox3)之间共定位的体素百分比归一化为总D2 + 体素。NAc内没有小胶质细胞表达D2受体,而约50%的神经元表达(t吨12 = 20.06,第页 < 0.0001) (n个 = 7).(f)BLA中无小胶质细胞表达D2受体(t吨8 = 3.269,第页 = 0.0114) (n个 = 5).NAc和BLA中DRD2、Rbfox3(神经元)和AIF1(小胶质细胞)的RNAscope共定位的代表性图像。小时范例示意图。青少年尼古丁暴露可卡因反应显著增加,尼古丁、D2-RNAi和反应之间存在显著交互作用(F类(1,26) = 6.195,第页 = 0.0195;η2 = 8.101%). 尼古丁-病毒治疗青少年强化反应和非强化反应的区别(#第页 = 0.0075) (n个 = 9种盐,8种尼古丁,7种D2靶向盐,7种D1靶向尼古丁)。j个带有标准和D2靶向RNAi的IBA1的代表性图像。k个D2靶向吗啉消除烟碱诱导的NAc小胶质细胞计数增加,吗啉和尼古丁之间存在显著的相互作用(F类 = 1,23) = 7.2,第页 = 0.0129,η2 = 22.02%)(n个 = 7种盐,6种尼古丁,7种D2靶向盐,7种B2靶向尼古丁)。D2-吗啉阻断NAc小胶质细胞突起直径的增厚(F类(1,23) = 6.085,第页 = 0.0215,η2 = 17.42%,n个 = 7个炒盐水,6个炒尼古丁,6个D2靶向盐水,8个D2焦油尼古丁)。D2敲除阻断烟碱诱导的小胶质细胞突起收缩(F类(1,23) = 4.587,第页 = 0.0430,η2 = 14.56%),尼古丁和吗啡啉相互作用(F类(1,23) = 4.678,第页 = 0.0412,η2 = 14.85%) (n个 = 6份炒过的,6份D2目标盐,9份D2靶尼古丁)n个,D2-拆卸块(F类(1,23) = 4.809,第页 = 0.0387,η2 = 13.79%)烟碱诱导的小胶质细胞分支减少(F类(1,23) = 6.864,第页 = 0.0153,η2 = 19.69%) (n个 = 7种盐,5种尼古丁,6种D2盐,8种D2尼古丁)。行为数据采用三元方差分析法进行分析,所有形态学数据采用双向方差分析法,均为Bonferonni事后分析(*第页 < 0.05, **第页 < 0.01, ***第页 < 0.001, ****第页 < 0.0001). 比例尺为50μm。条形图显示平均值 + /–s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图6
图6。尼古丁通过CX3CL1受体介导可卡因自我给药和小胶质细胞激活的增加。
小胶质细胞CX3CR1与神经元CX3CL1相互作用的示意图。b条尼古丁显著增加CX3CR1 mRNA(t吨8 = 2.984, *第页 = 0.0175之间,第页2 = 0.5267) (n个 = 4盐水,n个 = 5尼古丁)。c(c)尼古丁显著增加CX3CL1 mRNA(t吨14 = 2.455, *第页 = 0.0278之间,第页2 = 0.3010) (nn个 = 8) 。CX3CL1的RNAi阻断了尼古丁诱导的可卡因寻求增加。我们观察到反应与CX3CL1之间存在显著的相互作用(F类(1, 41) = 5.450;第页 = 0.0246,η2 = 2.216)、反应和尼古丁(F类(1, 41) = 6.411),第页 = 0.0153,η2 = 2.606)、CX3CL1和尼古丁(F类(1, 41) = 4.530,第页 = 0.0394,η2 = 7.307)和反应,CX3CL1和尼古丁(F类(1, 41) = 4.347,第页 = 0.0433,η2 = 1.767) (n个 = 12份生理盐水、8份尼古丁、11份CX3CL1-生理盐水、13份CX3CL1-nicotine)。e(电子)CX3CL1的拆卸验证(t吨29 = 3.712;第页 = 0.0009) (n个 = 13个加扰,18个CX3CL1)。(f)使用打乱的CX3CL1和CX3CL1靶向寡核苷酸进行CX3CL1染色的示例图像。尼古丁以CX3CL1依赖性方式增加小胶质细胞数量(F类(1, 29) = 10.02,第页 = 0.0036,η2 = 21.87) (n个 = 8) 。小时烟碱诱导的小胶质细胞突起直径增加依赖于CX3CL1(F类(1,27) = 8.578,第页 = 0.0068,η2 = 20.59) (n个 = 9份生理盐水、7份尼古丁、7份CX3CL1-生理盐水、8份CX3CL1-nicotine)。尼古丁增加了小胶质细胞突起的长度,这被CX3CL1靶向寡核苷酸阻断。尼古丁的显著作用(F类(1, 28) = 8.377,第页 = 0.0073,η2 = 18.37)和RNAi与尼古丁治疗之间的相互作用(F类(1, 28) = 7.815,第页 = 0.0093,η2 = 17.14) (n个 = 9份生理盐水、7份尼古丁、7份CX3CL1-生理盐水、8份CX3CL1-nicotine)。j个CXC3CL1基因敲除阻断了尼古丁诱导的小胶质细胞突起分支变化,尼古丁和RNAi之间存在显著的相互作用(F类(1, 28) = 5.650,第页 = 0.0245,η2 = 14.46) (n个 = 10份生理盐水、7份尼古丁、8份CX3CL1-生理盐水、8份X3CL1-尼古丁)。行为数据用三元方差分析,形态学数据用双向方差分析,mRNA用t吨-测试。通过Bonferroni事后测试进一步分析所有ANOVA(*第页 < 0.05, **第页 < 0.01, ***第页 < 0.001, ****第页 < 0.0001). 比例尺50μm。条形图显示平均值 + /– s.e.m.源数据可用作源数据文件。
图7
图7。尼古丁诱导小胶质细胞、D2和CX3CL1依赖的突触密度降低。
生理盐水/尼古丁和溶媒/米诺环素暴露后NAc中突触素水平的代表性图像。b条服用米诺环素阻止烟碱诱导的NAc突触素计数抑制(F类(1,18) = 9.692),第页 = 0.0055,η2 = 32.59) (n个 = 5种车用盐、4种车用尼古丁、5种米诺环素生理盐水、8种米诺环素尼古丁)。c(c)尼古丁/生理盐水和/或PLX3397/载体食物给药的NAc中突触素水平的代表性图像。PLX3397阻断尼古丁诱导的NAc突触素水平下降(F类(1,24) = 7.412,第页 = 0.0119;η2 = 20.77,n个 = 7载体盐水、8载体尼古丁、6 PLX3397盐水、7 PLX3397尼古丁)。e(电子)尼古丁和/或raclopride给药的NAc中突触素的代表性图像。(f)烟碱诱导的NAc突触素计数减少(F类(1,33) = 5.58,第页 = 0.0242;η2 = 11.18%)被raclopride阻断(F类(1,33) = 10.88,第页 = 0.0023;η2 = 21.81%) (n个 = 10种车用盐,8种车用尼古丁,11种杀鼠剂,8种杀鼠药尼古丁)。生理盐水/尼古丁和打乱/CX3CL1靶向寡核苷酸治疗后NAc中突触素水平的代表性图像。小时尼古丁抑制NAc突触素水平(F类(1, 27) = 5.889,第页 = 0.0222,η2 = 9.284),这被CX3CL1 RNAi阻断(F类(1, 27) = 21.21,第页 = < 0.0001,η2 = 33.45). 观察到尼古丁和CX3CL1 RNAi之间存在显著的相互作用(F类(1, 27) = 9.198,第页 = 0.0053,η2 = 14.50).NAc中Vglut2染色的代表性图像。j个尼古丁抑制NAc中的Vglut2水平(t吨13 = 2.565,第页 = 0.0235,第页2 = 0.3361)(n个 = 8盐水,7尼古丁)。k个NAc中Vglut1染色的代表性图像。尼古丁对Vglut1水平没有显著影响(n个 = 7). 使用双向方差分析对数据进行分析,并使用Bonferroni事后检验对数据进行进一步分析(*第页 < 0.05, **第页 < 0.01, ***第页 < 0.001, ****第页 < 0.0001). 比例尺15μm。条形图显示平均值 + /– s.e.m.源数据可用作源数据文件。

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