分太尼(Fentanyl)是一种μ-啊片受体激动剂,是*常用的镇痛药之一,可诱发包括产前和产期躯体感觉、行为、认知和运动功能受损等神经毒性,而这些神经毒性造成的表型与ASD极其相似。然而,目前没有评估分太尼与ASD的关系的研究,也不确定分太尼对小鼠孤独症样行为的影响。
产前因食用鱼类而接触甲基汞与包括Grin2b在内的基因的DNA甲基化变化有关,导致儿童期认知障碍。然而,尚不清楚在早期(大脑快速发育的时期)服用分太尼是否可以调节NMDA受体亚单位(例如GluN2B)的甲基化和表达,从而导致患者出现自闭症谱系障碍或啮齿动物出现自闭症样行为。
前扣带回皮质(ACC)处理认知和情绪,其在ASD中受到影响。ACC高表达μ-啊片受体,因此其在疼痛感知和调节中发挥重要作用。研究表明,NMDA受体与μ-啊片受体之间存在功能联系,而拮抗NMDA受体可抑制吗F诱导的镇痛耐受性。然而,尚不清楚分太尼诱导的ACC中μ-啊片受体的激活是否会导致表观遗传学改变(例如Grin2b的甲基化),从而导致自闭症样行为。
在此背景下,2022年6月11日同济大学医学院申远课题组在British Journal of Anaesthesia发表了题为Fentanyl induces autism-like behaviors in mice by hypermethylation of the glutamate receptor gene Grin2b的研究论文,论述了分太尼如何影响谷氨酸受体而引起小鼠自闭症样行为。
首先,课题组以C57雄性小鼠进行了一系列行为学测试,结果显示分太尼组小鼠在旷场中央停留时间较短,而移动距离较远;抓挠时间较长;进入开放臂的停留时间降低;三项社交中没有显著的社交偏好,而μ-啊片受体拮抗剂——纳洛酮可以缓解这些行为缺陷。在雌性小鼠中也观察到同样的现象。这些数据表明:分太尼可以诱导小鼠产生自闭症样行为。
鉴于NMDAR和ACC在ASD中的重要作用,课题组为了探究上述现象的分子机制,对ACC中NMDAR相关亚基做了进一步的研究。首先,课题组发现分太尼降低了雄性小鼠ACC中Grin2b mRNA的表达,而对Grin 1或Grin2a的表达没有影响;FISH(荧光原位杂交)定性分析显示分太尼降低了ACC中Grin2b的表达;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,聚类分析显示分太尼诱导Grin2b启动子区多个位点的高甲基化,而纳洛酮可减轻分太尼引起的变化。这些数据表明,分太尼诱导幼鼠出现的自闭症样行为可能与ACC中Grin2b表达的下调有关。
由于NMDA��体与μ-啊片受体之间存在功能联系,那么ACC中μ-啊片受体与Grin2b表达的下调引发的小鼠自闭样行为是否也有功能关系呢?
课题组使用DAMGO(一种选择性μ-啊片受体激动剂)在出生后第6、8和10天选择性激活μ-啊片受体。结果显示,DAMGO给药后将产生与分太尼给药后类似的行为学和分子学表型。即Grin2b表达的下调引发的小鼠自闭样行为可能与μ-啊片受体的激活有关。
*后,课题组进而于分太尼处理后(P10)在ACC中注射慢病毒以过表达Grin2b,发现小鼠的自闭症样行为中的焦虑和社交障碍得到了显著缓解(刻板行为除外)。此外,ACC中Grin2b的过度表达抑制了分太尼诱导的mTOR激活。然而,与ACC相邻的次级运动皮质中Grin2b的过度表达并不能减轻分太尼诱导的雄性小鼠的孤独症样行为,这进一步证明了ACC在ASD中的特殊作用。
总的来说,本文揭示了分太尼通过激活ACC中μ-啊片受体,导致该区域NMDA受体Grin2b基因超甲基化及蛋白表达降低,造成幼年小鼠远期出现自闭症样行为。