Нейробиологические основы формирования поведения и употребления подростками психоактивных веществ (обзор литературы)

Введение. Подростковый возраст является критическим периодом в онтогенезе. Сложное и гетерохронное созревание различных структур головного мозга под действием ряда биологически активных веществ, таких как нейромедиаторы и гормоны, определяет пик рискованного поведения, что выражается и в увеличении риска употребления подростками психоактивных веществ. В то же время вариативность поведения и степени риска употребления этих веществ в подростковом возрасте строго индивидуальна и зависит от генетических факторов. В этой связи становится актуальным анализ накопленного опыта исследований по изучению взаимосвязи нейробиологии и генетики в аспекте реализации психических поведенческих факторов риска.

Проведён анализ научной литературы за период с 2009 по 2021 г. в наукометрических базах WoS, Scopus, PubMed, Google Scholar, РИНЦ. Для систематического обзора отобрано 59 научных статей. В современных молекулярно-генетических исследованиях нередко обнаруживаются связи между конкретным геном и широким спектром психических функций мозга, относящихся к различным уровням индивидуальности. Это объясняется тем, что существенная часть генов экспрессируется в большинстве структур мозга и может включаться в различные нейронные системы, обеспечивающие психическую деятельность. Установлено, что ряд полиморфизмов генов определяют нейробиологию созревания основных структур головного мозга, что косвенно определяет поведенческие риски и риски употребления психоактивных веществ в подростковом возрасте.

Заключение. Отдельные генетические полиморфизмы оказывают влияние на многомерное и гетерогенное поведение и черты характера, в основе которых лежат нейробиологические процессы. Данные о влиянии полиморфизма генов на функцию мозга определяют высокую актуальность и перспективность исследований в данной области.

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 02.11.2021 / Принята к печати: 12.04.2022 / Опубликована: 30.04.2022

1. Dick D.M., Adkins A.E., Kuo S.I. Genetic influences on adolescent behavior. Neurosci. Biobehav. Rev. 2016; 70: 198-205. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.07.007

2. Spear L.P., Silveri M.M. Special issue on the adolescent brain. Neurosci. Biobehav. Rev. 2016; 70: 1-3. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.08.004

3. Mills K.L., Goddings A.L., Herting M.M., Meuwese R., Blakemore S.J., Crone E.A., et al. Structural brain development between childhood and adulthood: Convergence across four longitudinal samples. Neuroimage. 2016; 141: 273-81. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.07.044

4. Padmanabhan A., Luna B. Developmental imaging genetics: linking dopamine function to adolescent behavior. Brain Cogn. 2014; 89: 27-38. https://doi.org/10.1016/j.bandc.2013.09.011

5. Dick D.M., Aliev F., Krueger R.F., Edwards A., Agrawal A., Lynskey M., et al. Genome-wide association study of conduct disorder symptomatology. Mol. Psychiatry. 2011; 16: 800-8. https://doi.org/10.1038/mp.2010.73

6. Zheng Y., Brendgen M., Dionne G., Boivin M., Vitaro F. Genetic and environmental influences on developmental trajectories of adolescent alcohol use. Eur. Child Adolesc. Psychiatry. 2019; 28(9): 1203-12. https://doi.org/10.1007/s00787-019-01284-x

7. Blakemore S.J., Mills K.L. Is adolescence a sensitive period for sociocultural processing? Annu. Rev. Psychol. 2014; 65: 187-207. https://doi.org/10.1146/annurev-psych-010213-115202

8. Koelch M.G., Döpfner M., Freitag C.M., Dulz B., Rösler M. Störung des Sozialverhaltens und Antisoziale Persönlichkeitsstörung - Herausforderungen in der Transition vom Jugend - zum Erwachsenenalter. Fortschr. Neurol. Psychiatr. 2019; 87(11): 634-7. https://doi.org/10.1055/a-0984-5929 (in German)

9. Fairchild G., Passamonti L., Hurford G., Hagan C.C., von dem Hagen E.A., van Goozen S.H., et al. Brain structure abnormalities in early-onset and adolescent-onset conduct disorder. Am. J. Psychiatry. 2011; 168(6): 624-33. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.2010.10081184

10. Rogers J.C., De Brito S.A. Cortical and subcortical gray matter volume in youths with conduct problems: a meta-analysis. JAMA Psychiatry. 2016; 73(1): 64-72. https://doi.org/10.1001/jamapsychiatry.2015.2423

11. Dalwani M.S., McMahon M.A., Mikulich-Gilbertson S.K., Young S.E., Regner M.F., Raymond K.M., et al. Female adolescents with severe substance and conduct problems have substantially less brain gray matter volume. PLoS One. 2015; 10(5): e0126368. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0126368

12. Kerekes N., Zouini B., Karlsson E., Cederholm E., Lichtenstein P., Anckarsäter H., et al. Conduct disorder and somatic health in children: a nationwide genetically sensitive study. BMC Psychiatry. 2020; 20(1): 595. https://doi.org/10.1186/s12888-020-03003-2

13. Wang S., Qian Y., Wei K., Kong W. Identifying biomarkers of Alzheimer’s Disease via a Novel structured sparse canonical correlation analysis approach. J. Mol. Neurosci. 2021; 72(2): 323-35. https://doi.org/10.1007/s12031-021-01915-6

14. Liu Y.H., Zhu J., Constantinidis C., Zhou X. Emergence of prefrontal neuron maturation properties by training recurrent neural networks in cognitive tasks. iScience. 2021; 24(10): 103178. https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103178

15. Bendersky C.J., Milian A.A., Andrus M.D., De La Torre U., Walker D.M. Long-term impacts of post-weaning social isolation on nucleus accumbens function. Front. Psychiatry. 2021; 12: 745406. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2021.745406

16. Loheide-Niesmann L., Vrijkotte T.G.M., De Rooij S.R., Wiers R.W., Huizink A. Associations between autonomic nervous system activity and risk-taking and internalizing behavior in young adolescents. Psychophysiology. 2021; 58(9): e13882. https://doi.org/10.1111/psyp.13882

17. Ernst M. The triadic model perspective for the study of adolescent motivated behavior. Brain. Cogn. 2014; 89: 104-11. https://doi.org/10.1016/j.bandc.2014.01.006

18. Piray P., Toni I., Cools R. Human choice strategy varies with anatomical projections from ventromedial prefrontal cortex to medial striatum. J. Neurosci. 2016; 36(10): 2857-67. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2033-15.2016

19. Gopinath K., Ringe W., Goyal A., Carter K., Dinse H.R., Haley R., et al. Striatal functional connectivity networks are modulated by fMRI resting state conditions. Neuroimage. 2011; 54(1): 380-8. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2010.07.021

20. Tang W., Jbabdi S., Zhu Z., Cottaar M., Grisot G., Lehman J.F., et al. A connectional hub in the rostral anterior cingulate cortex links areas of emotion and cognitive control. Elife. 2019; 8: e43761. https://doi.org/10.7554/eLife.43761

21. Gladwin T.E., Figner B., Crone E.A., Wiers R.W. Addiction, adolescence, and the integration of control and motivation. Dev. Cogn. Neurosci. 2011; 1(4): 364-76. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2011.06.008

22. Hammond C.J., Allick A., Rahman N., Nanavati J. Structural and functional neural targets of addiction treatment in adolescents and young adults: a systematic review and meta-analysis. J. Child. Adolesc. Psychopharmacol. 2019; 29(7): 498-507. https://doi.org/10.1089/cap.2019.0007

23. Owens M.M., Syan S.K., Amlung M., Beach S.R.H., Sweet L.H., MacKillop J. Functional and structural neuroimaging studies of delayed reward discounting in addiction: A systematic review. Psychol. Bull. 2019; 145(2): 141-64. https://doi.org/10.1037/bul0000181

24. Smith C.T., Dang L.C., Buckholtz J.W., Tetreault A.M., Cowan R.L., Kessler R.M., et al. The impact of common dopamine D2 receptor gene polymorphisms on D2/3 receptor availability: C957T as a key determinant in putamen and ventral striatum. Transl. Psychiatry. 2017; 7(4): e1091. https://doi.org/10.1038/tp.2017.45

25. Вавилова Е.А., Солодкая Е.В., Логинов И.П. Роль полиморфизмов генов серотонинэргической системы в патогенезе депрессий и суицидального поведения (аналитический обзор). Дальневосточный медицинский журнал. 2020; (4): 78-84. https://doi.org/10.35177/1994-5191-2020-4-78-84

26. Sadkowski M., Dennis B., Clayden R.C., Elsheikh W., Rangarajan S., Dejesus J., et al. The role of the serotonergic system in suicidal behavior. Neuropsychiatr. Dis. Treat. 2013; 9: 1699-716. https://doi.org/10.2147/ndt.s50300

27. Ryan E.P., Oquendo M.A. Suicide risk assessment and prevention: challenges and opportunities. Focus (Am. Psychiatr. Publ). 2020; 18(2): 88-99. https://doi.org/10.1176/appi.focus.20200011

28. McEwen B.S., Gray J.D., Nasca C. Recognizing resilience: Learning from the effects of stress on the brain. Neurobiol. Stress. 2015; 1: 1-11. https://doi.org/10.1016/j.ynstr.2014.09.001

29. Marceau K., Abel E.A. Mechanisms of cortisol - Substance use development associations: Hypothesis generation through gene enrichment analysis. Neurosci. Biobehav. Rev. 2018; 92: 128-39. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2018.05.020

30. Dauvilliers Y., Tafti M., Landolt H.P. Catechol-O-methyltransferase, dopamine, and sleep-wake regulation. Sleep Med. Rev. 2015; 22: 47-53. https://doi.org/10.1016/j.smrv.2014.10.006

31. Schacht J.P.COMT val158met moderation of dopaminergic drug effects on cognitive function: a critical review. Pharmacogenomics J. 2016; 16(5): 430-8. https://doi.org/10.1038/tpj.2016.43

32. Richter A., de Boer L., Guitart-Masip M., Behnisch G., Seidenbecher C.I., Schott B.H. Motivational learning biases are differentially modulated by genetic determinants of striatal and prefrontal dopamine function. J. Neural. Transm. (Vienna). 2021; 128(11): 1705-20. https://doi.org/10.1007/s00702-021-02382-4

33. Leukel C., Schümann D., Kalisch R., Sommer T., Bunzeck N. Dopamine related genes differentially affect declarative long-term memory in healthy humans. Front. Behav. Neurosci. 2020; 14: 539725. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2020.539725

34. Xiao X., Zhang C.Y., Zhang Z., Hu Z., Li M., Li T. Revisiting tandem repeats in psychiatric disorders from perspectives of genetics, physiology, and brain evolution. Mol. Psychiatry. 2021. https://doi.org/10.1038/s41380-021-01329-1

35. Wahlstrom D., Collins P., White T., Luciana M. Developmental changes in dopamine neurotransmission in adolescence: behavioral implications and issues in assessment. Brain Cogn. 2010; 72(1): 146-59. https://doi.org/10.1016/j.bandc.2009.10.013

36. Wahlstrom D., White T., Luciana M. Neurobehavioral evidence for changes in dopamine system activity during adolescence. Neurosci. Biobehav. Rev. 2010; 34(5): 631-48. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2009.12.007

37. Ковш Е.М., Ермаков П.Н., Воробьева Е.В. Ассоциация полиморфного маркера Val158met гена COMT с уровнем агрессивности и стратегиями поведения в конфликте у девушек 18-24 лет. Северо-Кавказский психологический вестник. 2015; 13(3): 15-21

38. Chen S., Qian A., Tao J., Zhou R., Fu C., Yang C., et al. Different effects of the DRD4 genotype on intrinsic brain network connectivity strength in drug-naïve children with ADHD and healthy controls. Brain Imaging Behav. 2021; 16(1): 464-75. https://doi.org/10.1007/s11682-021-00521-9

39. Dick D.M., Adkins A.E., Kuo S.I. Genetic influences on adolescent behavior. Neurosci. Biobehav. Rev. 2016; 70: 198-205. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.07.007

40. Mota N.R., Bau C.H., Banaschewski T., Buitelaar J., Ebstein R., Franke B., et al. Association between DRD2/DRD4 interaction and conduct disorder: A potential developmental pathway to alcohol dependence. Am. J. Med. Genet. B. Neuropsychiatr. Genet. 2013; 162B: 546-9. https://doi.org/10.1002/ajmg.b.32179

41. González-Castro T.B., Tovilla-Zárate C.A., Juárez-Rojop I., Pool García S., Genis A., Nicolini H., et al. Association of 5HTR1A gene variants with suicidal behavior: case-control study and updated meta-analysis. J. Psychiatr. Res. 2013; 47(11): 1665-72. https://doi.org/10.1016/j.jpsychires.2013.04.011

42. Cybulska A.M., Szkup M., Schneider-Matyka D., Skonieczna-Żydecka K., Kaczmarczyk M., Jurczak A., et al. Depressive symptoms among middle-aged women-understanding the cause. Brain Sci. 2020; 11(1): 26. https://doi.org/10.3390/brainsci11010026

43. Im S., Jeong J., Jin G., Yeom J., Jekal J., Lee S.I., et al. MAOA variants differ in oscillatory EEG & ECG activities in response to aggression-inducing stimuli. Sci. Rep. 2019; 9(1): 2680. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39103-7

44. Крючкова А.С., Ермакова П.Н., Абакумова И.В. Анализ ассоциаций полиморфизма гена МАОА с агрессивными и враждебными стратегиями в поведении у подростков и молодых людей. Российский физиологический журнал. 2016; 13(1): 115-24.

45. Егорова М.С., Черткова Ю.Д. Полиморфизм гена моноаминооксидазы (МАОА) и вариативность психологических черт. Психологические исследования: электронный научный журнал. 2011; (6): 14. https://doi.org/10.54359/ps.v4i20.807

46. Строзенко Л.А., Гордеев В.В., Лобанов Ю.Ф., Момот А.П. Гендерные особенности качества жизни подростков - носителей генов фолатного цикла. Мать и дитя в Кузбассе. 2013; (3): 38-43.

47. Marceau K., Abel E.A. Mechanisms of cortisol - substance use development associations: Hypothesis generation through gene enrichment analysis. Neurosci. Biobehav. Rev. 2018; 92: 128-39. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2018.05.020

48. Elton A., Garbutt J.C., Boettiger C.A. Risk and resilience for alcohol use disorder revealed in brain functional connectivity. Neuroimage. Clin. 2021; 32: 102801. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2021.102801

49. Wang K., Duan Y., Duan W., Yu Y., Zheng N., Hu J., et al. Bibliometric insights in genetic factors of substance-related disorders: intellectual developments, turning points, and emerging trends. Front Psychiatry. 2021; 12: 620489. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2021.620489

50. Patterson A., Vu M., Haardörfer R., Windle M., Berg C.J. Motives for alcohol and marijuana use as predictors of use and problem use among young adult college students. J. Drug. Issues. 2020; 50(4): 359-77. https://doi.org/10.1177/0022042620917101

51. Kendler K.S., Maes H.H., Sundquist K., Ohlsson H., Sundquist J. Genetic and family and community environmental effects on drug abuse in adolescence: a Swedish national twin and sibling study. Am. J. Psychiatry. 2014; 171: 209-17. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.2013.12101300

52. Grant J.D., Lynskey M.T., Madden P.A., Nelson E.C., Few L.R., Bucholz K.K., et al. The role of conduct disorder in the relationship between alcohol, nicotine and cannabis use disorders. Psychol. Med. 2015; 45(16): 3505-15. https://doi.org/10.1017/S0033291715001518

53. Koijam A.S., Hijam A.C., Singh A.S., Jaiswal P., Mukhopadhyay K., Rajamma U., et al. Association of dopamine transporter gene with heroin dependence in an Indian subpopulation from Manipur. J. Mol. Neurosci. 2021; 71(1): 122-36. https://doi.org/10.1007/s12031-020-01633-5

54. Kalsi G., Euesden J., Coleman J.R., Ducci F., Aliev F., Newhouse S.J., et al. Genome-Wide Association of Heroin Dependence in Han Chinese. PloS One. 2016; 11: e0167388. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167388

55. Sherva R., Wang Q., Kranzler H., Zhao H., Koesterer R., Herman A., et al. Genome-wide association study of cannabis dependence severity, novel risk variants, and shared genetic risks. JAMA Psychiatry. 2016; 73: 472-80. https://doi.org/10.1001/jamapsychiatry.2016.0036

56. Wetherill L., Agrawal A., Kapoor M., Bertelsen S., Bierut L.J., Brooks A., et al. Association of substance dependence phenotypes in the COGA sample. Addiction Biol. 2015; 20: 617-27. https://doi.org/10.1111/adb.12153

57. Meyers J.L., Salvatore J.E., Vuoksimaa E., Korhonen T., Pulkkinen L., Rose R.J., et al. Genetic influences on alcohol use behaviors have diverging developmental trajectories: A prospective study among male and female twins. Alcohol Clin. Exp. Res. 2014; 38: 2869-77. https://doi.org/10.1111/acer.12560

58. Vrieze S.I., Hicks B.M., Iacono W.G., McGue M. Decline in genetic influence on the co-occurrence of alcohol, marijuana, and nicotine dependence symptoms from age 14 to 29. Am. J. Psychiatry. 2012; 169: 1073-81. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.2012.11081268

59. Squeglia L.M., Gray K.M. Alcohol and drug use and the developing brain. Curr. Psychiatry. Rep. 2016; 18(5): 46. https://doi.org/10.1007/s11920-016-0689-y