很多人都很喜歡飲酒，而不是長期依賴飲酒，但也有一部分人飲酒是無法戒掉的酒精依賴癥。通過使用滔博生物inscopix超微顯微成像技術(shù)進(jìn)行小鼠的飲酒實(shí)驗(yàn)，酒精依賴癥的小鼠從“第一次飲酒時(shí)”開始，大腦的反應(yīng)就和其他小鼠不同了。

大多數(shù)研究酒精依賴癥的原因和治療方法的科學(xué)家，都傾向于將基因作為預(yù)測酒精依賴癥可能性的方法。迄今為止的研究表明，與酒精依賴癥相關(guān)的基因有數(shù)百個(gè)之多，但單憑遺傳學(xué)還不能完全解釋“酒精依賴癥患者”和“能與酒健康交往”之間的區(qū)別。

Kay M. Tye

索克研究所的神經(jīng)科學(xué)家Kay M. Tye的研究小組，作為預(yù)測酒精依賴癥的方法，不是著眼于遺傳基因，而是著眼于大腦的活動進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。相關(guān)工作發(fā)表在《Science》上，題為“A cortical-brainstem circuit predicts and governs compulsive alcohol drinking”。在這次的實(shí)驗(yàn)中，使用遺傳相同的雄性小鼠，一點(diǎn)點(diǎn)地讓小鼠飲酒，通過使用滔博生物(4009-659-906)中國獨(dú)家代理美國Inscopix公司的nVista自由活動超微顯微成像方法監(jiān)測了飲酒的小鼠前額葉皮層的神經(jīng)元活動情況，在同樣接觸過酒精的小鼠上，個(gè)體對于暴飲暴食的差異性，揭示出飲酒和強(qiáng)迫性飲酒的潛在特征。在酗酒之前，大腦皮層神經(jīng)元投射到腦干的獨(dú)特的神經(jīng)活動特征預(yù)示著強(qiáng)迫性飲酒行為的最終出現(xiàn)。模仿預(yù)測飲酒表型的活動模式足以雙向調(diào)節(jié)飲酒。這項(xiàng)研究結(jié)果為強(qiáng)迫性飲酒的個(gè)體差異提供了一種機(jī)制上的解釋。

結(jié)果1. 跟蹤強(qiáng)迫性飲酒個(gè)體差異出現(xiàn)的“暴飲暴食誘發(fā)強(qiáng)迫任務(wù)”(BICT)

為了評估易感性如何與經(jīng)驗(yàn)相互作用從而產(chǎn)生強(qiáng)迫飲酒，作者開發(fā)了一個(gè)“暴飲暴食誘發(fā)強(qiáng)迫任務(wù)”(BICT)。開始，通過聽覺條件刺激(CS+)預(yù)測酒的釋放，直到動物建立了條件反應(yīng)。在暴飲前(第1天至第3天)，CS+預(yù)測酒單獨(dú)釋放(15%)。在第4天到第5天，在酒中增加了奎寧(一種用來懲罰的苦味劑)。在暴飲期間(第6天至第19天)，動物每天0、2或4小時(shí)可以無限制地獲得水和酒精，從而產(chǎn)生高水平的“暴飲式”酒精攝入(22)。在暴飲后(第20天至第26天)，動物回到暴飲前條件作用的環(huán)境中，其中酒精單獨(dú)出現(xiàn)3天，接下來4天出現(xiàn)酒精+奎寧(圖1A)。

BICT允許對與AUDs診斷標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的兩種行為結(jié)果進(jìn)行縱向評估：飲酒和盡管出現(xiàn)不良結(jié)果仍繼續(xù)飲酒。暴飲后，無論奎寧是否存在，飲酒的個(gè)體差異都很大(圖1B)。根據(jù)暴飲后行為進(jìn)行了三種表型分類：表現(xiàn)出低酒精攝入量和未受懲罰的小鼠被稱為“低飲酒者”;表現(xiàn)出大量飲酒但對懲罰很敏感的老鼠被稱為“酗酒者”;持續(xù)高水平飲酒的小鼠被稱為“強(qiáng)迫者”(圖1C)。只含酒精和酒精+奎寧分布的值相加，形成每個(gè)動物的“酒精使用指數(shù)”(圖1D)。

根據(jù)每只動物在暴飲后的行為對其進(jìn)行分類，并對其進(jìn)行追溯。最終被分成三個(gè)亞組的小鼠在酗酒前的純酒精攝入量沒有明顯的差異(圖1E)。酗酒后，即使沒有懲罰，低飲酒者的攝入量也會下降(圖1F。在酗酒之前，根據(jù)奎寧的濃度來衡量，強(qiáng)迫動物比低飲酒者和高飲酒者表現(xiàn)出更強(qiáng)的懲罰抵抗能力(圖1G)。酗酒后，由于強(qiáng)迫動物對懲罰表現(xiàn)出強(qiáng)烈的不敏感性，這種表型被加劇(圖1H)。縱向檢查顯示，當(dāng)懲罰存在時(shí)，各組間存在顯著差異：酗酒者在暴飲后對奎寧對酒精攝入的影響表現(xiàn)出更高的敏感性，而強(qiáng)迫性動物則表現(xiàn)出更低的敏感性。

圖1 跟蹤強(qiáng)迫性飲酒個(gè)體差異出現(xiàn)的Binge-induced task (BICT)。

2. 最初飲酒時(shí)mPFC-dPAG神經(jīng)元的活動是未來類似飲酒行為的易損性標(biāo)記

作者推斷，涉及“自上而下”控制回避行為的mPFC環(huán)路可能是形成強(qiáng)迫性飲酒行為的易感性的基礎(chǔ)。導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(PAG)參與對厭惡事件的反應(yīng)，以及酒精戒斷期的負(fù)性情感狀態(tài)和痛覺過敏。投射到背側(cè)PAG (mPFC- dpag)的mPFC神經(jīng)元編碼厭惡事件。作者假設(shè)，mPFC-dPAG神經(jīng)元的功能缺陷可能會破壞厭惡過程，從而導(dǎo)致強(qiáng)迫性飲酒。

為了清晰了解mPFC-dPAG神經(jīng)元的活動，作者使用自由活動超微顯微成像(30)在BICT期間可視化mPFC-dPAG神經(jīng)元的活動(圖2)。順行病毒允許cre依賴表達(dá)GCaMP6m mPFC和逆行注射的病毒攜帶cre重組酶注入dPAG(圖2)。使用植入透鏡和nVista頭戴式顯微鏡對mPFC的神經(jīng)元進(jìn)行成像觀察。在第一次暴飲前，對352個(gè)圍繞飲酒開始的神經(jīng)元的活動進(jìn)行了分層聚類，發(fā)現(xiàn)了8個(gè)不同的聚類(圖2、D和E)。

盡管在整個(gè)暴飲前的“只喝酒精飲料”過程中，各組之間的酒精攝入量沒有差異，但在飲酒期間mPFC-dPAG神經(jīng)元的動態(tài)在表型組之間存在差異(圖2F)。在最初的飲酒體驗(yàn)(第一天)中，與低飲酒者相比，強(qiáng)迫性動物的mPFC-dPAG神經(jīng)元表現(xiàn)出更多的抑制反應(yīng)(圖2G)。低飲酒者的mPFC-dPAG神經(jīng)元在飲酒時(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的興奮性(圖2H)。

雖然在初始酒精暴露期間，各組之間的行為表現(xiàn)沒有可檢測到的差異(圖1B和E)，但初始暴飲期間的神經(jīng)反應(yīng)預(yù)測了強(qiáng)迫飲酒的未來發(fā)展(圖2F到H)。每個(gè)動物的單個(gè)mPFC-DPAG神經(jīng)元的興奮性和抑制性反應(yīng)的比例與暴飲前(圖2I)或狂飲(圖2J)期間的行為不相關(guān)，但確實(shí)與收集了初始暴露期間的神經(jīng)記錄后>2周的暴飲行為相關(guān)(圖2K)。支持向量機(jī)基于先前試驗(yàn)中飲酒期間mPFC-DPAG神經(jīng)元的活動解碼飲酒(GO)和不飲酒(NO GO)的未來行為選擇(圖2)。這支持了這樣一種觀點(diǎn)，即mPFC-DPAG神經(jīng)環(huán)路在觸發(fā)從適度飲酒到強(qiáng)制飲酒的轉(zhuǎn)變中起著關(guān)鍵作用。

圖2 最初飲酒時(shí)mPFC-dPAG神經(jīng)元的活動是未來類似飲酒行為的易損性標(biāo)記

 3. mPFC-dPAG神經(jīng)元的抑制會導(dǎo)致強(qiáng)迫性飲酒，但在沒有懲罰的情況下不會改變飲酒

為了測試模仿內(nèi)源性活動是否可以改變行為，作者在mPFC神經(jīng)元中雙向表達(dá)鹵視紫紅質(zhì)(NpHR)，并在DPAG上植入雙側(cè)光纖(圖3A和圖3A)。在實(shí)時(shí)位置偏好測試中，與表達(dá)熒光團(tuán)[增強(qiáng)型黃色熒光蛋白(EYFP)]的對照小鼠相比，NpHR小鼠顯示出對光抑制配對側(cè)腔室的適度偏好(圖3B)。光抑制沒有產(chǎn)生任何可檢測到的運(yùn)動變化(圖3C)或焦慮相關(guān)行為。

動物被給予三次同時(shí)接觸酒精和水的機(jī)會，以建立酒精攝入量的基線水平(圖3D)。在第4天，奎寧僅被添加到酒中，奎寧濃度在不同時(shí)段增加，以評估面對懲罰時(shí)的酒精攝入量(圖3e)。在奎寧治療期間，接觸水或酒精會觸發(fā)光抑制，以模擬在舔酒過程中在強(qiáng)迫癥動物中觀察到的抑制活動(圖2H)。伴隨著舔酒精+奎寧溶液的光抑制足以誘導(dǎo)奎寧濃度響應(yīng)曲線的右移，導(dǎo)致奎寧的IC50比EYFP對照增加兩倍以上(圖3F)，而不影響耗水量(圖3G)。當(dāng)接觸酒精噴嘴會受到腳底電擊懲罰時(shí)(圖3H)，光抑制再次促進(jìn)強(qiáng)迫飲酒(圖3I和圖3I)。

為了確定mPFC-DPAG活性的光抑制是否通過增加酒精的強(qiáng)化作用或降低對懲罰的敏感性來驅(qū)動強(qiáng)迫飲酒，作者隔離測量了每個(gè)成分。在沒有懲罰的情況下，光抑制不會改變酒精消費(fèi)(圖3J和K)。為了確定在沒有獎(jiǎng)勵(lì)的情況下光抑制是否改變了對有害刺激的反應(yīng)，作者在動物尾巴浸泡在50°C的水中時(shí)對mPFC-DPAG突觸進(jìn)行了光抑制，并發(fā)現(xiàn)光抑制延緩了退出的潛伏期。光抑制不支持顱內(nèi)自我刺激，也不改變操作性酒精自我給藥的消退。作者假設(shè)光抑制通過干擾懲罰信號從mPFC到DPAG的傳輸來驅(qū)動強(qiáng)迫性飲酒。雖然這個(gè)電路編碼刺激的厭惡方面，但它似乎并不是疼痛特有的，因?yàn)榭鼘幍淖饔檬且环N懲罰，但不是傷害性刺激(圖3)。

圖3 mPFC-dPAG神經(jīng)元的抑制會導(dǎo)致強(qiáng)迫性飲酒，但在沒有懲罰的情況下不會改變飲酒

4. mPFC-dPAG神經(jīng)元的激活模擬了懲罰對飲酒的影響

為了確定在這個(gè)mPFC-DPAG環(huán)路的興奮性活動對行為影響，作者在mPFC-DPAG神經(jīng)元中表達(dá)了通道視紫紅質(zhì)-2(ChR2)，并在mPFC上植入的光纖(圖4A和圖4A)。在實(shí)時(shí)位置厭惡試驗(yàn)(圖4B)中避免了光刺激配對側(cè)，而不影響運(yùn)動活動(圖4C)或焦慮相關(guān)行為(圖4C)。

為了測試mPFC-DPAG激活對飲酒的影響，作者再次使用了水和酒精的選擇任務(wù)，在該任務(wù)中，動物接觸水或酒精的瓶嘴觸發(fā)光刺激(圖4D)。酒精和水在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中保持不摻雜，提供給驅(qū)動光激發(fā)的光功率在不同的時(shí)段(10至130 mW/mm2)增加，隨后是沒有光刺激的恢復(fù)時(shí)段(圖4e)。光刺激足以作為一種懲罰，在舔酒精(圖4F)而不是水(圖4G)時(shí)產(chǎn)生光功率依賴性的減少，在恢復(fù)期間持續(xù)減少酒精消耗(圖4，H和I)。舔行為的微觀結(jié)構(gòu)分析揭示了光刺激引起的回合結(jié)構(gòu)和時(shí)間的變化。光刺激產(chǎn)生了強(qiáng)有力的和持久的前負(fù)荷行為的減少(在進(jìn)入階段的最初部分喝了不成比例的酒精)，這是上癮樣行為的標(biāo)志性措施。

圖4 mPFC-dPAG神經(jīng)元的激活模擬了懲罰對飲酒的影響

作者建立了一個(gè)行為模型，用于多維分析飲酒行為及其隨時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的演變。作者鑒定了一種皮層-腦干神經(jīng)環(huán)路，它既是生物標(biāo)志物，又是環(huán)路特異性細(xì)胞底物，會促進(jìn)強(qiáng)迫性飲酒的發(fā)展。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，激活環(huán)路的酒精依賴癥小鼠的飲酒傾向有所減少，顯示出通過操縱大腦活動可以改善酒精依賴癥的可能性。雖然，小鼠和人的大腦是不同的，這次的發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的治療中被活用可能需要幾年的時(shí)間，但是研究結(jié)果對于酒精依存癥的治療是有希望的。
 

 

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