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科学家如何利用病毒操控神经元来降低个体的酗酒程度

 刘沟村图书馆 2020-02-13

2012年,在美国大约有1700万成年人和超过85万青少年都有酗酒的问题,长期的酒精滥用会损伤其肝脏、胃部、心血管系统、骨质甚至大脑的健康。慢性酗酒则会引发酒精使用障碍问题,酒精使用障碍往往会影响数百万人和其家庭的健康,并且会给社会带来严重的经济负担。

戒酒就像戒掉很多药物一样让患者很难做到,其中一种原因就是大量饮酒已经改变了患者的大脑结构;日前,来自德州农工大学健康科学中心的一项最新研究显示,酒精会通过大脑中特殊类型的神经元来改变信息的处理,从而促进大脑对酒精产生更多的渴望,随着时间延续,患者摄入的酒精会越来越多,大脑也会产生显著的变化。

在一项最新研究中,研究者鉴别出了一种方法,利用遗传工程化的病毒就能够减缓这种改变,并且降低患者对酒精的渴望。

酒精会改变你的大脑

酒精使用障碍包括酒精滥用和酒精依赖性,而且这种障碍被认为是一种成瘾症,成瘾是一种慢性的大脑疾病,其会引发神经元之间的连接出现异常。过度饮酒则会改变大脑纹状体(Striatum)的结构,大脑的纹状体能够处理机体的感觉信息,比如我们所看到的的,我们所听到的,同时还会发送指令来控制机体的动机行为和运动行为。

纹状体位于大脑的前脑位置,其是很多成瘾药物和酒精的主要作用靶点,药物和酒精的摄入能够增加纹状体中多巴胺的水平,而多巴胺是一种和机体愉悦及动机相关的神经递质。相比大脑其它部位的神经元而言,纹状体中的神经元有着较高密度的多巴胺受体,因此纹状体神经元更容易对多巴胺水平的改变变得敏感。

纹状体中主要有两种类型的神经元:D1和D2,当两种神经元从大脑其它部位中收到感觉信息时,其就会产生相反的功能。D1神经元控制着“去”的行动,其能够鼓励行为的发生,而D2神经元则控制着“不要去”的行动,其能够抑制机体行为的发生,我们可以将D1神经元看作是绿灯,而D2神经元就是红灯。

多巴胺会以不同的方式来影响着这些神经元的功能,其会促进D1神经元的活性,开启绿灯,同时抑制D2神经元的功能,关闭红灯;最终多巴胺就会促进“去”的奖励行为同时抑制“不要去”的奖励行为。酒精,尤其是在其过量的情况下就会拦截机体的奖惩系统,因为其会增加纹状体中多巴胺的水平,最终就会使得绿色常亮,而红灯并不会点亮来抑制前者的行为,这就是为何重度酗酒者往往会摄入大量的酒精的原因。

这些大脑结构改变会持续较长时间,但其作用能否被减缓呢?这就是研究者需要去探索寻找的。

我们可以减缓这些改变吗?

首先研究者将小鼠暴露于两个瓶子中,一瓶中含有水,另一瓶中则是混有20%酒精的水溶液,

每隔一天小鼠都会获得含有酒精的瓶子,同时小鼠也能够自愿选择水或者混入酒精的水来饮用,如此一来,大部分的动物都会产生一种饮酒习惯。随后研究者利用一种名为病毒介导的基因转移技术对小鼠大脑中的D1和D2神经元进行操控,因为这些神经元能够让小鼠机体产生一种饮酒习惯。

当小鼠感染遗传工程化的病毒后,病毒所携带的基因就能够驱动D1和D2神经元表达特殊的蛋白质;当蛋白质被表达后,研究者给小鼠机体中注射了一种能够识别并且结合蛋白质的特殊化合物,这种结合作用就能够抑制或促进神经元的活性,从而关闭绿灯表达,开启红灯停止作用。随后研究人员测定了小鼠在感染遗传工程化病毒后摄入酒精的含量,并且同小鼠之前摄入的酒精量进行对比;他们发现,抑制D1或D2神经元中的一种都能够成功降低小鼠酒精摄入的水平以及嗜酒小鼠对酒精的喜爱程度。

在另一项研究中,研究者通过研究发现,将直接刺激D2神经元的药物运输到小鼠大脑中的纹状体中也能够减少小鼠对酒精的消耗;相反,在此前的研究中,研究者发现,将抑制D1神经元的药物直接运输到纹状体中或许也能够产生相同的效应,这些结果或许都能够帮助研究者后期开发出治疗酗酒症的临床疗法。

对于后期疗法开发的意义?

很多酒精使用障碍的患者或许都会因上述新型疗法而获益,这种疗法包括了药物、咨询以及支持团队的结合,尽管目前有很多药物都非常有效,比如药物纳曲酮就能够帮助个体有效戒酒,但并没有药物能够靶向作用特殊的神经元或者负责酒精消耗的特殊神经回路。

如今,研究者利用病毒将特殊基因运输至神经元中来有效治疗诸如帕金森疾病等机体障碍,但他们发现,该过程或许也能够降低小鼠对酒精的渴求度,当然目前是否该方法能够在人体中使用还有待于后期进一步探索。研究者提出的新方法对于后期开发治疗酗酒症等酒精使用障碍的新型疗法或提出的新的希望,而未来研究者或许有望实现利用病毒来治疗酗酒的目的。

参考资料:

【1】Alcohol Use Disorder

【2】Distinct Synaptic Strengthening of the Striatal Direct and Indirect Pathways Drives Alcohol Consumption

Biological Psychiatry   doi:10.1016/j.biopsych.2016.05.016

【3】Differential Innervation of Direct- and Indirect-Pathway Striatal Projection Neurons

Neuron   doi:10.1016/j.neuron.2013.05.014

【4】Ethanol-Mediated Facilitation of AMPA Receptor Function in the Dorsomedial Striatum: Implications for Alcohol Drinking Behavior

J Neurosci      DOI:10.1523/JNEUROSCI.2783-12.2012

【5】The Brain on Drugs: From Reward to Addiction

Cell  doi:10.1016/j.cell.2015.07.046

【6】Alcohol Elicits Functional and Structural Plasticity Selectively in Dopamine D1 Receptor-Expressing Neurons of the Dorsomedial Striatum

J Neurosci    doi:10.1523/JNEUROSCI.0003-15.2015

【7】Cell-Type-Specific Sensorimotor Processing in Striatal Projection Neurons during Goal-Directed Behavior

Neuron   doi:10.1016/j.neuron.2015.08.039

【8】Alcoholism research: A virus could manipulate neurons to reduce the desire to drink

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