斯克里普斯研究所的生物学家、这项研究的**作者Candice Contet说:“酒精在我们大脑中袭击多个不同目标,这就解开了酒精在体内的影响如此复杂的分子机制。”
根据美国疾病防控中心(U.S. Centers for Disease Control and Prevention)的解释,酗酒被定义为饮酒到中毒的程度,使人们于置身于多种健康问题的高风险中,如心血管疾病、肝脏疾病和神经学损伤。
探索GIRK3的作用
这项新研究的目标旨在鉴定“G蛋白门控内向整流钾通道”(G protein-gated inwardly rectifying potassium channel ,GIRK)家族中一名成员在针对酒精的行为反应和细胞反应。
GIRK通道遍布整个神经系统,它们能降低神经元的兴奋性,使神经元不那么容易激动。分离细胞的研究已经揭示,酒精可以直接激活GIRK通道;然而,科学家们并不能确定这种行动方式是酒精造成的。
在这项新研究中,Contet和她的同事们决定专注于GIRK3亚基,之前证实其能调节其他药物效果,例如“约会**药物”( date rape drug)γ羟基丁酸(GHB)和可卡因的效果。
为了考察GIRK3怎样影响饮酒小鼠的行为和神经元功能,研究人员比较了“基因敲除”( knockout)(缺失 GIRK3)的小鼠击和正常的小鼠。
饮酒行为的差异
研究人员最初发现,GIRK3的缺失并不影响酒精的代谢,并且不影响小鼠对酒精中毒的敏感性。在酒精的作用下,缺失GIRK3的小鼠和普通小鼠以相同的速率清除血液中的酒精,并表现出相似的酒精反应,如失去平衡、睡眠减少和体温降低。
然而,与先前的研究结果一致,研究人员发现表现,“戒酒”后缺失GIRK3的小鼠没有表现出典型的、诱导性的、神经元过度兴奋导致的抽搐。
在一项能够反应人们在酒吧“欢乐时光 ”(happy hour)中的行为的测试中,GIRK3缺失的小鼠和普通小鼠在酒精摄入量上的表现也不同。在这项测试中,小鼠每天只有两个小时的时间“饮酒”,这一时间内小鼠很可能“饮酒”到中毒的程度。
研究人员发现,GIRK3缺失小鼠的饮酒量远远大于普通小鼠。当小鼠能持续“饮酒”时,这一效果不易被发现,因为在这种条件下小鼠没有饮酒过度。这一结果表明了 GIRK3在酗酒中的重要作用。
这让Contet和她的同事们考虑两种可能,Contet说:“GIRK3缺失的小鼠能够喝的更多是因为它们从酒精中体会到更多的快乐,因而更愿意饮酒;或者是因为它们从酒精中体会到的快乐更少,因而它们需要喝下更多的酒以达到与正常小鼠水平相同的快乐。”
寻赏的路径
为了解答这个问题,研究人员把注意力转向中脑,一个有利于促进“寻赏行为”的神经回路。这一回路起源于中脑中叫做腹侧被盖区(ventral tegmental area ,VTA )的区域,并在两个前脑区域的腹侧纹状体和前额叶皮质释放神经递质多巴胺。酒精像其他滥用的药物一样,能激活这个路径。
研究人员运用两种互补技术评估了这一路径的活动,其中一种技术是电生理记录,它可以测量VTA神经元的激活;另一种是微透析,它可以跟踪腹侧纹状体中多巴胺的释放。
在这两项实验中,这一回路的活动基线并不受GIRK3缺失的影响。然而,在有酒精的情况下,正常小鼠和GIRK3缺失小鼠的表现显著不同,就像研究人员所发现的,当没有GIRK3时,这一回路对酒精的激活效应变得迟钝。
TSRI实验室的助理研究员、这项研究的**作者Melissa Herman说:“GIRK3缺失对酒精激活VTA神经元的显著影响令人惊讶,即使浓度很高,在没有GIRK3的情况下,酒精不能改变神经元的激活。”
在GIRK3缺失的小鼠中,酒精同样不能引发腹侧纹状体中多巴胺的释放。Contet相信,总的来说,这些结果表明GIRK3缺失的小鼠通过喝更多的酒来促进其他介导酒精奖赏效应的神经通路的参与。
有趣的是,研究人员可以反过来通过在VTA中注射GIRK3病毒来改变酗酒状况。在基因敲除的小鼠的VTA中重新引入GIRK3使小鼠的酒精消耗量降低到正常水平,VTA 中有更多GIRK3的普通小鼠喝的甚至更少。
总的来说,这项**研究显示VTA中有更多的 GIRK3可以减少酗酒行为。这使得研究人员相信,综合、选择性地控制GIRK3通道,有希望帮助酗酒人群减少饮酒量。
Contet说:“这项研究的力量依托于我们的综合学科研究法:分子学、细胞学和行为分析学的组合;以此理解GIRK3在酒精影响下的作用。我们部门(TSRI成瘾障碍神经生物学委员会,TSRI Committee on the Neurobiology of Addictive Disorders )独特的合作环境使这项研究的完成成为可能,当需要电生理学和微透析学专业知识时,Marisa Roberto 和Larry Parsons 的实验室会出手援助。