慢性酒精摄入通过损害前额叶皮层胰岛素相关基因导致雄性大鼠识别记忆障碍

《Molecular Neurobiology》：Chronic Alcohol Drinking Impairs Recognition Memory And Insulin-Associated Genes In The Medial Prefrontal Cortex

本研究探讨了慢性酒精摄入对Marchigian Sardinian酒精偏好(msP)大鼠工作记忆与识别记忆的影响，并聚焦于前额叶皮层胰岛素/胰岛素样生长因子1(Insulin/IGF-1)信号通路。研究发现雄性msP大鼠识别记忆受损，且酒精广泛扰乱mPFC与CA1区的代谢及可塑性相关基因（如Irs2、Bdnf、Pkmζ等），为酒精使用障碍(AUD)认知损伤机制提供了新靶点。

　　

酒精使用障碍（AUD）是全球重大的公共卫生问题，长期酗酒不仅导致器官损伤，还会引发中枢神经系统功能紊乱，尤其是认知功能障碍。越来越多的证据表明，AUD患者更易罹患神经退行性疾病，但其分子机制尚不明确。动物模型为揭示AUD相关认知损害的神经生物学基础提供了重要窗口。

在众多脑区中，内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）作为高级认知功能（如决策、工作记忆和行为调控）的关键枢纽，在AUD发病机制中扮演重要角色。mPFC可进一步划分为前边缘皮层（prelimbic cortex, PL）和下边缘皮层（infralimbic cortex, IL），分别与习得行为的表达和消退密切相关。此外，海马CA1（CA1）也是记忆处理的重要脑区，易受酒精影响。近年来，胰岛素（Insulin）及胰岛素样生长因子1（Insulin-like Growth Factor 1, IGF-1）信号通路在神经代谢、突触可塑性和认知功能中的作用备受关注。临床研究发现，AUD患者脑内胰岛素基因表达降低，血浆BDNF（Brain-Derived Neurotrophic Factor）和IGF-1水平也出现下降，提示代谢与神经营养系统紊乱可能是酒精相关认知损伤的重要机制。然而，酒精如何特异性影响mPFC各亚区及海马的胰岛素/IGF-1信号通路，以及这些变化与不同认知域损伤的关系，仍有待深入探索。

为此，Bryan Cruz、Michela Palmisano等研究人员在《Molecular Neurobiology》上发表了题为“Chronic Alcohol Drinking Impairs Recognition Memory And Insulin-Associated Genes In The Medial Prefrontal Cortex”的研究。该研究利用遗传选育的Marchigian Sardinian酒精偏好（msP）大鼠品系，模拟人类AUD的高饮酒行为和易感性，旨在阐明慢性酒精摄入对工作记忆与识别记忆的影响，并深入探讨mPFC的PL、IL及海马CA1区中胰岛素/IGF-1信号通路及相关可塑性基因的表达变化。

研究人员采用的关键技术方法包括：群体饲养的双瓶选择（two-bottle choice, 2BC）饮酒范式以建立慢性酒精暴露模型；放射臂迷宫（radial arm maze, RAM）测试工作记忆；新物体识别（novel object recognition, NOR）任务评估识别记忆；以及定量PCR（qPCR）技术检测PL、IL和CA1脑区中Ins、Insr（胰岛素受体）、Igf1、Igf1r（IGF-1受体）、Irs1（胰岛素受体底物1）、Irs2、Bdnf、TrkB（酪氨酸激酶B受体）、Pkmζ（蛋白激酶Mζ）和Psd95（突触后密度蛋白95）等基因的转录水平。

酒精摄入量与性别差异

研究结果显示，在长达数周的饮酒过程中，雌性msP大鼠的酒精摄入量（g/kg/48 h）显著高于雄性，这与该品系既往报道的性别差异一致。

慢性酒精饮酒对工作记忆的影响

通过放射臂迷宫（RAM）任务评估工作记忆发现，无论是雄性还是雌性msP大鼠，慢性酒精暴露均未导致工作记忆错误、参考记忆错误或奖励臂进入次数的显著变化。所有组别均表现出随训练进程的正常学习能力，表明慢性酒精摄入并未损害msP大鼠的工作记忆。

慢性酒精饮酒对识别记忆的影响

新物体识别（NOR）任务结果显示，慢性酒精暴露对识别记忆的影响存在性别特异性。雄性酒精暴露组的辨别指数（Discrimination Index, DI）显著低于对照组，表明识别记忆受损。相反，雌性酒精暴露组与对照组之间无显著差异，尽管雌性饮酒量更高，提示雌性可能对酒精诱导的识别记忆损伤具有抵抗力。

慢性酒精饮酒对胰岛素相关基因的影响

基因表达分析发现，慢性酒精摄入对胰岛素信号通路基因的影响具有脑区与性别特异性。在雌性大鼠中，酒精暴露导致IL区Ins转录水平降低，PL区Insr表达升高，而CA1区无变化。在雄性大鼠中，Ins及Insr在PL、IL和CA1区均未受影响。

慢性酒精饮酒对胰岛素样生长因子1基因的影响

对于IGF-1系统，慢性酒精暴露选择性降低了雄性大鼠IL区的Igf1r转录水平，以及CA1区的Igf1水平。在雌性大鼠中，CA1区Igf1r表达降低。PL和IL区的Igf1在两组性别中均无显著变化。

慢性酒精饮酒对胰岛素下游效应物的影响

值得注意的是，胰岛素/IGF-1信号的关键下游效应物Irs2的转录水平在雄性和雌性大鼠的PL、IL及CA1区均被酒精暴露一致且显著降低。Irs1的表达仅在雄性CA1区下降，其他脑区无变化。这表明Irs2可能是酒精作用的一个特别敏感的靶点。

慢性酒精饮酒对神经营养信号基因的影响

分析神经营养信号系统发现，慢性酒精摄入降低了雄性大鼠PL区的Bdnf和TrkB表达，以及雌性大鼠IL区的Bdnf表达，但增加了雌性IL区TrkB和雄性CA1区TrkB的表达。这些变化揭示了酒精对神经营养系统的复杂且性别二态性的影响。

慢性酒精饮酒对突触可塑性相关基因的影响

在突触可塑性相关基因方面，酒精暴露降低了雄鼠PL和IL区以及雌鼠IL区的Pkmζ表达。Psd95的表达则在雌鼠IL区和雄鼠CA1区升高。这些结果表明酒精广泛影响了与记忆巩固相关的突触蛋白。

结论与意义

本研究首次在易感AUD的msP大鼠模型中，系统揭示了慢性酒精摄入对认知功能及关键脑区分子通路影响的性别差异性。主要结论包括：1）慢性酒精摄入特异性损害雄性个体的识别记忆，而对工作记忆无显著影响，且雌性表现出一定的认知韧性；2）酒精广泛扰乱mPFC（PL和IL）及海马CA1区的胰岛素/IGF-1信号通路（特别是Irs2）、BDNF神经营养系统以及突触可塑性相关基因（Pkmζ, Psd95）的表达，这些分子改变可能是认知损伤的基础；3）分子适应模式存在明显的脑区特异性和性别二态性，提示AUD的神经机制复杂。

该研究的发现具有重要的科学意义和潜在转化价值。首先，它强调了代谢信号通路（胰岛素/IGF-1）在AUD相关认知损伤中的核心作用，为理解AUD的神经生物学机制提供了新视角。其次，研究提示靶向这些系统（例如使用胰岛素增敏剂或GLP-1受体激动剂）可能成为改善AUD患者认知功能障碍的潜在治疗策略。最后，研究结果强调在酒精研究和治疗开发中考虑性别因素的重要性。未来的研究需要进一步阐明这些分子变化的功能性后果，并探索干预这些通路是否能逆转酒精诱导的认知缺陷。