背内侧纹状体钙通透性AMPA受体在厌恶抵抗性饮酒发展中的作用

《Psychopharmacology》：Dorsomedial striatum calcium permeable AMPA receptors in the development of aversion-resistant alcohol drinking

　　

摘要 理论基础：酒精使用障碍（Alcohol Use Disorder, AUD）的特征是在知晓负面后果的情况下仍继续饮酒，这通常被称为厌恶抵抗性饮酒（aversion-resistant drinking）。背内侧纹状体（dorsomedial striatum, DMS）和背外侧纹状体（dorsolateral striatum, DLS）分别对目标导向行为和习惯性行为选择至关重要。主流假说认为，一旦药物使用变得强迫性，DMS依赖性会减弱，而DLS依赖性则会增强。这种转变可能由谷氨酸能输入的突触权重变化介导。 目的：研究人员结合蛋白质印迹法（western-blot）、微量注射和离体电生理技术，在雄性和雌性C57BL/6J小鼠中，探究了α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸受体（α-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors, AMPAR）（驱动谷氨酸能传递）在奎宁掺入酒精（quinine-adulterated alcohol）饮用过程中，于DMS和DLS内随厌恶抵抗性饮酒发展的作用。 结果：研究发现，AMPAR亚基组成和功能在DMS中随厌恶抵抗性饮酒的发展而变化，其中钙通透性（calcium permeable, CP）-AMPAR驱动了该行为。蛋白质印迹显示，在未接触酒精的小鼠中，DMS的GluA1与奎宁掺入酒精饮用量呈负相关；而在厌恶抵抗性小鼠中，DMS的GluA1/A2比值与奎宁掺入酒精饮用量呈正相关，这表明厌恶抵抗性能正向预测DMS中CP-AMPAR表达的可能性。雌性厌恶抵抗性小鼠的DMS或DLS的GluA1/A2比值也表现出显著的正相关，且其GluA2与厌恶抵抗性饮酒量呈显著负相关。在未接触酒精的小鼠中，阻断DMS的CP-AMPAR导致奎宁掺入酒精饮用量增加，表明DMS中的CP-AMPAR阻止了厌恶抵抗性饮酒。对DMS棘状投射神经元（spiny projection neurons）进行的离体电生理学研究表明，与未接触酒精的小鼠相比，厌恶抵抗性饮酒小鼠具有更强的内向整流（inward rectification）和对CP-AMPAR拮抗剂的更高敏感性，这表明在形成厌恶抵抗性饮酒后，DMS中的棘状投射神经元表达了更多的CP-AMPAR。然而，在有饮酒史的小鼠中，对CP-AMPAR拮抗作用的敏感性与厌恶抵抗性饮酒呈负相关。 结论：这些数据提供了证据，表明反复的酒精狂欢改变了DMS的CP-AMPAR活性，其中初始的DMS活性起到因果性地阻止厌恶抵抗性饮酒的作用，但在导致厌恶抵抗性酒精饮酒的反复狂欢后，DMS棘状投射神经元招募了CP-AMPAR。在有饮酒史的小鼠中，CP-AMPAR拮抗作用与厌恶抵抗性饮酒呈负相关，这表明DMS CP-AMPAR的可塑性与奎宁敏感性无关。这些数据为DMS在厌恶抵抗性饮酒中的因果作用提供了证据，并提出了关于CP-AMPAR在整个饮酒史和纹状体细胞类型中的功能作用的问题。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

酒精使用障碍（Alcohol Use Disorder, AUD）是一种慢性复发性脑疾病，其核心特征之一是患者明知饮酒会导致负面后果（如健康损害、社会关系破裂等），却仍然无法停止或控制饮酒行为，即所谓的“厌恶抵抗性饮酒”（aversion-resistant drinking）。理解这一病态行为的神经生物学机制，对于开发有效的预防和治疗策略至关重要。

长期以来，研究者们普遍认为，高效、自动化的习惯性行为系统与灵活、有意识的目标导向行为系统之间的失衡是成瘾的关键。具体而言，背内侧纹状体（dorsomedial striatum, DMS）被认为是执行目标导向行为的关键脑区，而背外侧纹状体（dorsolateral striatum, DLS）则主导习惯性行为。主流理论假设，随着药物使用从随意向强迫性过渡，大脑的控制权会从依赖DMS的目标导向系统转向依赖DLS的习惯系统。尽管大量证据支持DLS在强迫性药物寻求和摄取中的作用，但关于DMS在这一过程中的角色，尤其是其在面对负面后果时的“失活”或“脱离”假说，实验证据尚不充分。此外，先前的研究多集中于药物寻求行为（如压杆操作），而对药物摄取（即饮用）行为背后的神经机制探讨较少。本研究旨在填补这一空白，聚焦于DMS和DLS中谷氨酸能突触传递的关键分子——α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸受体（AMPAR），特别是其钙通透性亚型（CP-AMPAR）在厌恶抵抗性饮酒发生发展过程中的动态变化与因果作用。

二、研究方法概述

研究人员采用了一套综合性的研究策略，以雄性及雌性C57BL/6J小鼠为实验对象，探究DMS和DLS中AMPAR在厌恶抵抗性饮酒发展中的作用。

1. 1.
   行为学范式：采用经典的“暗室饮酒”（Drinking-in-the-Dark, DID）模型建立暴饮样饮酒行为。通过为期21天的每日限时（2小时）20%酒精溶液暴露，使小鼠形成稳定的饮酒习惯。随后，在第22天给予掺入苦味物质奎宁（quinine, 500 μM）的酒精溶液，通过比较小鼠对纯酒精和奎宁-酒精的摄入量来评估其厌恶抵抗性程度。对照组小鼠全程只饮水。
2. 2.
   分子与生化分析：利用亚细胞分离技术富集突触后致密区（postsynaptic density, PSD）蛋白，并通过蛋白质印迹法（Western blot）定量检测DMS和DLS中AMPAR亚基GluA1和GluA2的表达水平，以此间接推断CP-AMPAR的相对含量。
3. 3.
   药理学干预：通过在DMS内埋植套管并进行微量注射，局部给予CP-AMPAR选择性拮抗剂NASPM或M4毒蕈碱型乙酰胆碱受体拮抗剂托吡卡胺（tropicamide），以探究DMS内特定受体对厌恶抵抗性饮酒行为的因果影响。
4. 4.
   离体电生理记录：在行为测试结束24小时后制备含有DMS的急性脑切片，采用全细胞电压钳记录技术，记录DMS棘状投射神经元（spiny projection neurons, SPNs）上的兴奋性突触后电流（evoked excitatory postsynaptic currents, eEPSCs）。通过测量NASPM引起的电流抑制百分比和电流-电压（I-V）关系曲线计算的内向整流指数（rectification index, RI），来评估CP-AMPAR在SPNs上的功能性表达。

三、主要研究结果

1. 突触后致密区富集的AMPAR蛋白表达在DMS和DLS中的变化

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  发现：虽然DMS和DLS中GluA1、GluA2及其比值的总体水平在饮酒史组间无显著差异，但相关性分析揭示了重要线索。
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  结论：在仅饮水的对照小鼠中，DMS的GluA1水平与奎宁-酒精饮用量呈边缘显著的负相关趋势，提示DMS中CP-AMPAR可能发挥保护作用，防止厌恶抵抗性饮酒的发生。相反，在具有饮酒史的厌恶抵抗性雌性小鼠中，DMS和DLS的GluA1/A2比值均与奎宁-酒精饮用量及奎宁敏感性呈显著正相关，表明高水平的CP-AMPAR与更强的厌恶抵抗性行为相关联。

2. DMS CP-AMPAR拮抗作用导致奎宁-酒精摄入增加

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  发现：在饮水对照小鼠的DMS内微量注射CP-AMPAR拮抗剂NASPM，显著增加了其在饮酒开始后15分钟内的奎宁-酒精摄入量，但对总时长2小时的摄入量无显著影响。此效应具有特异性，因为NASPM不影响水的摄入，且另一种DMS受体（M4受体）的拮抗剂托吡卡胺不能模拟此效果。
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  结论：在未经历长期饮酒的个体中，DMS内的CP-AMPAR活性是抑制早期阶段厌恶抵抗性饮酒所必需的，它们可能作为“刹车信号”阻止个体在面临负面后果时过度饮酒。

3. DMS棘状投射神经元中CP-AMPAR的功能表达与饮酒史的关系

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  发现：离体电生理记录显示，与饮水对照小鼠相比，具有饮酒史的小鼠其DMS SPNs对NASPM更敏感（即eEPSC被抑制的比例更大），并且表现出更强的内向整流。多因素回归分析表明，饮酒史是预测内向整流指数的唯一显著因子，而性别和奎宁-酒精饮用量则不是。
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  结论：反复的暴饮样酒精暴露会导致DMS SPNs上功能性CP-AMPAR的表达增加。这种可塑性变化是酒精暴露本身的结果，而非直接由厌恶抵抗性行为（奎宁敏感性）决定。

4. 电生理指标与行为的相关性

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  发现：在有饮酒史的小鼠中，SPNs对NASPM的敏感性（反映CP-AMPAR丰度）与奎宁敏感性呈弱负相关，即NASPM敏感性越高的小鼠，对奎宁的厌恶感越强（喝的越少）。然而，内向整流指数与奎宁敏感性之间无显著相关性。
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  结论：虽然长期饮酒诱导了SPNs上CP-AMPAR的上调，但这些受体在SPNs上的功能与个体的奎宁敏感性（即厌恶抵抗性程度）之间的关系复杂，并非简单的线性对应。这可能暗示，在非SPN的其他细胞类型（如星形胶质细胞）上的CP-AMPAR，可能在调控奎宁敏感性方面扮演着更直接的角色。

四、讨论与结论

本研究揭示了DMS中CP-AMPAR在厌恶抵抗性饮酒发展中复杂的、甚至是双相的作用。一方面，在饮酒史较短或未形成的个体中，DMS的CP-AMPAR（很可能位于非SPN细胞，如星形胶质细胞）充当了“保护者”的角色，其活性有助于维持对负面后果的敏感性，从而抑制强迫性饮酒。另一方面，长期的暴饮式酒精暴露本身即可作为一种可塑性刺激，导致DMS SPNs上CP-AMPAR的功能性上调。这种上调似乎是酒精暴露的普遍结果，而非特异性地编码了厌恶抵抗性行为。然而，研究也观察到，在具有饮酒史的小鼠群体内部，SPNs上CP-AMPAR的功能强度与个体的厌恶抵抗性程度存在一定的关联，但这种关联是负向的，这进一步强调了不同细胞类型上CP-AMPAR功能的差异性。

研究结论翻译：

这些数据提供的证据表明，反复的酒精狂欢改变了DMS的CP-AMPAR活性。初始的DMS活性起到因果性地阻止厌恶抵抗性饮酒的作用，但在经过导致厌恶抵抗性酒精饮酒的反复狂欢后，DMS的棘状投射神经元会招募CP-AMPAR。在有饮酒史的小鼠中，CP-AMPAR拮抗作用与厌恶抵抗性饮酒呈负相关，这表明DMS CP-AMPAR的可塑性与奎宁敏感性无关。这些数据为DMS在厌恶抵抗性饮酒中的因果作用提供了证据，并提出了关于CP-AMPAR在整个饮酒史和纹状体细胞类型中的功能作用的新问题。