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内部状态如饥饿、疼痛、口渴和觉醒可通过影响感觉和记忆处理来偏倚行为。在酒精成瘾的背景下，内部状态对理解成瘾至关重要，因为它们影响渴求、复吸和复发。去甲肾上腺素（norepinephrine）在饥饿和酒精诱导的觉醒与偏好中均发挥关键作用，但尚不清楚其调节饥饿对酒
内部状态如饥饿、疼痛、口渴和觉醒可通过影响感觉和记忆处理来偏倚行为。在酒精成瘾的背景下，内部状态对理解成瘾至关重要，因为它们影响渴求、复吸和复发。去甲肾上腺素（norepinephrine）在饥饿和酒精诱导的觉醒与偏好中均发挥关键作用，但尚不清楚其调节饥饿对酒精偏好影响的回路层面机制。研究人员利用交叉遗传工具（intersectional genetic tools）操纵表达章鱼胺（octopamine）——脊椎动物去甲肾上腺素的无脊椎动物类似物——的神经元，以解决这一问题。研究人员鉴定出单个章鱼胺能神经元，它仅在果蝇（Drosophila）食物剥夺时对乙醇寻求行为是必需的。饥饿提高了该神经元的基线活动，使其对先前与乙醇配对过的气味线索更加敏感。遗传学与连接组学（connectome）分析相结合揭示，该章鱼胺能神经元的突触伙伴形成一个作用于果蝇记忆回路的功能模块。因此，研究人员证明饥饿募集了一条平行回路（parallel circuit）来驱动习得的乙醇偏好，为内部状态影响乙醇相关线索记忆表达提供了神经框架。
**研究背景与目的**
内部状态如饥饿、疼痛、口渴和觉醒可通过影响感觉与记忆处理来灵活引导动物的决策。在酒精成瘾背景下，内部状态与酒精药理学特性的交互作用尤为复杂：饥饿可通过高度保守的肽能、食欲素能和单胺能通路增加大鼠、小鼠、豚鼠、仓鼠、非人灵长类及人类的酒精消费。然而，饥饿如何影响酒精药理特性被编码并记忆为奖赏的神经机制尚不完全清楚。去甲肾上腺素（norepinephrine）是介导饥饿对大脑影响的最典型神经递质之一，与酒精诱导的觉醒、偏好和消费增加相关，并参与线索预测奖赏或厌恶性体验。但由于哺乳动物去甲肾上腺素能神经元连接复杂、异质且广泛投射，研究其回路机制较为困难。果蝇（Drosophila melanogaster）中的章鱼胺（octopamine）是去甲肾上腺素的功能类似物，且可利用交叉遗传工具对单个章鱼胺能细胞进行高空间分辨率操作，加之饥饿可被严格控制，因此果蝇成为研究该问题的理想模型。研究人员假设饥饿通过果蝇章鱼胺能回路影响乙醇偏好，并对此进行了验证。
**研究开展与主要结论**
研究人员通过结合遗传学、行为学、跨突触标记、连接组数据和体内钙成像，揭示了一条平行的章鱼胺能回路基序：饥饿可募集该回路以促进线索诱导的乙醇寻求。具体而言，一个名为VUMa3(mx)的章鱼胺能神经元在食物剥夺时基线活动增加，并通过对章鱼胺/酪胺受体（Oct-TyrR）的正反馈调节维持其活性；该神经元将先前与乙醇配对的气味信息传递至蘑菇体γ2区，该区是乙醇奖赏记忆的关键枢纽。这一发现提供了内部状态影响乙醇相关线索记忆表达的神经框架。
**主要关键技术方法**
研究人员使用了多种果蝇遗传工具：利用Tdc2-GAL4及split-GAL4（MB022B、MB113C、MB021B）驱动温度敏感型dynamin显性负性等位基因shibirets实现神经元沉默，或驱动TrpA1实现热遗传激活；采用酪胺β羟化酶（TβH）突变体（TβhnM18）阻断章鱼胺合成；通过荧光原位杂交（FISH）确认VUMa3(mx)表达Tβh；构建条件性表位标记的Oct-TyrR等位基因（Oct-TyrR-F3-FRT-20XFLAG-F3-FRT）检测受体表达；利用trans-Tango进行跨突触标记；结合FlyWire连接组数据库进行突触伙伴分析；使用双光子钙成像（GCaMP7b）测量VUMa3(mx)的基线及刺激诱发活动。行为学采用乙醇-气味条件化范式，雄性果蝇（每组约60只）在饱食或食物剥夺条件下训练，24小时后在Y迷宫中测试气味偏好。果蝇品系来自Bloomington Drosophila Stock Center等资源库。
**研究结果**
（1）章鱼胺介导饥饿状态依赖的乙醇记忆表达（Octopamine mediates hunger-state-dependent ethanol memory expression）
研究人员利用TβhnM18突变体（无法将酪胺转化为章鱼胺）和Tdc2神经元沉默手段，发现食物剥夺果蝇的24小时乙醇奖赏记忆显著降低，而饱食果蝇不受影响，表明章鱼胺能神经元编码“饥饿”内部状态并参与线索诱导的乙醇记忆。通过比较MB022B、MB113C和MB021B三种split-GAL4的表达模式，只有MB021B中特有的不对称VUMa3(mx)神经元是驱动饥饿依赖乙醇寻求所必需的。荧光原位杂交确认VUMa3(mx)表达Tβh，可合成章鱼胺。
（2）VUMa3(mx)神经元基线活动与饥饿相关，并推动乙醇记忆从厌恶向奖赏的转变（VUMa3(mx) neuron baseline activity correlates with hunger and progresses the switch from aversion toward appetitive ethanol memory）
行为学时间过程显示，与饱食果蝇相比，食物剥夺果蝇在乙醇-气味条件化后约3小时即出现从厌恶到趋近的提前转变。体内钙成像表明，饥饿1、3、6、24小时后VUMa3(mx)的基线信噪比（SNR）显著增加，而TβhnM18突变体无此变化。热遗传激活MB021B（包含VUMa3(mx)和VPM4）可消除饱食果蝇3小时的条件性厌恶，但在Tβh突变背景下无效；单独激活VPM4（MB113C）也有效，但VPM4基线活动不随饥饿改变。连接组分析显示VPM4与VUMa3(md)、VUMa3(mx)之间存在前馈连接，提示激活VPM4可能通过VUMa3(mx)发挥作用。
（3）VUMa3(mx)神经元中的章鱼胺介导饥饿依赖的乙醇记忆提取（Octopamine in the VUMa3(mx) neuron relays hunger-dependent ethanol memory）
在获取期沉默MB021B神经元不影响24小时乙醇奖赏记忆，但在检索期沉默该神经元则仅在饥饿果蝇中显著降低乙醇偏好，而沉默MB113C无此效果，表明VUMa3(mx)在记忆提取阶段发挥作用。钙成像显示，食物剥夺果蝇的VUMa3(mx)对CS+（乙醇配对气味）的反应显著高于CS?，而饱食果蝇无明显差异；TβhnM18突变体无论饱食或饥饿均无差异，说明需要Tβh功能。研究人员构建了条件性表位标记的Oct-TyrR受体，证实其在VUMa3(mx)中表达。在VUMa3(mx)中敲低Oct-TyrR导致食物剥夺果蝇的乙醇寻求显著减少，提示饥饿诱导的活性增加主要依赖章鱼胺经Oct-TyrR的正反馈调节。
（4）VPM4和VUMa3神经元的下游突触伙伴（Postsynaptic partners of VPM4 and VUMa3 neurons）
trans-Tango跨突触标记显示MB021B和MB113C均支配嗅觉记忆相关区域，但MB021B在蘑菇体γ叶背侧、γ1-PED和γ2区以及上内侧原大脑（SMP）有更强支配，这些差异可能来自VUMa3(mx)。连接组分析显示VUMa3(mx)接受来自胆碱能PLP177和GABA能mALD1的输入，并输出至MBON35等神经元。沉默MBON35（R30D11-GAL4）在饥饿和饱食果蝇中均降低乙醇偏好；沉默γ2区的MBON05和MBON12也降低饱食果蝇的24小时乙醇奖赏记忆。这表明γ2区是乙醇奖赏记忆所需的中枢，VUMa3(mx)在饥饿时被募集并调节该回路。
**总结讨论与结论**
本研究揭示了一个平行乙醇记忆回路：饥饿通过章鱼胺结合VUMa3(mx)上的Oct-TyrR，以正反馈方式增加其基线活动；该神经元随后将先前与乙醇相关的线索信息传递至蘑菇体γ2区，该区无论饥饿状态如何均为乙醇记忆所需。因此，饥饿募集了一条额外的神经元VUMa3来携带线索信息至乙醇记忆回路，从而驱动乙醇寻求。研究人员推测这种状态依赖回路可能不仅限于饥饿和乙醇寻求，还可扩展至其他内部状态和嗅觉记忆类型。该研究提供了一个将内部状态调节直接与记忆处理联系起来的回路基序，加深了对压力-觉醒系统如何影响记忆处理与提取机制的理解，并为成瘾、渴求和复发提供了潜在机制解释。
