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审阅︱马腾飞，朱永生
点评︱张黎（美国国立卫生院），张汉霆（青岛大学）
责编︱王思珍
长期大量饮酒会导致酒精使用障碍（Alcohol use disorders，AUDs）伴随认知灵活性丧失，进而出现饮酒渴求行为。而背侧纹状体在行为的选择，自主运动和认知灵活性等方面发挥重要作用，长期大量饮酒促使目标导向行为逐渐向习惯化行为的发展，最终导致强迫性饮酒行为[1-2]。背侧纹状体分为背内侧纹状体（dorsomedial striatum，DMS）和背外侧纹状体（dorsolateral striatum，DLS）。近年研究发现眶额皮层（orbitofrontal cortex，OFC）与DMS调控行为灵活性[3]，这表明行为的灵活性需要皮质纹状体回路之间的动态相互作用[4, 5]。DMS主要包含胆碱能中间神经元（cholinergic interneurons，CINs）和两种表达多巴胺受体D1和D2的投射中棘神经元（D1-MSNs和D2-MSNs）[6, 7]。“簇状-暂停”（burst-pause）放电是胆碱能中间神经元特征性的放电模式。在自发放电基础上，给予外界刺激产生成串放电，称之为“簇状”放电，与乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）释放多少有关；随后出现放电的抑制过程，称之为“暂停”，其时长反映了ACh对投射神经元D1-MSNs和D2-MSNs突触传递的差异性调节[8-10]，提示该放电模式是影响ACh释放和神经环路调节的重要机制。虽然OFC和DMS之间存在联系，但尚不清楚OFC对以上特定类型神经元的投射如何控制认知灵活性进而影响饮酒渴求行为。1. OFC与DMS神经元有兴奋功能连接，且可促发CINs “簇状-暂停”放电
作者为了确定对DMS脑区CINs具有投射的上游核团，使用ChAT-Cre小鼠注射Rabies病毒（图1 A-D）；使用D1-Cre和D2-Cre小鼠进行与ChAT-Cre小鼠相同的逆行示踪实验（图1 E-H）；对DMS脑区的MSNs和CINs进行全细胞膜片钳记录，光遗传激活OFC神经传入（图1 I-K）；采用细胞贴附式记录，记录 CINs“簇状-暂停”放电（图1 L-M）。结果说明OFC与DMS 神经元有兴奋功能连接，且可促发CINs“簇状-暂停”放电。图1 OFC与DMS神经元有兴奋功能连接，且可促发CINs“簇状-暂停”放电。（图源：LiJ, et al., Biological Psychiatry, 2024）2. 慢性饮酒缩短OFC触发的DMS脑区CINs“暂停”放电时长，抑制OFC-DMS脑区谷氨酸能传递，损害CINs对MSNs的调节
为了研究慢性饮酒对DMS脑区CINs“簇状-暂停”放电的影响，于OFC脑区注射光遗传病毒，采用贴附式记录CINs放电情况（图2 A-C）；此外，研究OFC-DMS脑区特定类型神经元突触传递的影响，分别记录饮水和饮酒组中OFC-CINs和OFC-MSNs谷氨酸突触传递（图2 D-G）；同时，在诱发CINs “簇状-暂停”放电前后，记录MSNs对突触前刺激的AMPAR-EPSCs和NMDAR-EPSCs反应（图2 H-N）。结果发现慢性饮酒缩短OFC触发的DMS脑区CINs“暂停”放电时长，抑制OFC-DMS脑区谷氨酸能传递，损害CINs“簇状-暂停”放电介导的对MSNs的调节。图2 慢性饮酒缩短OFC触发的DMS脑区CINs“暂停”放电时长，抑制OFC-DMS脑区谷氨酸能传递，损害CINs对MSNs的调节（图源：Li J,et al., Biological Psychiatry, 2024）3. 诱导OFC-DMS神经环路可塑性，可延长CINs“暂停”放电时长，增强OFC-CINs谷氨酸能突触传递，改善饮酒小鼠认知灵活性
高频刺激OFC至DMS神经传入，记录CINs兴奋性突触后电位（EPSPs）情况（图3 A-C），在高频刺激前后，分别记录饮水和饮酒组CINs“暂停”放电时长（图3 D-E）；此外，检测小鼠认知灵活性的改变（图3 F-H）以及OFC-CINs成对脉冲比（paired pulse ratio, PPR）和AMPAR-EPSCs（图3 I-L）。结果显示高频刺激OFC至DMS神经传入，可延长CINs“暂停”放电时长，增强OFC-CINs谷氨酸能突触传递，改善饮酒小鼠认知灵活性。图3 诱导OFC-DMS神经环路可塑性，可延长CINs“暂停”放电时长，增强OFC-CINs谷氨酸能突触传递，改善饮酒小鼠认知灵活性（图源：LiJ, et al., Biological Psychiatry, 2024）4. CINs介导OFC-DMS 环路可塑性参与调节饮酒小鼠行为灵活性
作者为了研究DMS脑区CINs在饮酒小鼠行为灵活性调节中的作用，于小鼠 OFC脑区注入病毒并埋置光纤，经过8周饮酒训练后进行实验（图4 A-C）；对小鼠腹腔注射CNO（1 mg/kg）进行逆转测试，30 min后对小鼠进行体内光遗传诱导OFC-DMS神经元环路LTP，并进行逆转行为学测试以及旷场行为学测试（图4 D-F）。结果证明DMS 脑区CINs可能是OFC-DMS神经环路参与饮酒小鼠认知灵活性调节的关键神经元。图4 CINs 介导 OFC-DMS 环路可塑性参与调节饮酒小鼠行为灵活性（图源：Li J, et al., Biological Psychiatry, 2024）5. 增强OFC-DMS环路可降低小鼠酒精寻求行为
最后作者采用光遗传技术检测诱导OFC-DMS环路突触传递长时程增强对酒精寻求行为的影响（图5 A-C）。在高频刺激OFC-DMS环路后，饮酒小鼠对酒精的鼻触次数、酒精输送次数和获得的酒精奖励均持续下降（图5 D-F）。采用光遗传，化学遗传结合ChAT-Cre，D2-Cre转基因动物，分别抑制CINs和D2-MSNs活性，可一定程度抑制高频刺激OFC-DMS环路对饮酒行为的改善（图5 G-N）。结果证明了增强OFC-DMS环路可以减少长期饮酒小鼠的酒精寻求行为，这需要CINs和D2-MSNs的参与。图5 增强 OFC-DMS环路可降低小鼠酒精寻求行为。（图源：LiJ, et al., Biological Psychiatry, 2024）图6 工作总结图：长期饮酒会损害OFC-DMS脑区CINs中的谷氨酸能传递，缩短CINs“簇状-暂停”放电的“暂停”时长，损害认知灵活性。通过oHFS诱导LTP重塑OFC-DMS神经环路，延长CINs的“暂停”时长并改善CINs对D2-MSNs的突触后易化，提高小鼠认知灵活性表现并减少酒精渴求行为。综上所述，本研究探索了OFC-DMS神经元环路参与介导认知灵活性的新机制。通过结合在离体光遗传学、膜片钳、行为学等实验手段，作者发现长期慢性饮酒会减少OFC对DMS脑区谷氨酸能传入，抑制DMS脑区CINs对MSNs的调节作用，可能参与介导了认知灵活性损害；通过条件性增强OFC-DMS环路能够逆转认知行为学表现，并进一步降低酒精渴求行为。该研究有助于揭示AUDs的发生发展过程，对于防治AUDs提供新的策略。
与传统的长期饮酒会抑制丘脑对纹状体胆碱能神经元CINs的兴奋性谷氨酸能传入机制不同，该研究大胆推测眶额皮质OFC参与CINs “簇状-暂停”放电在认知灵活性方面的作用。研究结果显示慢性饮酒降低OFC神经元的兴奋性，从而抑制了OFC到纹状体CINs和MSNs谷氨酸能的传递，同时缩短CINs“簇状-暂停”放电模式中“暂停”放电时长，最后影响其对于MSNs的调节功能。这一机制性的新发现对于OFC触发背侧纹状体DMS脑区中CINs“簇状-暂停”放电以及其中的神经环路调控具有至关重要的作用。研究进一步采用光遗传学高频刺激OFC-DMS神经环路改善了小鼠的认知灵活性及酒精渴求行为。这些发现有助于揭示酒精使用障碍的发生发展过程，对于指导其防治具有重要的意义。张汉霆（青岛大学首席教授，山东省脑疾病机制与防控重点实验室主任）这篇来自马腾飞教授和朱永生教授团队的论文是一项具有创新性的研究，一方面揭示了慢性饮酒模型小鼠眶额皮质OFC及其下游背侧纹状体DMS脑区中各神经元类型的改变情况；另一方面阐明了该OFC-DMS脑区与酒精致认知失灵活性的关系。该研究进一步阐明OFC-CINs-D2-MSN神经环路在慢性酒精所致认知失灵活性中关键作用。通过采用光遗传学高频刺激形成该神经环路的LTP，进一步减弱了小鼠的饮酒渴求行为，此机制可能是通过增强CINs对D2-MSNs突触后易化实现的。总之，这篇论文将为针对该环路临床治疗酒精使用障碍患者的渴求行为提供新的理论依据，也为以神经环路调节为靶点的物质使用障碍的治疗以及药物研发提供新的思路和有益的靶标。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2024.10.005南京医科大学药学院博士研究生李嘉欣、硕士研究生周瑶和讲师殷芳圆为论文共同第一作者，南京医科大学马腾飞教授、西安交通大学朱永生教授为论文共同通讯作者。本研究由国家自然科学基金面上项目资助。通讯作者介绍：马腾飞，教授，博士生导师。南京医科大学药物依赖及戒断转化医学研究中心主任，现代毒理学教育部重点实验室PI，江苏省心脑血管药物重点实验室PI，江苏特聘教授，江苏省防范毒品滥用专家组成员。长期从事神经药理学研究，2014-2018年在美国德克萨斯A&M大学从事酒精等药物成瘾神经元环路机制及干预策略研究。近年来发表SCI学术论文40余篇，收录在Nature Neuroscience, Journal of Clinical Investigation (JCI), Biological Psychiatry, Biosensors and Bioelectronics, Aging cell等国际期刊。主持国家自然科学基金面上项目，承担江苏省“双创团队”等基金项目。目前担任中国毒理学会药物依赖性专委会委员、中国药物滥用防治协会成瘾与脑科学分会委员、中国药理学会神经精神药理学专委会委员、中国生理学会中医与脑稳态专委会委员。通讯作者介绍：朱永生 西安交通大学 教授 博士生导师。陕西省“三秦英才特殊支持计划”科技创新领军人才。陕西省西安市爱岗敬业道德模范。长期以来一直从事神经精神疾病神经生物学及分子机制研究。2013年6月获得法医学博士学位，2016年4月-2017年4月在美国德州农工大学健康医学中心及美国Drexel大学医学院神经生物与解剖学系访问学习。以第一或通讯作者在Cell，Journal of Clinical Investigation，Biological Psychiatry等杂志发表SCI 论文30余篇（一作或通讯），中文核心期刊论文7篇。主持国家自然科学基金3项，省部级项目5项。参编十二五、十三五国家出版基金项目丛书5本，其中4本担任副主编。发明实用性专利3项。主编或参编教材6本，发表教学文章10篇，带领本科生获得第九届全国大学生基础医学创新大赛金奖&最佳学术奖&优秀指导教师。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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