Nature：可卡因化学遗传学可精准干预成瘾回路

作者旨在开发一种可卡因激活的化学遗传工具，以研究可卡因成瘾的神经机制。由于可卡因本身是多巴胺转运体的抑制剂，难以直接改造为神经调控工具，但其结构与烟碱型乙酰胆碱受体（α7-nAChR）激动剂相似。为此，研究人员利用嵌合离子通道（将α7的配体结合域与5-HT3或GlyR的离子孔道融合），并通过突变筛选增强其对可卡因的响应。关键突变（如L141G、G175K、Y210F、Y217F）显著提升了可卡因的激动活性，同时降低对内源性配体乙酰胆碱的敏感性。最终构建的coca-5HT3通道在约1.5 μM可卡因浓度下即可有效激活，接近脑内行为相关浓度且对生理水平的乙酰胆碱无响应。结合实验还显示其具有高亲和力结合位点。该工具为在体操控可卡因反应神经元、研究成瘾回路提供了新平台。

图1可卡因门控离子通道

为验证可卡因化学遗传学是否可干预可卡因的奖赏效应，研究人员在LHb表达可卡因激活的兴奋性通道coca-5HT3。LHb具有抗奖赏功能，通常被可卡因抑制从而促进觅药行为。作者设想通过coca-5HT3在可卡因存在时反向激活LHb，可抵消其抑制，进而削弱可卡因的强化作用。实验使用静脉自身给药模型。在训练阶段，表达coca-5HT3的大鼠与对照组在习得可卡因自我给药方面无差异，表明该工具不影响基本觅药能力。但在剂量-反应测试中，coca-5HT3组的可卡因摄入量显著减少，剂量-反应曲线整体下移，尤其在0.125和0.25 mg/kg剂量下输注次数明显低于对照组，表明可卡因的强化效应被削弱。对照实验显示，coca-5HT3表达不影响食物奖励获取、蔗糖偏好或自发活动，说明其作用具有情境依赖性，仅在可卡因暴露时生效，不影响自然奖赏或运动功能。该结果表明，利用coca-5HT3在LHb实现可卡因依赖性激活可选择性抑制可卡因的强化效应，为成瘾干预提供了新型精准策略。

图2 利用化学遗传学抑制外侧缰核神经元可减少可卡因觅药行为

可卡因的成瘾性主要依赖于伏隔核（NAc）多巴胺的升高，而LHb可负向调控这一过程。研究人员假设在LHb表达可卡因激活的coca-5HT3通道后，可卡因会反向激活LHb，从而抑制多巴胺释放。为验证此假设，首先使用[18F]fallypride PET成像检测多巴胺释放。结果显示，对照组大鼠注射可卡因后，腹侧纹状体的示踪剂结合显著降低，表明多巴胺水平升高；而在LHb表达coca-5HT3的大鼠中，这种置换效应明显减弱，提示多巴胺释放被抑制。进一步实验确认，coca-5HT3不影响基础多巴胺浓度，其效应特异性地发生在可卡因暴露时。此外，在腹侧被盖区（VTA）多巴胺神经元中表达可抑制性通道coca-GlyR，同样可阻断可卡因诱导的多巴胺升高，验证了化学遗传工具的有效性。最后，使用基因编码多巴胺传感器GRABDA进行光纤记录，发现对照组大鼠在可卡因刺激下伏隔核多巴胺信号显著上升，而LHb表达coca-5HT3的大鼠则无显著反应，其曲线下面积显著更低。当可卡因存在时，coca-5HT3在LHb的激活可有效抑制其诱导的伏隔核多巴胺升高，这与该干预减少可卡因自我给药的行为结果一致，表明该化学遗传策略可靶向阻断可卡因的奖赏通路。

图3 LHb表达coca-5HT3可抑制可卡因诱导的伏隔核多巴胺升高

成瘾药物寻求通路与健康生理奖赏动机的共享机制，一直是开发成瘾药物药理疗法的主要障碍。作者发现，在可卡因滥用风险的成熟临床前模型中，可卡因门控的化学遗传学方法激活LHb能够抑制大鼠的可卡因摄入。由于这些化学遗传离子通道对可卡因具有特异性，未来有望发展出选择性治疗可卡因成瘾的基因疗法，同时不影响个体对自然奖赏的享受。

参考文献