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酒精濫用仍然是一個重大的全球健康問題，每年直接或間接導致數百萬人死亡。酒精濫用會導致前額葉皮層活動紊亂，但其對特定前額葉環路的具體影響仍有待闡明。

基于此，2025年6月10日，馬薩諸塞大學Gilles E. Martin研究團隊在nature neuroscience雜志發表了“Suppression of binge alcohol drinking by an inhibitory neuronal ensemble in the mouse medial orbitofrontal cortex”揭示了小鼠內側眶額葉皮層中一種抑制性神經元集群對酗酒行為的抑制作用。

在這項研究中，作者發現小鼠內側眶額葉皮層（mOFC）中存在一組離散的GABA能抑制性神經元集群，這組神經元在酗酒行為發生時被特異性激活并能夠限制進一步的飲酒行為。利用光遺傳學技術沉默這群神經元或將其損毀，都會導致酗酒行為失控。該神經元集群對酒精具有特異性，在其他獎賞性物質作用下不會被激活。這些神經元在整個大腦中有廣泛的投射，但其中投射到丘腦內背側核（MD）的通路被證實是調控酗酒行為的關鍵路徑。綜上所述，這項研究揭示了mOFC中一條具有保護作用的大腦環路，它通過減少酒精攝入來防止酗酒行為的發生。這一發現為開發以mOFC神經元集群為靶點的干預策略提供了新的方向。

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圖一 暴飲酒精會激活mOFC中一個穩定的神經元集群

已有研究表明， mOFC的神經活動與人類和大鼠的酗酒行為相關，但mOFC在酗酒中的具體作用機制尚不清楚。為研究其功能，研究人員對8周齡的C57BL/6J小鼠進行了“黑暗中飲酒”（DID）實驗。小鼠在連續3天每天接觸酒精溶液2小時，并在第4天延長至4小時，從而引發大量酒精攝入。作為對照，其他小鼠分別接受糖精或水處理。選擇糖精是因為它能激活獎賞系統，且喜歡飲酒的小鼠通常也會飲用較多糖精。所有組別的小鼠在最后一次DID實驗中飲酒量均增加，且雄性和雌性之間無明顯差異。關鍵的是，在第4天實驗結束時，血液酒精濃度超過80 mg/dl-1，與人類暴飲時的水平相當，驗證了該模型可用于研究酗酒過程中神經元集群的形成。為了進一步分析mOFC對酗酒的反應，研究人員檢測了Fos這一神經元激活標志物的表達變化。結果發現，酒精和糖精都能在攝入后2小時激活mOFC中一組特定的Fos+神經元，且雄性和雌性之間沒有顯著差異。因此，后續實驗包括了兩種性別。為了研究這些神經元的功能，研究人員使用了TRAP2小鼠模型，在最后一次酗酒后2小時注射4-羥他莫昔芬（4-OHT），并在10天后檢測tdTomato蛋白的表達以標記被激活的神經元。同時設置了飲水和糖精對照組。結果顯示，TRAP2小鼠的飲酒行為與C57BL/6J小鼠相似?？紤]到DID范式缺乏選擇性，研究人員還進行了雙瓶選擇實驗（2BC），以驗證在允許自由選擇酒精或水的情況下是否也能觀察到相同神經元集群。為了評估TRAPed神經元是否構成穩定的神經元集群，研究人員測試了第一次暴飲中被激活的神經元是否會在第二次暴飲中再次被激活。他們在第一次DID后注射4-OHT以標記酒精激活的神經元，并在第二次DID后通過免疫熒光檢測Fos+神經元。結果表明，在第二次DID中，不論是酒精組還是糖精組，都重新激活了第一次識別出的神經元集群，說明這是一個在多次DID中穩定存在的神經元集群。此外，在2BC實驗中也觀察到了類似的重疊，說明由DID激活的集群同樣參與了自由選擇條件下的飲酒行為。在另一組實驗中，研究人員改為腹腔注射高劑量酒精，發現同樣能重新激活第一次DID中識別出的神經元集群，說明該集群的激活與血液酒精濃度有關。由于在飲水組中幾乎檢測不到TRAPed神經元，后續實驗將糖精激活的神經元集群作為對照。最后，研究人員發現酒精和糖精激活的神經元集群幾乎沒有重疊，說明它們各自激活了不同的神經元群體。酒精會激活mOFC中一個穩定且特異的神經元集群。酒精已被證實與多種高風險行為有關。研究人員進一步探討了該酒精激活的神經元集群是否與壓力、尼古丁攝入、社交挫敗或社交探索等行為相關。結果顯示，該神經元集群僅對酒精特異性響應，不受其他相關行為影響。這些發現揭示了mOFC中存在一個對酒精高度特異、在多次飲酒過程中穩定激活的神經元集群。

圖二 高劑量酒精會激活酒精相關神經元集群

為了探究TRAPed神經元在第二次DID飲酒過程中何時被激活，以及它們與飲酒行為（稱為SIP）之間的時間關系，研究人員使用了光纖記錄技術。他們在小鼠mOFC中注射了GCaMP6s，并在第一次DID結束后注射4-OHT使GCaMP6s僅在TRAPed神經元中表達。三周后，讓小鼠再次飲用酒精，并在第二次DID實驗的最后階段記錄鈣信號變化。研究人員將4小時的飲酒時間分為三個階段：T1（0–80分鐘）、T2（80–160分鐘）和T3（160–240分鐘），每個階段記錄5分鐘的鈣信號，并將神經元活動與飲水行為進行時間鎖定分析。結果顯示，酒精TRAPed神經元在T3階段顯著活躍，而在此前BEC仍較低的階段則沒有明顯變化。有趣的是，在神經元活躍的同時，舔舐次數有下降的趨勢。當小鼠在T3階段接觸水、糖精或奎寧時，未觀察到酒精TRAPed神經元的鈣信號發生變化，說明這些神經元對酒精具有特異性反應?？紤]到TRAPed神經元的鈣反應主要在飲酒后期顯著增強，研究人員推測這種增強可能與血液中的高酒精濃度有關。因此，他們比較了接受10%和20%酒精溶液的小鼠在飲酒模式及mOFC中酒精神經元集群形成方面的差異。結果顯示，飲用10%酒精的小鼠飲酒量低于飲用20%酒精的小鼠，且只有飲用20%酒精的小鼠達到了較高的BEC水平。值得注意的是，在飲用10%酒精的小鼠中，未觀察到mOFC中酒精神經元集群的形成。為了進一步驗證神經元集群的形成是否依賴于高BEC水平，研究人員在DID實驗開始前1小時注射了吡唑（一種抑制酒精代謝的化合物），對照組則注射生理鹽水。實驗組小鼠僅在2小時內飲用20%酒精。雖然這些小鼠的飲酒量少于自由飲酒4小時的小鼠，但它們的BEC仍然達到了較高水平。結果發現，只有同時接受了吡唑和2小時飲酒的小鼠形成了酒精神經元集群；而在僅飲酒2小時或僅注射吡唑的小鼠中未觀察到該集群。這表明，高水平的BEC是神經元集群形成的必要條件。相比之下，糖精神經元集群的形成并不受糖精攝入量的影響。綜上所述，暴飲酒精會激活mOFC中一個穩定的神經元集群，其形成和再激活依賴于酒精攝入的水平。

圖三 耗竭酒精激活的神經元集群會增加長期飲酒量

鑒于光遺傳學實驗已經表明，酒精激活的神經元集群能夠調控酒精攝入，作者進一步想知道它是否也會影響后續的飲酒行為。研究人員采用了一種依賴Cre表達的Casp3方法來損毀該神經元集群。在第一次DID（神經元集群形成階段）和第二次DID（Casp3誘導的神經元集群損毀后）之間比較了小鼠的飲酒情況。這種方法顯著減少了飲酒和糖精飲用小鼠中神經元集群的規模，驗證了其有效性。與光遺傳學實驗結果一致，損毀酒精神經元集群在第二次DID中顯著增加了酒精攝入量，而損毀糖精神經元集群則未改變糖精攝入。酒精神經元集群的損毀不影響飲水量或運動活性，但在選擇性飲酒實驗中顯著提高了對酒精的偏好。為進一步研究這種神經元集群的損毀是否會影響小鼠在面臨負面后果時的飲酒行為，研究人員在酒精溶液中逐步加入奎寧（一種苦味劑）進行測試。結果顯示，神經元集群被損毀的小鼠對奎寧的厭惡反應顯著減弱，說明酒精神經元集群在維持酒精攝入的負面情緒評估中起關鍵作用。最后，研究人員在接下來的六次DID實驗中持續觀察了損毀該神經元集群的影響，發現其損毀后飲酒量呈現出穩定且顯著的上升趨勢。綜上所述，酒精神經元集群的損毀在后續的DID實驗中對酒精攝入具有穩定且持久的促進作用。為了驗證mOFC是通過特定的酒精神經元集群，還是通過整體GABA能中間神經元群體來調控酒精攝入，研究人員在GAD2小鼠中進行了光遺傳學實驗。結果顯示，操控整個GABA能神經元群體并未產生明顯影響，這進一步支持酒精攝入調控機制是由特定酒精神經元集群介導。

圖四 mOFC→MD環路部分由GABA能神經元構成

接下來，作者研究了mOFC中被酒精激活并標記的神經元（即TRAPed神經元）向MD投射的功能作用。MD是接受來自酒精神經元集群輸入的腦區，但不接收來自糖精神經元集群的輸入。在mOFC中表達光敏感通道蛋白ChR2，并在小鼠進行第二次暴飲實驗時，每當它們接觸酒精瓶飲水時，就對這些神經元向MD的投射進行光遺傳刺激。結果發現，在T1階段進行光刺激顯著減少了總的酒精攝入量以及相應的血液酒精濃度（BEC）。這表明，mOFC→MD的酒精神經元集群投射具有抑制酒精攝入的作用，且不影響運動活性。在實時位置偏好實驗中，該刺激表現出一定的厭惡趨勢，說明這一環路的激活可能帶來負面情緒體驗。重要的是，這種效應具有特異性，因為對mOFC→MD神經元投射的光激活并未改變水、奎寧或糖精的攝入行為。進一步地使用NpHR光遺傳工具抑制mOFC中投射到MD的酒精神經元末梢，結果顯示有增加酒精攝入的趨勢，并伴隨著舔舐次數的上升，但血液酒精濃度、運動活性以及水、奎寧或糖精的攝入量均未發生明顯變化。這些結果表明，從mOFC到MD的酒精神經元投射構成了一個限制酒精攝入的關鍵腦環路。為了確定該投射是否屬于GABA能神經元（即釋放抑制性遞質GABA），研究人員在TRAP2小鼠的MD區域注射了一種依賴Cre表達的AAV病毒并在標記酒精神經元集群后，進行了免疫熒光染色，將投射到MD的神經元胞體與GABA標記物進行共定位分析。結果顯示，61.54%的投射神經元為GABA能神經元。為進一步驗證mOFC神經元集群是否與MD之間存在直接突觸連接，研究人員注射了一種依賴Cre表達的AAV5-ChR2病毒，并在標記神經元集群后，對急性腦片進行電生理記錄，同時用藍光刺激mOFC傳入纖維以誘發突觸電流。在正常條件下，光刺激在?70 mV電壓下引發了內向電流，并可在加入GABAA受體拮抗劑后被顯著阻斷。

總結

mOFC→PAG神經元集群環路并不調節暴飲酒精行為。 這一結果與近期一項發現形成對比：該研究顯示，內側前額葉皮層到導水管周圍灰質（PAG）的通路與強迫性酒精攝入有關。重要的是，在本研究中作者發現，mOFC神經元集群到MD的環路能夠抑制暴飲酒精行為。這是首次報道某一神經元集群具有抑制酒精攝入的作用，為成癮研究領域提供了新的視角，并為開發以mOFC神經元集群為靶點的干預策略提供了潛在方向。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-01970-x