小酌或许怡情，大醉必定伤身
——以模式生物果蝇为例探讨乙醇成瘾
“绿蚁新醅酒，红泥小火炉。晚来天欲雪，能饮一杯无？“唐代诗人白居易的这首《问刘十九》描述了冬日小酌的一副美好画面，而关于酒的诗作更是浩如烟海。现在随着各种酒文化和品类的日益丰富，酒不仅仅是重要场合的必需品，也是现在年轻人结束工作后娱乐放松的快乐源泉。然而，随着酒精品类的发展和社会生活需要，酒精滥用成瘾的情况也日益加剧，酗酒行为导致如酒后失态，醉驾事故，过度饮酒导致的疾病甚至死亡等各种严重后果。明知酒精伴随着这么多危害，为什么人们还如此沉迷酒精呢？
世界卫生组织（WHO）界定成瘾的重要因素有：(1)失控：控制使用精神活性物质能力受损，持久强烈使用精神活性物质的欲望；尽管明白有害，但仍然继续使用；(2)渴求：强烈的欲望或强迫性觅药与用药行为；(3)耐受性与戒断状态：耐受性指明显增加物质的使用量才能达到中毒量或预期效果，或相同的物质使用量则达不到预期的效果；戒断状态为当物质使用减少或终止时出现的特殊症状群。成瘾的常见病因包括药物成瘾和行为成瘾；而在药物成瘾中，酒精是世界上使用最为广泛的成瘾性物质。并且酒精滥用和成瘾已被明确报道与死亡、疾病密切相关，给个人和社会带来危害。
接下来，我们将以模式生物果蝇为例，从酒精成瘾的分子机制、酒精和多巴胺的联系、酒精和社会行为的联系三个层面介绍酒精成瘾相关内容。
一、酒精成瘾的分子机制
果蝇一直是阐明基因作用、确定分子机制和生物过程基础神经回路的主要模式生物。果蝇作为模式生物的优点在于果蝇体积小，繁殖快，成本低，更小、更不复杂的基因组，以及更小、更具特征的神经系统协调广泛的行为，适宜大规模筛选；65%至75%的人类致病基因在果蝇里具有功能性同源物，这使得果蝇成为研究基因和基因产物在人类疾病中作用的经济有效的模型；以及各种神经遗传学操作工具的发展和成熟运用，使得果蝇成为可靠的模式生物来研究酒精成瘾。
利用果蝇研究成瘾的首要问题是：果蝇是否具有乙醇偏好性呢？在自然界中，我们经常能在熟透甚至发酵到腐烂的水果上看到果蝇的身影，研究人员认为，除了食物本身可以提供能量外，水果发酵过程中产生的乙醇也是吸引果蝇的一大重要因素。研究证明苍蝇确实偏好在发酵的水果（约4.5%的乙醇）上产卵，并且偏好在乙醇基质产卵的行为一部分是由多巴胺能神经元所介导。
乙醇分子究竟是通过什么受体被感知，目前并没有确切的结论，但是当果蝇的orco基因（气味受体共受体，与配体选择性气味受体(ORs)形成异构复合体）突变缺失后，其对乙醇感知能力的敏感性下降，且嗅觉信息向高级脑区的传递与果蝇大脑内的Tβh神经元有关。
在哺乳动物中，低剂量的乙醇刺激运动，而高剂量的乙醇抑制运动。与哺乳动物类似，随着体内酒精水平的升高，果蝇的运动模式从过度活跃转向不协调，最终变为镇静。果蝇酒精成瘾的另一个表现是对乙醇具有强烈的渴求，将乙醇和惩罚刺激电击联系起来，果蝇可以克服电击带来的痛苦从而得到乙醇，并且这种渴求状态甚至超过了对糖的渴求。果蝇对乙醇的耐受性表现在，预暴露乙醇的果蝇，与未提前接触乙醇的对照组相比，其再次被乙醇麻醉后，苏醒的更快。酒精戒断性癫痫发作是酒精依赖最严重的症状之一：在人类中，戒断性癫痫由全身性抽搐与痉挛性肌肉收缩交替组成，发作最早可在戒酒后6小时或最后一次饮酒后几天发生；在果蝇体内，研究人员发现，戒断酒精的果蝇相比对照组被电击刺激诱导产生癫痫发作的阈值有明显降低，这被认为与人类戒酒癫痫发作类似，并且癫痫诱发阈值的降低与乙醇诱导slo基因的表达有关。将进食过乙醇的果蝇进行一段时间的乙醇剥夺，其再次接触乙醇后的消费水平迅速恢复到戒断前，表现出成瘾后的复发特点。
男性似乎比女性有更好的酒量，这好像是人们俗成的看法，但是酒量是否真的存在性别差异，以及这种性别二态性如果存在又是如何被调控的呢？研究人员发现乙醇反应在雌雄果蝇内确实存在明显的性别差异，比如在乙醇作用下，雄性相比雌性运动速率更高，镇静速度更慢，镇静后恢复正常状态也更迅速，这些差异一部分与雌雄两性本身的代谢速率有关，一部分则与雌雄基因的差异表达有关。在果蝇体内经典的性别决定通路由Tra-Tra2调控，在雌性体内，Tra-Tra2参与fru的剪切导致雌性体内没有功能性Fru蛋白产生，而雄性体内没有Tra的表达，fru可以正常转录翻译成雄性特异的FRUM，并调控求偶等雄性特有的行为。当在雌雄体内分别人为操纵tra的表达，发现其在神经系统的发育过程中发挥功能，参与调控乙醇反应的性别二态性，并且FRUM似乎在发育和成蝇阶段，反向调控了乙醇应答，而这或许提示我们基因在不同发育阶段的调控作用方式有多种可能。
生活中可能大家都亲身经历或者看到过度饮酒的人，喝醉后会出现遗忘的现象，也就是俗称的“断片儿“；并且长期饮酒的人、尤其是酒瘾很大的老人，因饮酒导致的记忆力衰退等情况会相对更加严重，那么酒精是如何影响记忆的呢？
蘑菇体是果蝇大脑中一个重要的结构，其在果蝇的嗅觉学习记忆中的重要性已经被广泛报道。amnesiac已经被确认调控蘑菇体（MB）中的嗅觉记忆形成，并且也被证明在cAMP信号通路中发挥重要作用，amn突变的果蝇对酒精的敏感度增高，表现为更快速的乙醇镇静。 随后另一个表达在MB中参与记忆的基因rutgaba，同时也参与编码腺苷酸环化酶（AC），在乙醇暴露实验中，rut突变体果蝇的镇静速度加快，乙醇敏感性升高，说明记忆基因amn、rut通过cAMP信号通路参与记忆形成。
scabrous负责编码一种与纤维蛋白原相关的分泌肽，通过Notch依赖的信号通路在神经发生、间隔分化和边界形成中发挥作用，而Notch信号通路已被证明分别参与小鼠的空间学习记忆和果蝇的嗅觉学习记忆。sca突变体果蝇不能表现出长时程暴露乙醇引起的乙醇偏好，而sca的表达模式包括蘑菇体，蘑菇体的αβ叶又是长时程记忆所的关键结构，所以sca很可能是通过对Notch信号通路在蘑菇体的活性从而介导乙醇偏好，是形成乙醇奖赏记忆所必需的。
在果蝇中，通过EGFR发出的信号影响细胞在多个发育点的命运、增殖、迁移和存活,并且已被报道其介导小鼠和果蝇的乙醇镇静反应。EGFR信号通路的上调会促进果蝇的乙醇镇静，下调会增强乙醇诱导的运动，使镇静下降。在神经系统里失活egfr，会影响蘑菇体中轴的正常发育，导致中轴过度延伸，因此，EGFR信号通路响应乙醇，并可能通过蘑菇体影响乙醇关联的记忆。
在哺乳动物中，先天免疫TLR信号通路被乙醇激活，并与乙醇水平的反应、偏好和酒精性肝病有关。在果蝇中，同源Toll免疫信号通路的激活会产生乙醇抗性，而通路的抑制则会产生敏感性，而不会影响耐受能力，因此长期接触酒精导致的免疫通路持续激活，可能是疾病发生增加的重要原因。
二、乙醇和多巴胺
神经系统是机体内对生理功能活动的调节起主导作用的系统，其主要功能是传递、储存和加工信息，产生各种心理活动，支配与控制动物的全部行为。在果蝇的神经系统里，GABA、谷氨酸、多巴胺、血清素、Ca2+通道和K+通道等不仅和哺乳动物具有同源性，也被报道在乙醇响应方面发挥功能。其中比较典型的，GABA是哺乳动物和果蝇神经系统中的主要抑制性神经递质，谷氨酸是哺乳动物神经系统中主要的兴奋性神经递质，也是神经可塑性的介质。谷氨酸神经传递受到严格的调控，因为过度刺激会导致癫痫发作。急性酒精暴露降低谷氨酸能活性，同时刺激GABA能活性。长期接触酒精会产生相反的影响。
关于成瘾的理论有不同的流派，但归根结底的落脚点在于成瘾物质的获取对于动物来说可以满足其生理或心理需要，使其得到满足感，也就是内部的“奖赏“。动物可以克服厌恶条件去获得酒精，这种强烈的渴望和偏好，使得酒精被认为是一种奖励物质。多巴胺也早已被证明参与调节奖赏系统：多巴胺是一种生物胺，与许多行为有关，包括运动、学习记忆、觉醒和奖励；多巴胺能系统的功能障碍是许多神经疾病的根本原因，如帕金森病和药物成瘾。在小鼠的研究中，急性酒精暴露增加VTA内多巴胺神经元的放电，这导致腹侧纹状体内多巴胺释放显著增加，并被认为在酒精强化的启动中起关键作用。下面，我们将主要讨论多巴胺是否在果蝇中也起着类似的作用。
和小鼠不同，目前并未有确切证据证明果蝇的多巴胺水平会受乙醇摄入的影响产生上调，但PAM DAN神经元确实可以响应乙醇。果蝇首次暴露乙醇时表现出厌恶，这种先天的厌恶由投射到扇形体的PPL1多巴胺能神经元介导；而多次乙醇暴露，果蝇对乙醇转变成明显偏好。利用不同气味与乙醇对果蝇进行联想学习记忆，长时程多次训练后，果蝇对乙醇联合气味的偏好性显著增强，并且多巴胺在乙醇联想学习记忆中，并不参与记忆的形成和巩固，而是调控酒精偏好记忆的提取。蘑菇体作为多巴胺能神经元的靶标，在乙醇关联奖赏记忆中的作用通过PAM 簇多巴胺能神经元发挥作用。
乙醇暴露会引起不同的运动效应，包括多动症和失去姿势控制。果蝇大脑中央复合体中的椭球体作为果蝇中控制运动的重要结构，接受多巴胺能神经元的投射，其中PPM3子集介导乙醇诱导的多动症；DopEcR——结合多巴胺的G蛋白偶联受体，调控乙醇诱导的镇静行为。
三、乙醇和社会行为
酒和人类行为的相互影响是生活中随处可见的，轻度饮酒的人可能表现出言语增多，过度饮酒的人则会表现出更多的行为变化，例如打架、社交能力增强等，而生活经验反过来也会影响人对酒的偏好，比如压力过大会增加酒精摄入，心情愉悦也会用酒锦上添花。与人类似，果蝇也被证明乙醇不仅可以改变它们的社会行为，如求爱，而且社会经验可以影响果蝇对乙醇的反应。
果蝇作为模式生物，调控其求偶这种本能行为的神经环路已经被解析，在野生型果蝇中雄性的P1神经元被雌性激活，从而输出雄性向雌性（M-F）的一系列求偶步骤直至最后交配完成，而雄性向雄性（M-M）的求偶不会发生。当雄性果蝇首次暴露乙醇时，其对雌性的求偶行为被极大程度的削弱，然而随着乙醇持续多次暴露，不仅M-F的求偶恢复，甚至M-M的求爱行为也得到了强烈的增强，然而反复乙醇暴露对雄性求爱行为影响的具体机制并不清楚。失恋的时候通过喝酒缓解痛苦，这并不是人类的特权：雄果蝇多次被雌性拒绝后，也会增加乙醇摄入量缓解“情伤“。在果蝇中，性经验对乙醇偏好的影响是由神经肽F（NPF）介导的，被拒绝的雄性NPF释放减少，乙醇摄入增加，而成功交配的雄性大脑里释放足量NPF，减少了乙醇摄入。
果蝇会不会像人一样，酒后容易发生打斗行为呢？答案是肯定的，研究结果表明，乙醇暴露的雄性对cVA（雄性特异的信息素，诱导打斗行为）的敏感性增强，从而增强了雄性间的打斗行为。除信息素外，雄果蝇的FruM与打斗有关，并且其表达水平也受乙醇调节。将果蝇暴露在低剂量酒精一段时间后，FruM蛋白丰度增加，雄性变得更具攻击性；而暴露在高剂量的酒精中则有相反的效果：服用酒精24小时后，包括蘑菇体和触角叶在内的整个大脑中的FruM蛋白含量下降，雄性的攻击性明显下降。在雄性果蝇中，酒精诱导的攻击性依赖于FruM。低剂量酒精诱导FruM表达并促进攻击性，而高剂量酒精抑制FruM并抑制攻击性。
除以上行为外，果蝇的社交隔离会导致脑神经元突触数量的减少，是社交隔离的果蝇对乙醇敏感性降低的一部分原因。
四、总结
综上所述，我们以模式生物果蝇为例探讨了酒精成瘾的分子机制，包括果蝇表现出的成瘾行为，成瘾的性别二态性以及乙醇对蘑菇体调节的三种信号通路；多巴胺能神经元对乙醇短暂性厌恶和长时程偏好的调控，以及对乙醇诱导的运动行为的响应；最后我们阐述了乙醇和果蝇社会行为包括求偶、打斗和社交隔离的联系。尽管目前在果蝇内关于乙醇的研究报道已经有了一定成果，但这一方面仍存在很多悬而未决的问题，比如虽然可以通过操纵基因或神经元检测对乙醇的响应，但乙醇是否具有特异的功能性受体，乙醇又对这些基因的表达水平如何调控，神经元信号的强弱如何收到乙醇的调节，甚至乙醇如果是作为奖赏系统的触发物质，多巴胺水平是否受到乙醇的影响？希望通过本次journal，可以帮助大家了解酒精成瘾的相关知识，最后，提醒大家饮酒点到为止，万万不可贪杯哦！
本次journal club的 slides 见附件pdf：
2021-11-25 Journal club PPT
by 邢丽敏
