科學家發現大腦中酒精隱秘的作用靶點

當我們飲酒時，大腦中會發生什麼？科學家們在回答這個問題上邁出了重要的一步，他們發現了一種名爲 TMEM132B 的蛋白質是酒精作用的關鍵調節劑。這種蛋白質不僅增強了酒精對 GABA 受體（在神經抑制中起關鍵作用）的作用，還對諸如減輕焦慮和飲酒之類的行爲產生了影響。該研究結果已發表於《細胞》雜誌（Cell01024-9）。

酒精是全球消費和濫用範圍最廣的精神活性物質之一，每年致使約 300 萬人死亡，給公共衛生和社會造成巨大負擔。

儘管酒精被廣泛使用，但在分子水平上酒精改變大腦功能的確切方式仍知之甚少。以往的研究表明，酒精會影響 GABA 受體——大腦中的一種受體，其通過介導大腦中主要的抑制性神經遞質γ-氨基丁酸（GABA）的作用，在中樞神經系統中發揮關鍵作用。然而，這些受體的複雜性使得很難確定酒精的作用如何轉化爲其行爲和生理效應。

爲了解決這一問題，美國國家神經疾病和中風研究所的研究人員將注意力集中在輔助蛋白質上——即與 GABA 受體相互作用以改變其功能和分佈的分子。與針對單個受體亞基的傳統基因研究相比，這些蛋白質可以爲酒精的作用提供更廣泛的見解。

“酒精是全球消費和濫用最多的精神活性藥物，然而，酒精在大腦中的作用以及導致酒精使用障礙的分子機制在很大程度上仍不爲人知。我們希望能在此有所貢獻，”研究作者魏璐說道，他是美國國家神經疾病和中風研究所的高級研究員。

研究人員進行了一系列涉及人類腦組織、動物模型和細胞分析的實驗。他們首先對患有酒精使用障礙的個體的死後大腦樣本進行分析，以確定與長期酒精暴露相關的分子變化。通過質譜法，他們比較了有和沒有酒精使用障礙的個體的海馬體（一個參與學習、記憶和情緒調節的大腦區域）中的蛋白質水平。該分析揭示，在患有酒精使用障礙的個體大腦中，一種名爲 TMEM132B 的跨膜蛋白（其功能此前未知）的水平有所降低。

然後，研究人員使用動物模型來探索 TMEM132B 的作用。他們培育了基因修飾小鼠，這些小鼠要麼完全缺失 TMEM132B 基因（即基因敲除小鼠），要麼攜帶一種專門破壞 TMEM132B 與 GABA 受體相互作用的突變（即基因敲入小鼠）。這些模型用於研究 TMEM132B 的缺失或改變如何影響大腦活動、受體功能和與酒精相關的行爲。

在正常小鼠中，發現 TMEM132B 與 GABA 受體相互作用，增加了其在神經元表面的丰度，並減緩了其失活。這些變化使神經元對抑制信號更敏感，有助於調節和穩定神經活動。當引入酒精時，它作爲 GABA 受體的正調節劑，增強了它們的抑制作用。TMEM132B 放大了這種調節，使神經元對酒精更具反應性。

然而，在基因工程改造爲缺乏 TMEM132B 的小鼠中，這種增強作用減弱了。對海馬神經元的電生理測量表明，在這些小鼠中，酒精誘導的 GABA 受體活性增強顯著減少。

在行爲上，TMEM132B 的缺失極大地影響了小鼠對酒精的反應。當給正常小鼠酒精時，通過其在高架十字迷宮中探索開放空間的意願來衡量，小鼠表現出焦慮減輕。它們還經歷了鎮靜，表現爲翻正反射喪失（一種鎮靜的衡量標準）。相比之下，缺乏 TMEM132B 的小鼠在這些測試中對酒精的反應明顯減弱。它們沒有表現出相同程度的焦慮減輕，並且它們的鎮靜反應較弱，在給予酒精後失去翻正反射的小鼠較少。

這些發現表明，TMEM132B 對於酒精的鎮靜和催眠作用至關重要。要是沒有這種蛋白質，酒精增強 GABA 受體功能的能力就會變弱，進而引發較弱的行爲反應。

有趣的是，儘管 TMEM132B 基因敲除小鼠對酒精的行爲反應減弱，但與正常小鼠相比，它們攝入的酒精更多。在雙瓶選擇實驗裡，小鼠能夠在不同濃度的水和酒精當中做選擇，基因敲除小鼠一直喝更多的酒精。在類似狂飲的測試中，這種趨勢更加明顯，小鼠在短時間內攝入了大量的酒精。

這種攝入量的增加似乎反映了一種補償機制。因爲 TMEM132B 基因敲除小鼠從酒精中體驗到的鎮靜和催眠效果降低，它們似乎會攝入更多以試圖達到相同的效果。這種模式反映出人類酒精使用障礙的某些方面，對酒精作用的耐受性會致使攝入量增多。

在引入厭惡成分的測試當中，進一步證實了 TMEM132B 基因敲除小鼠飲酒的強迫性。在這些測試中，向酒精中添加了一種苦味物質（奎寧）以阻止飲酒。當存在奎寧時，正常小鼠減少了酒精攝入量，但基因敲除小鼠儘管味道苦澀仍繼續大量飲酒。這種行爲表明對酒精消費失去控制，這是強迫性飲酒的一個標誌。

基因敲入小鼠表現出與基因敲除小鼠類似的缺陷：酒精對 GABA 受體活性的增強作用降低，對酒精的行爲反應減弱，以及酒精攝入量增加。這一發現強調了 TMEM132B 在酒精作用裡的作用跟其與 GABA 受體的相互作用直接相關。

研究人員還對 TMEM132B 與 GABA 受體亞型之間的特定分子相互作用進行了探索。

結果顯示，TMEM132B 與衆多的 GABA 受體亞基相互作用，其中包括在突觸和突觸外位置所發現的那些。

這種廣泛的相互作用或許能夠解釋爲何它的缺失會對與酒精相關的行爲產生如此顯著的影響。

TMEM132B 對受體動力學的影響並不侷限於特定亞型，這使其成爲整個大腦中酒精對抑制性信號發揮作用的關鍵調節劑。

“關鍵要點在於，我們已經確定了大腦中酒精的關鍵靶點：TMEM132B - GABA 受體複合物，”

“這種複合物的基因遭到破壞會使小鼠的酒精攝入量增加，並降低酒精在大腦中的抗焦慮和催眠作用。”

這一發現意義重大，因爲它把來自人腦組織和動物模型的發現關聯了起來，爲理解酒精的作用提供了一種轉化的方法。

納入人體組織這一做法突出表明，長期飲酒會降低人和小鼠大腦中 TMEM132B 的表達，這表明跨物種存在共同機制。

儘管人類和小鼠在大腦結構以及受體動力學方面存在差異，但是我們發現長期飲酒致使人和小鼠大腦組織中 TMEM132B 的表達降低，這表明人類和小鼠在應對長期飲酒方面存在共同機制，

“因此，我們在小鼠中所表徵的 TMEM132B 依賴機制或許也在人類大腦中發揮作用。基於我們的發現，維持大腦中 TMEM132B 的表達或者加強 TMEM132B 與 GABA 受體之間相互作用的方法可能是開發治療酒精使用障礙的有效策略。”

然而，關於 TMEM132B - GABA 受體複合物，仍有許多需要了解的地方。研究人員對三個不同的研究方向感興趣，首先是 TMEM132B - GABA 受體相互作用的分子基礎。“我們計劃繪製介導 GABA 受體亞基與 TMEM132B 結合的氨基酸結構域，”盧說。“這些分子細節將使我們能夠設計複雜的基因敲入小鼠品系，在體內對 TMEM132B - GABA 受體相互作用進行基因操作，進而確定 GABA 受體亞基與 TMEM132B 的特異性相互作用在體內酒精的精神活性效應中的作用。”

“我們感興趣的第二個問題是弄清楚 TMEM132B 參與酗酒的潛在機制，”盧說。“如上所述，我們已經發現死後人類酗酒大腦中 TMEM132B 的表達顯著降低。然而，TMEM132B 表達的降低是否會導致酗酒的發展，目前仍不清楚。我們希望研究人類酗酒大腦中 TMEM132B 的表達是如何降低的，以及 TMEM132B 表達的降低是否/如何在小鼠模型中導致酗酒的發展。

“第三個是確定大腦中哪些神經元羣體對 TMEM132B 在調節酒精相關行爲中的作用至關重要。”

“這些研究將加深我們對 TMEM132B 在大腦中酒精的急性和長期作用中的作用的理解，並揭示 TMEM132B 在調節大腦中酒精作用的區域特異性作用，”盧解釋說。“我們的長期目標是開發出用於酒精使用障礙的藥物療法。”

這項研究，“TMEM132B - GABAA 受體複合物控制大腦中的酒精作用”，由王國豪、彭世曉、米里亞姆·雷耶斯·門德斯、安傑洛·克拉米達斯、大衛·卡斯特拉諾、吳坤偉、韓文豔、田慶軍、董立金、李豔和盧偉撰寫。