酒精摄入与性行为相关，能够调节小鼠和恒河猴前额叶皮层中的白细胞介素-1（IL-1）促炎信号通路

研究发现酒精摄入导致小鼠和恒河猴前额叶皮层IL-1RAcP基因表达性别差异，女性通过增强神经保护通路抑制GABA能传递，男性则激活促炎通路，性别特异性机制为开发男性定向抗AUD药物提供依据。

安德里亚·利斯（Andrea Liss）| 克拉拉·C·洛韦（Clara C. Lowe）| 马胡姆·T·西迪基（Mahum T. Siddiqi）| 德鲁巴·波德（Dhruba Podder）| 马尔西斯·V·斯克罗格（Marcis V. Scroger）| 吉安娜·韦西（Gianna Vessey）| 肯娜·马丁（Kenna Martin）| 诺亚·M·帕珀尼（Noah M. Paperny）| 大卫·M·拉姆（David M. Lam）| 艾莉森·E·马丁（Allison E. Martin）| 贾里尔·N·巴卡尔（Jariel N. Bacar）| 凯蒂·T·沃（Katie T. Vo）| 艾米·阿斯特法努斯（Amy Astefanous）| 诺拉维特·贝拉切乌（Nolawit Belachew）| 埃戈萨·伊达霍尔（Eghosa Idahor）| 四月·T·达文波特（April T. Davenport）| 詹姆斯·B·道奈斯（James B. Daunais）| 威廉·M·海斯（William M. Hayes）| 丽塔·塞韦拉-胡安内斯（Rita Cervera-Juanes）| 托尼·D·戴维斯（Tony D. Davis）| 弗洛伦斯·P·瓦罗达扬（Florence P. Varodayan）

美国纽约州宾汉姆顿大学心理学系

摘要

酒精使用障碍（AUD）会导致执行功能障碍，从而降低治疗依从性、恶化临床结果并增加复发率。目前的药物无法解决这些症状。针对神经免疫白细胞介素-1（IL-1）系统具有潜力，但其在前额叶皮层（PFC）功能障碍中的具体机制尚不清楚。本研究探讨了长期饮酒如何改变啮齿动物和非人类灵长类动物前额叶皮层中IL-1的调节机制。我们发现，饮酒会降低两种性别小鼠的参考记忆能力，并改变其搜索策略；这种缺陷与雄性小鼠内侧前额叶皮层（mPFC）中IL-1受体辅助蛋白（IL-1RAcP）mRNA水平的改变有关。值得注意的是，IL-1系统根据招募到IL-1受体1复合体中的IL-1RAcP亚型，会触发神经保护性或促炎性级联反应。饮酒会性别依赖性地改变mPFC中IL-1RAcP的基因表达（雌性小鼠中神经保护性IL-1RAcP mRNA增加），以及IL-1对mPFC突触的调节作用（雄性小鼠中GABA传递增强，这一现象可通过药物阻断促炎性IL-1RAcP通路来特异性预防），从而在雌性中表现出更强的恢复能力，而在雄性中则更容易出现症状。值得注意的是，雌性饮酒的恒河猴在背外侧前额叶皮层（dlPFC）中也显示出类似的神经保护性IL-1RAcP mRNA增加，而雄性则没有这种变化。因此，IL-1RAcP是一个关键的AUD神经底物，它可能根据性别不同，使dlPFC从神经保护性机制转变为促炎性机制。这种信号偏倚是当前合理药物开发的研究重点，有助于基于偏倚的IL-1信号通路开发新型AUD治疗方法，特别是针对男性。

引言

2024年，有2790万美国人报告患有酒精使用障碍（AUD），但其中只有2.5%的人接受了药物治疗（美国物质滥用与心理健康服务管理局，2025年）。此外，高达70%的接受AUD药物治疗的个体没有出现可测量的积极效果（Kumar等人，2020年；Palpacuer等人，2018年；Ray等人，2019年），这表明迫切需要更好的治疗选择。目前FDA批准的药物通过增强酒精中毒的厌恶效应（如恶心/呕吐、面部潮红、心悸；双硫仑）来发挥作用，同时抑制酒精的奖赏效应（纳曲酮）并减少促进复发的渴求和其他症状（纳曲酮和阿坎普罗斯酸）（Butler和Le Foll，2019年；Millan等人，2012年；Pujol等人，2018年）。然而，除了对奖励刺激的敏感性和负面情绪问题外，AUD患者的前额叶皮层（PFC）体积较小，并且执行功能存在缺陷（即注意力、决策能力、认知灵活性、情绪处理、抑制控制以及学习和记忆方面的问题）（Le Berre等人，2017年；Stavro等人，2013年）。这些认知症状会降低治疗依从性，加重临床结果并增加复发风险（Butler和Le Foll，2019年；Pujol等人，2018年）。有证据表明，尽管这些药物并非专门设计用于解决PFC功能障碍，但它们也可能对工作记忆、抑制控制和认知灵活性产生积极影响（Butler和Le Foll，2019年；Millan等人，2012年；Pujol等人，2018年）。因此，寻找能够直接恢复认知功能的新靶点成为AUD药物发现的重要方向。

多项研究表明，神经免疫白细胞介素1（IL-1）系统与AUD相关的认知症状有关。IL-1家族基因的功能性单核苷酸多态性（SNP）会增加饮酒和AUD的风险（Liu等人，2009年；Pastor等人，2005年；Saiz等人，2009年；Serretti等人，2006年）；其中，促炎细胞因子IL-1β基因（IL1B C-511T；rs16944）的SNP与认知缺陷相关的神经精神和神经系统疾病（如双相情感障碍、重度抑郁症、精神分裂症和痴呆症）有关，同时在体外实验中观察到IL-1β的表达和释放增加（Chen等人，2006年；Papiol等人，2007年；Tsai等人，2017年；Tu等人，2014年）。虽然在基础条件下IL-1β水平较低，但免疫挑战会刺激炎性小体（含有caspase-1的多蛋白复合体），导致pro-IL-1β迅速被切割和释放（Nemeth和Quan，2021年；Roberto等人，2018年）。酒精可以激活炎性小体（Alfonso-Loeches等人，2016年；Alfonso-Loeches等人，2014年；Lippai等人，2013年；Wang等人，2015年；Zou和Crews，2012年），IL-1β本身也可以（Herman和Pasinetti，2018年；Patel等人，2017年），并且在AUD男性的尸检研究中观察到大脑和外周组织中的IL-1β水平升高（Coleman等人，2018年；Crews等人，2013年；Crews和Vetreno，2014年；Vetreno等人，2021年）。

长期暴露于酒精的非人类灵长类动物和啮齿动物表现出前额叶皮层/背外侧前额叶皮层（dlPFC）/内侧前额叶皮层（mPFC）中IL-1β及其相应受体1（IL-1R1）表达的增加（Alfonso-Loeches等人，2013年；Iancu等人，2018年；Pascual等人，2017年；Pradier等人，2018年；Silva-Gotay等人，2021年；Tiwari和Chopra，2013年；Tiwari和Chopra，2012年；Varodayan等人，2023年；Walter等人，2020年；Warden等人，2020年）。IL-1R1复合体还包括IL-1受体辅助蛋白（IL-1RAcP）；当IL-1β与IL-1R1结合时，IL-1RAcP会激活髓系分化初级反应88/p38丝裂原活化蛋白激酶（MyD88/p38 MAPK）通路（Bajo等人，2019年；Davis等人，2006年；Nemeth和Quan，2021年；Varodayan等人，2023年）。这会触发广泛的促炎细胞因子释放，尽管在酒精中毒的年轻人和暴饮暴食的小鼠中观察到神经免疫反应的性别差异（Pascual等人，2017年；Alfonso-Loeches等人，2013年；Silva-Gotay等人，2021年）。有趣的是，只有神经元表达第二种IL-1辅助蛋白（IL-1RAcPb），它缺乏MyD88结合域（Davis等人，2006年；Huang等人，2011年；Nemeth等人，2024年；Nguyen等人，2011年；Smith等人，2009年）。这使得IL-1β/IL-1R1能够激活已建立的神经保护性通路，包括磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路（Qian等人，2012年）。值得注意的是，IL-1RAcPb的水平在不同脑区也有所不同；最近的研究表明，其在小脑和中脑中的基因表达与IL-1RAcP相当，而在前边缘mPFC中的表达是前者的2-4倍，在齿状回颗粒细胞中的表达则是前者的12倍（Nemeth等人，2024年）。

我们最近在雄性小鼠中发现，IL-1β可以通过这两种机制之一对前边缘mPFC中的GABA传递产生相反的影响（Varodayan等人，2023年）；在基础条件下，IL-1β会增强PI3K/Akt通路，导致锥体神经元去抑制；但在体外酒精预处理（44 mM，持续10-12分钟）或长期酒精暴露（5-6周的蒸汽吸入）后，IL-1β反而通过MyD88/p38 MAPK通路增强局部GABA传递。由于这种转换的潜在机制尚不清楚，本研究探讨了适度自愿饮酒模型对雄性和雌性小鼠认知功能的影响以及IL-1RAcP在酒精诱导的前额叶皮层功能障碍中的机制作用。为了评估我们的啮齿动物研究结果的普适性，我们还使用了恒河猴长期饮酒模型来探究两种性别dlPFC中IL-1RAcP的神经保护性和促炎性基因表达水平。总体而言，我们的发现表明IL-1RAcP是长期饮酒的关键神经底物，支持将其作为新型AUD治疗靶点，特别是针对男性。

实验部分

动物

成年雄性和雌性C57BL/6J小鼠（N = 193只）在10-12周大时从杰克逊实验室（Bar Harbor；ME）运输过来。到达后，小鼠有至少1周的适应期。实验期间，小鼠被单独饲养在温度和湿度受控的房间内，遵循12小时倒班光照周期（黑暗时间为上午10:00至晚上10:00），食物和水可自由获取。

来自年轻至中年（采集组织时5-11岁）雄性的皮质组织

雄性和雌性小鼠摄入适量酒精

我们使用IA2BC生成对照组和饮酒组小鼠（图1A）。两种性别的酒精摄入量都有所增加[性别的主效应：F(1,100) = 146.3，p < 0.001；饮酒会话的主效应：F(19,1900) = 170.5，p < 0.001；性别与饮酒的交互作用：F(19,1900) = 6.79，p < 0.001]；偏好方面也有显著差异[性别：F(1,100) = 0.47，p = 0.49；饮酒会话：F(19,1900) = 57.89，p < 0.001；交互作用：F(19,1900) = 0.98，p = 0.48]，雌性小鼠的总摄入量更高

讨论

神经免疫活动对AUD的认知症状有贡献，针对这一调节系统相比直接纠正神经递质功能障碍，更不容易产生副作用（Crews和Vetreno，2014年；Farokhnia等人，2019年；Roberto等人，2018年）。值得注意的是，急性酒精不会引发典型的神经免疫反应。相反，神经免疫系统会被激活，使得炎性小体对未来的刺激产生过度反应（Doremus-Fitzwater等人，2015年；Herman和Pasinetti，

结论

由于G蛋白偶联受体复合体的构象变化导致的信号偏倚已被广泛认可，并且由于其在最小化副作用的同时具有潜在的治疗效益，已成为合理药物开发的最新研究焦点（Kenakin，2024年）。在物质使用障碍领域，临床研究正在评估对G蛋白信号转导有偏好的μ-阿片受体激动剂，以提供更安全的镇痛效果（Grim等人，2020年）。因此，

资金来源

本研究得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的资助[T32 AA025606 (AL)，T32 AA007565 (CCL)，R00 GM129454 (TDD)，R01 AA027552 (RCJ)，R01 AA026278 (RCJ)，R21 AA031101 (FPV, TDD)，R24 AA019431 (MATRR, KAG)，P50 AA017823 (FPV)，以及宾汉姆顿州立大学（SUNY Binghamton）颁发的健康科学跨学科卓越奖（FPV, TDD）。作者声明没有竞争性财务利益或潜在的利益冲突。

CRediT作者贡献声明

安德里亚·利斯（Andrea Liss）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，研究，资金获取，正式分析。克拉拉·C·洛韦（Clara C. Lowe）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，研究，资金获取，正式分析。马胡姆·T·西迪基（Mahum T. Siddiqi）：撰写 – 审稿与编辑，验证，研究，正式分析。德鲁巴·波德（Dhruba Podder）：撰写 – 审稿与编辑，验证，研究，正式分析。马尔西斯·V·斯克罗格（Marcis V. Scroger）：撰写 – 审稿与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。