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动物行为学实验是神经科学研究领域的重要组成部分，主要侧重于科学客观地评价各种条件下的动物行为。动物行为学实验种类繁多，研究不同的疾病模型时，研究人员需根据关注的具体行为选择合适的研究手段。《动物行为实验手册》为学习记忆类、抗焦虑抑郁类、抗疲劳类、神经精神类、痛觉测试类、嗅觉测试类、社会行为类及特定行为评估类等，其中许多实验需要借助特制的仪器、记录及分析系统。
卵巢分泌的雌激素可通过与大脑中膜相关受体的非经典信号传导，快速调节神经元功能。早期饮酒行为使女性比男性更容易患上酒精使用障碍，并且酗酒与高水平的雌激素有关联。但雌激素在驱动饮酒行为中的因果作用尚未明确。
基于此，2024年12月30日美国威尔康奈尔医学院Kristen E. Pleil研究团队在Nature communications杂志发表了“Rapid nongenomic estrogen signaling controls alcohol drinking behavior in mice”揭示了快速非基因组雌激素信号传导控制小鼠的酒精饮用行为，指的是雌激素通过一种不涉及传统基因表达调控的方式，在短时间内对神经元产生影响，从而调节动物的饮酒行为。
作者发现，处于发情周期的雌性小鼠雌激素水平高时狂饮行为更多，且回避行为减少。内源性雌激素水平高时，其促饮酒（而非抗焦虑）作用，是通过终纹床核中膜相关雌激素受体α（ERα）的快速信号传导实现的，该传导促进了促肾上腺皮质激素释放因子神经元的突触兴奋，并在饮酒时增强了这些神经元的活动。因此，本研究揭示了一种在性腺完整的雌性个体中，卵巢分泌的雌激素通过快速非基因组信号传导机制调控大脑行为的方式。
图一 在整个发情周期中狂饮酒精行为和回避行为会随着雌二醇水平的变化而波动
此前研究因行为测试时间、日常监测对动情周期干扰等因素，难以明确动情周期饮酒或E2在性腺完整雌性啮齿动物动机性饮酒中的因果作用。作者验证并采用了一种微创策略，在小鼠最活跃且饮酒最多的光暗周期黑暗阶段，接近行为测试时间点长期监测完整雌性小鼠的每日动情周期阶段，通过阴道灌洗收集上皮细胞确定动情周期，验证该方法可准确反映E2状态且不干扰自然周期和激素环境。利用标准黑暗中饮酒（DID）范式，评估发情周期中高E2状态对狂饮酒精行为的影响。在该范式中，小鼠只能在有限时间内（每个周期连续4天，每天2-4小时）获取20%的乙醇溶液，而不是笼中的水瓶。在每周的乙醇DID周期中，与处于其他发情周期阶段相比，处于动情前期高E2状态的个体雌性小鼠饮酒量更多，在低E2天数的饮酒量逐渐增加，到第六个周期时与高E2水平趋于一致，发现处于动情前期高E2状态的雌性小鼠比其他动情周期阶段饮酒更多，且高E2状态饮酒对低E2状态饮酒无直接关联，动情周期不影响1%蔗糖摄入，表明卵巢E2对饮酒的影响不具有普遍性。为了深入了解卵巢E2是否动态调节性腺完整的雌性小鼠的回避行为，首先相隔一周进行了一系列回避行为测试。与处于低E2状态的同类和雄性小鼠相比，处于高E2状态的雌性小鼠表现出抗焦虑表型，在旷场（OF）中心、明暗箱（LDB）亮侧以及高架十字迷宫（EPM）开放臂中停留的时间百分比和移动距离更大，而其总体运动行为没有任何改变。通过以上一系列回避行为测试，发现高E2状态的雌性小鼠比低E2状态和雄性小鼠表现出抗焦虑表型，个体行为依动情周期阶段变化，说明卵巢E2是个体回避行为的关键实时调节因子。
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图二 终纹床核CRF神经元对卵巢雌激素状态敏感
来自患有酒精使用障碍和焦虑障碍的人类患者的数据表明，BNST是在这些疾病状态下神经回路发生改变的一个重要枢纽，并且BNST在啮齿动物的狂饮酒精行为和回避行为调节中起着关键作用。虽然BNST大量合成并释放多种神经肽，但应激神经肽CRF与酒精消耗的关联最为紧密。表达CRF的BNST神经元的一个主要亚群对于驱动两性的饮酒行为以及雄性的回避行为至关重要，并且投射到与应激、奖赏和酒精使用相关的众多脑区。雌性的BNSTCRF神经元比雄性表现出更高的基础兴奋性和谷氨酸能突触传递，这可能与它们更高的饮酒量有关，而且两性的狂饮酒精行为都需要这些神经元。于是使用一种多重化学遗传操作方法，即BNSTCRF神经元的活动会促进雌性的狂饮酒精行为，它并不像之前在雄性中发现的那样调节雌性的回避行为。在脑片电生理记录过程中，作者发现，与处于低卵巢雌激素状态的雌性相比，处于高卵巢E2状态的雌性的BNSTCRF神经元的自发兴奋性突触后电流（sEPSCs）频率更高，但幅度并无差异，从而导致更强的兴奋性突触驱动。高E2状态雌性的BNSTCRF神经元的自发抑制性突触后电流（sIPSCs）频率也更高，但幅度并无差异，这不足以增强抑制性突触驱动。这些结果表明，卵巢来源的高E2水平可能会增强对BNSTCRF神经元的兴奋性突触传递，从而促进雌性的饮酒行为，这也是雌性比雄性饮酒量更大的原因之一。
图三 BNST中的快速雌二醇信号传导重现了卵巢 E2 的促饮酒效应，但未重现其抗焦虑效应
接下来，作者评估了卵巢雌激素调节狂饮酒精行为和回避行为的时间尺度。发现给处于高卵巢E2状态的雌性小鼠全身性给予芳香化酶抑制剂来曲唑（LET）急性阻断E2合成，会剂量依赖性地抑制其狂饮酒精量，但对处于低卵巢E2状态的雌性小鼠无此作用。急性给予LET对高或低卵巢E2状态雌性小鼠的狂饮蔗糖量均无影响，这表明E2促进饮酒的作用并非源于对一般食欲行为或奖赏敏感性的调节。与对酒精消耗的影响不同，全身性给予LET并未减弱高架十字迷宫实验中高E2介导的抗焦虑作用。并且向BNST内急性给予LET，对高卵巢E2状态雌性小鼠的狂饮酒精量没有影响，这表明驱动狂饮表型的E2合成来源并非BNST。这些结果表明，卵巢来源的E2在大脑中的急性生物利用度和信号传导，是高卵巢E2状态促饮酒效应（而非抗焦虑效应）所必需的。向BNST内急性给予E2对EPM实验中的回避行为没有影响。结果表明，高卵巢E2状态下E2诱导的转录程序对于这些促饮酒效应并非必需，但可能是高卵巢E2状态抗焦虑效应所必需的。由于BNST促肾上腺皮质激素释放因子神经元的激活和BNST内的急性E2信号传导都能迅速增强狂饮酒精行为，在脑片电生理记录实验中测试了E2是否能迅速促进BNST CRF神经元的兴奋性突触传递。发现E2通过一种快速的非基因组机制发出信号，以促进大部分BNST CRF神经元的谷氨酸能驱动，并且这种机制可能促成了BNST中快速E2信号传导的促饮酒作用。
总结
研究探讨卵巢E2对雌性动物饮酒与焦虑行为影响机制的差异，指出卵巢E2在饮酒行为和焦虑行为中的作用机制不同，急性调节E2生物利用度不影响回避行为，卵巢切除术增加回避行为但E2替代疗法效果不一。未来需明确E2是否为动情周期调节回避行为的关键介质及相关基因组效应，该研究结果增进了对驱动雌性动物早期饮酒和焦虑状态机制的理解。这不仅有助于认识这种关键神经调节剂的作用，也为制定有效干预措施以减少饮酒对健康的长期负面影响（尤其是对女性）迈出了关键一步。
文章来源
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54737-6
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