基于G蛋白耦联受体的化学遗传学技术具有非侵入性、作用持续时间长、操作方便等优点，但也缺乏精准的时间控制。成瘾性药物通过作用于大脑增加多巴胺信号，引起寻求药物和摄入药物的正反馈循环。可卡因的奖赏效应通过阻断多巴胺再摄取转运体（DAT，由Slc6a3基因编码）导致细胞外多巴胺水平升高实现的。由于直接控制神经元电活动，离子通道更加适合操纵神经元活动。尽管DAT是一种可卡因拮抗的共转运蛋白，不易适应于产生可直接调节神经活动的可卡因门控离子通道。然而，可卡因结构含有一种含胺的药效团，其化学性质类似于在离子通道上具有激动剂活性的分子。

2025年8月27日霍华德·休斯医学研究所Scott M. Sternson在Nature杂志发表文章开发出可卡因化学遗传学技术-可卡因通过反馈方式抑制可卡因摄入行为。

1 开发可卡因门控的特异性阳离子和阴离子通道

α7烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）的配体结合域（LBD）通过可与阳离子选择性5-羟色胺受体（5HT3）异源离子孔道结构域（IPD）形成的嵌合通道，发挥激活神经元的作用，通过与甘氨酸受体（GlyR）IPD形成的嵌合体则形成阴离子选择性通道，发挥抑制神经元的作用。

研究人员利用工程改造的α7 nAChR LBD筛选靠近可卡因具有氨基酸取代基位置的嵌合体α7–5HT3和α7–GlyR离子通道的活性，发现同时突变Tyr210、Tyr217、Gly175Lys、Leu141位点可显著增强可卡因结合能力，降低与乙酰胆碱的结合能力。可卡因可与α7(L141G,G175K,Y210F,Y217F)–5HT3（简称为coca-5HT3） 发生结合，具有高度选择性。coca-5HT3并不会被可卡因主要代谢产物激活。通过类似的方法，研究人员筛选出特异性与可卡因结合的GlyR （(Leu141Gly, Gly175Lys和Tyr217Phe突变）IPD（简称为, coca-GlyR)。

图1、coca-5HT3通道可激活神经元

2 可卡因门控的coca-5HT3阳离子通道激活LHb脑区神经元抑制可卡因摄入行为

携带coca-5HT3结构的病毒工具感染离体培养的海马神经元后，可卡因可以剂量依赖的方式增强神经元放电活动。反之，可卡因以剂量依赖的方式抑制感染coca-GlyR后神经元放电活动。外侧缰核(LHb）通过抑制腹侧被盖区多巴胺神经元活性抑制奖赏行为。可卡因可通过LHb脑区多巴胺2型受体抑制神经元活性，促进可卡因自身给药。

研究人员在大鼠LHb脑区注射AAV5-Syn::coca-5HT3-IRES-mCherry后接受0.5 mg/Kg、3 mg/Kg可卡因自身给药实验，发现并不影响可卡因的摄入，但在低剂量0.125 mg/Kg、0.25 mg/Kg可卡因自身给药实验可显著减少对可卡因的摄入，即抑制奖赏作用。此外，在缺乏可卡因的情况下，外侧缰核中的coca-5HT3表达不会显著影响运动能力，也不影响对享乐性食物偏好或蔗糖的摄入。

图2、可卡因门控的coca-5HT3激活LHb脑区神经元抑制可卡因摄入行为

3 可卡因门控的coca-5HT3激活LHb脑区神经元抑制伏隔核多巴胺释放

多巴胺D2和D3受体拮抗剂fallypride放射性示踪剂与多巴胺D2和D3受体发生的结合可被胞外升高的多巴胺阻断，因此可用于评估多巴胺的释放。利用PET成像技术发现接受外源性注射3 mg/Kg可卡因后背侧纹状体和伏隔核区域fallypride放射性示踪剂的结合逐渐减少，在LHb脑区注射AAV5-Syn::coca-5HT3-IRES-mCherry(coca-5HT3 treated大鼠）后可阻断上述结合的减少。

正常大鼠在接受可卡因注射后伏隔核区域多巴胺释放增多，fallypride放射性示踪剂的结合减少，但在大鼠VTA脑区多巴胺神经元表达AAV1-Syn::FLEX-coca-GlyR-IRES-mCherry，可卡因可抑制VTA脑区多巴胺神经元活性，减少伏隔核区域多巴胺释放，fallypride放射性示踪剂的结合增多。利用多巴胺探针记录到在coca-5HT3 treated大鼠接受注射可卡因后伏隔核区域多巴胺释放显著减少，表明可卡因诱导的LH脑区神经元激活可抑制可卡因介导的伏隔核多巴胺释放增多。

图3、可卡因门控的coca-5HT3激活LHb脑区神经元抑制伏隔核多巴胺释放

总结：

本文开发了可卡因化学遗传学技术-coca-5HT3表达在反奖赏中心LHb脑区时注射可卡因后可激活LHb脑区神经元，抑制伏隔核多巴胺的释放；coca-GlyR表达在腹侧被盖区多巴胺能神经元后注射可卡因后可抑制腹侧被盖区多巴胺能神经元，也能抑制伏隔核多巴胺的释放。

参考文献

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09427-8