Sci Adv：止不住的渴望從哪來？西奈山伊坎醫學院團隊揭示星形膠質細胞CREB調控可卡因成癮機制

過去認為成癮主要是神經元的問題，但現在發現支持細胞：星形膠質細胞也深度參與。然而，可卡因如何改變它們的基因活動還不清楚。

2025年12月17日，西奈山伊坎醫學院Eric J. Nestler在Science Advances發表：Astrocytic CREB regulates transcriptomic, neuronal, and behavioral responses to cocaine，揭示了星形膠質細胞中的CREB調控可卡因引起的轉錄組、神經元及行為反應。

研究發現，星形膠質細胞展現出強烈且情境特異性的轉錄特征，其中環磷酸腺苷反應元件結合蛋白（CREB）被鑒定為可卡因誘導的關鍵轉錄調控因子。通過CUT&RUN（靶點下切割與核酸酶釋放測序）技術，進一步證實，可卡因可增強星形膠質細胞中CREB對DNA的結合。利用病毒介導的方法特異性操控伏隔核星形膠質細胞中的CREB活性，并結合成癮相關行為實驗，發現星形膠質細胞CREB增強了可卡因的獎賞性和強化作用。此外，作者還揭示了其潛在分子機制：星形膠質細胞CREB通過調節胞內鈣動態，并選擇性增強D1型中等多棘神經元的活動，從而影響可卡因相關行為。

圖一 可卡因成癮中星形膠質細胞的階段特異性轉錄響應

為模擬可卡因使用障礙（CUD）的不同階段，雄性小鼠接受了10天的可卡因或鹽水自身給藥訓練，隨后經歷30天強制戒斷并被分為四組：戒斷組（直接取自飼養籠）、初次藥物暴露組、無藥情境再暴露組（注射鹽水后返回操作箱）和帶藥情境再暴露組（注射可卡因后返回操作箱）。

腦聲常談建立了多個《動物模型構建與行為評估》交流群，群內分享各種經典和前沿的行為范式，共同交流解決動物實驗中遇到的棘手問題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進入討論群！

結果：

轉錄組分析顯示，伏隔核（NAc）星形膠質細胞在各條件下均發生顯著變化：帶藥情境再暴露組差異表達基因最多且90%以上下調，而初次暴露和無藥再暴露以基因上調為主，戒斷組變化最弱；典型標志物如 Slc1a2 和 Slc7a11 下調、Gfap 上調，符合反應性星形膠質細胞特征。共表達網絡（MEGENA）鑒定出多個功能模塊：例如 c1_4/c1_5 在戒斷和初次暴露中上調但在帶藥再暴露中下調，包含 Aqp4、Slc1a2 等關鍵基因；c1_6 特異關聯戒斷，c1_16 則富集于帶藥再暴露。GO分析揭示各階段激活不同通路：帶藥再暴露涉及轉運體活性，無藥再暴露關聯細胞黏附，初次暴露以酶活性為主，戒斷則富集鈣信號與激酶活性。上游調控分析預測 SREBF1、SMAD3 和 CREB1 為關鍵調控因子。尤為重要的是，跨物種 RRHO2 分析顯示，小鼠戒斷和帶藥情境再暴露的星形膠質轉錄特征與人類男性 CUD 患者高度趨同，而初次藥物暴露則明顯偏離。這些結果表明，星形膠質細胞在成癮進程中呈現階段特異性重編程，其中復吸和戒斷狀態更真實反映人類CUD病理，為靶向星形膠質開發抗成癮策略提供了重要依據。

圖二 NAc星形膠質細胞中的CREB調控可卡因的獎賞和強化效應

鑒于神經元CREB在NAc調控成癮行為的作用已被廣泛證實，作者探究了星形膠質細胞中的CREB是否也參與可卡因獎賞。作者利用CREB-floxed小鼠和星形膠質特異性AAV病毒在NAc中實現CREB的過表達（CREB-OE）或敲除（CREB-KO）。

結果：

在條件性位置偏愛（CPP）實驗中，僅雄性小鼠表現出顯著效應：CREB-OE增強對可卡因的偏好，而CREB-KO則削弱該偏好；雌性無論過表達或敲除均無行為改變且可卡因處理后其NAc星形膠質細胞中pCREB水平未升高，提示該通路在雌性中不被激活。隨后在雄性Long-Evans大鼠中進行可卡因自身給藥實驗，發現CREB-OE組在10天訓練期間攝入更多可卡因，并在24小時后的覓藥測試（T1）中表現出更強的動機：有效杠桿按壓更頻繁、首次按壓潛伏期更短、早期按壓間隔更密集。盡管30天戒斷后的第二次測試（T2）中總按壓次數無差異，但CREB-OE組仍顯示出更短的首次按壓潛伏期和測試初期更急切的按壓模式，表明其復吸傾向持續存在。綜上，NAc星形膠質細胞中的CREB以雄性特異性方式雙向調控可卡因的獎賞、強化及覓藥行為，在成癮與復吸中發揮關鍵作用。

圖三 NAc星形膠質細胞的鈣瞬變受可卡因和CREB調控

作者通過CUT&RUN-seq鑒定出鈣泵基因 Atp2b1 是星形膠質細胞CREB的直接靶基因。為探究重復可卡因暴露過程中星形膠質細胞鈣信號的動態變化，研究團隊在雄性CREB-floxed小鼠NAc中特異性過表達（CREB-OE）或敲除（CREB-KO）CREB，并結合條件性位置偏愛（CPP）范式與光纖記錄實時記錄鈣瞬變。

結果：

單次可卡因注射顯著增加對照組星形膠質細胞鈣瞬變頻率，而CREB-OE組反應減弱，CREB-KO組則完全無反應；經過重復暴露后，所有組均不再出現鈣反應增強，表明存在適應性耐受。對照組鈣反應隨重復給藥逐漸衰減，CREB-OE組該適應過程被削弱，CREB-KO組則缺失初始反應。在CPP測試階段，整體鈣信號（AUC）在對照組進入任一環境時均下降，CREB-OE組僅在可卡因配對環境中下降，而CREB-KO組在鹽水環境中短暫升高。分段分析進一步顯示，在進入可卡因配對環境時，三組最初均出現鈣信號抑制，但隨后對照組恢復基線，CREB-OE組持續抑制，而CREB-KO組反而顯著升高。這些結果表明，星形膠質細胞CREB不僅調控可卡因誘導的急性鈣反應，還塑造其在重復暴露和情境回憶中的動態適應性，從而可能介導其對成癮相關行為的關鍵作用。

圖四 NAc星形膠質CREB通過D1-MSN選擇性增強可卡因獎賞

星形膠質細胞的鈣信號已被證明能調控神經元活動，且越來越多證據顯示其作用具有神經元亞型選擇性。為此，作者探究了NAc中星形膠質細胞CREB是否差異調節D1型和D2型中等多棘神經元（D1-MSNs 和 D2-MSNs）。利用D1-tdTomato報告小鼠，在腦片上進行電生理記錄發現：星形膠質細胞CREB過表達（CREB-OE）顯著增強鄰近D1-MSNs的自發興奮性突觸電流（sEPSC）幅度，但不影響其頻率；對D2-MSNs則無此效應。此外，兩類神經元的抑制性突觸電流（sIPSC）均未受影響，表明CREB的作用具有突觸類型和神經元亞型雙重選擇性。為驗證這一機制是否介導行為效應，作者結合星形膠質細胞CREB操控與D1-MSN特異性Gi-DREADD技術。在CPP實驗中，當在可卡因配對訓練期間用CNO抑制D1-MSN活性時，即使星形膠質細胞CREB過表達，小鼠也不再形成對可卡因環境的偏好，而對照組和單純CREB-OE組均表現出顯著偏好。綜上，星形膠質細胞CREB通過選擇性增強D1-MSN的谷氨酸能輸入來促進可卡因獎賞效應，而該通路是其調控成癮相關行為的關鍵機制。

本研究發現，NAc星形膠質細胞的轉錄組對可卡因自身給藥產生強烈且情境特異的響應，并與人類可卡因使用障礙高度相似。作者鑒定出CREB是驅動這一轉錄變化的關鍵因子并證明星形膠質細胞CREB通過調控鈣信號，選擇性增強D1-MSN的活性，從而促進可卡因的獎賞和強化效應，揭示了星形膠質細胞在成癮中的主動調控作用。

文章來源

10.1126/sciadv.aea2419

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動物實驗提供"簡器械·精實驗"解決方案。我們突破高精設備局限，開發手工定制化儀器及配件，通過科研巧思將基礎工具轉化為創新實驗方案。產品涵蓋行為學裝置、操作輔助工具等，使實驗室在保持操作簡效的同時，實現精細化數據采集，助力科研人員以創造性思維發掘簡易儀器的潛在科研價值。