新发现人类健康发布日期:2022年6月17日

蠕虫能告诉我们关于可卡因的什么

作者

Soren爱默生

瑞奇·格兰杰

年轻的评论家

克里斯

摘要

可卡因是一种非法且容易上瘾的毒品。它通过劫持被称为化学信使的小分子导致成瘾，大脑细胞利用这些分子进行交流和合作。大多数科学家已经研究了可卡因如何影响三种化学信使，即血清素、多巴胺和去甲肾上腺素，但可卡因也可能影响第四种化学信使，即乙酰胆碱。为了了解可卡因是否会影响乙酰胆碱，我们利用小蠕虫的产卵“大脑”来确定可卡因在人体中的作用。我们发现可卡因使这些蠕虫产卵，但只有在乙酰胆碱信息正常工作的情况下。这告诉我们可卡因部分是通过乙酰胆碱起作用的。我们的研究为了解可卡因和乙酰胆碱之间的相互作用提供了第一步。可卡因成瘾的治疗取决于我们对药物如何起作用的理解，因此了解可卡因如何影响乙酰胆碱可能会导致开发出有效的可卡因成瘾治疗方法。

可卡因成瘾

吸毒成瘾是一种疾病，在这种情况下，人们无法停止使用毒品，尽管会产生不良后果，如身体或精神健康状况不佳、经济问题或关系不稳定[1］．人们可能会对合法毒品上瘾，比如啤酒、葡萄酒和烈酒中的酒精，或者香烟和电子烟中的尼古丁。人们也会对可卡因等非法毒品上瘾。可卡因成瘾的原因很复杂，科学家们希望更好地了解可卡因对大脑的作用，这样他们就可以开发出更有效的成瘾治疗方法。2］．使用可卡因和其他毒品可以改变大脑中叫做化学信使这些化学信使的变化是导致成瘾的重要原因。

大脑中的化学信使

大脑是由微小的相互连接的细胞组成的神经元．神经元的工作是相互交流，这样大脑才能正常运作。3.］．这些神经元共同工作，指导我们的思想、感觉和动作。神经元通过发送化学信使与其他神经元交流。

在神经元之间发送化学信使的过程可以分为四个步骤，有点像在Snapchat上发送一张照片。图1)．首先，就像发送照片需要拍照一样，神经元必须制造化学信使。其次，神经元必须释放化学信使，这就像从你的手机发送快照一样。第三，另一个神经元通过其表面一种被称为受体的特殊蛋白质捕获它来接收化学信使。这一步类似于你朋友的Snapchat接收你的照片，这样你的朋友就可以打开它了。最后，就像你朋友的Snapchat会自动删除你的照片一样，接收到信息的神经元最终会破坏化学信使。

图1 -神经元通过化学信使进行交流可以比作发送一张快照。

**(一)**神经元产生化学信使(红圈)就像拍一张Snapchat照片。**(B)**释放化学信使就像发送一个snap。**(C)**另一个神经元捕捉化学信使就像你的朋友收到了一张照片。**(D)**化学信使的最终毁灭就像一张快照的自动删除。

可卡因和化学信使乙酰胆碱

科学家们如此关注化学信使的一个原因是，这些信使在可卡因等危险药物的成瘾中发挥着重要作用。2］．研究人员发现，可卡因通过增加大脑中三种化学信使——多巴胺、血清素和去甲肾上腺素的数量来影响大脑。然而，还有其他证据表明，可卡因可能会影响第四种化学信使，叫做乙酰胆碱［4］．乙酰胆碱在成瘾的几个主要部分中起着重要作用，包括动机(如寻求药物的动机)和注意力(如对使用药物的机会的关注)。研究可卡因如何影响乙酰胆碱有一天可以帮助科学家了解和治疗可卡因成瘾，但可卡因对乙酰胆碱的可能影响还没有完全了解。

为什么要研究可卡因对蠕虫的影响?

在人类参与者中研究可卡因对乙酰胆碱的影响将需要很长时间，非常昂贵，而且很难安全地进行，所以我们需要另一种方法来知道可卡因是否影响乙酰胆碱。有一种小虫子叫秀丽隐杆线虫,尽管它看起来不太像人类，但它的神经元工作方式与人类非常相似。蠕虫的一些神经元使用乙酰胆碱相互交流，就像人类的神经元一样，所以这些蠕虫提供了一种有效的模型人类神经元。

事实上，蠕虫是一个特别好的模型，因为我们不需要高级显微镜就能观察到可卡因是否影响了它们的神经元。因为神经元控制着行为，我们可以通过观察蠕虫行为的变化来观察神经元活动的变化。具体来说，我们选择研究可卡因对蠕虫产卵行为的影响，因为产卵是由一个非常小的“大脑”控制的，它使用乙酰胆碱信息[5］．由于参与蠕虫产卵的神经元和化学信使与人类非常相似，我们可以用产卵的“大脑”作为可卡因如何影响人类神经元的模型。

可卡因和乙酰胆碱相互作用导致蠕虫产卵

在我们的第一个实验中，我们调查了可卡因是如何影响蠕虫产卵的。为此，我们将数百条蠕虫放入含有可卡因或糖水(糖不影响产卵)的小浴池中，让它们在浴池中游泳1小时(图2)．我们发现，可卡因浴中的蠕虫产下了大约6个卵，而糖水中的蠕虫几乎不产卵。这个实验告诉我们可卡因能使蠕虫产卵。

图2 -在我们的第一个实验中，我们测试了可卡因对蠕虫产卵的影响。

将蚯蚓分别放在糖水浴或可卡因水浴中1小时。在此期间，可卡因水浴中的蚯蚓每只产了大约6个卵，而糖水中的蚯蚓几乎从不产卵。这告诉我们可卡因使蠕虫产卵。

接下来，我们检查了乙酰胆碱是否必要的可卡因能让蠕虫产卵。为了做到这一点，我们使用了一系列基因敲除实验．在这种类型的实验中，我们从动物身上取下一些东西，看看它通常会做什么。想象一下，你想知道网球拍上的弦通常有什么作用。你有一个假设或者科学猜测，它们与击球有关。为了验证你的假设，你可以剪断或“敲掉”球拍的弦。如果你试着用这种球拍击球，你很快就会意识到，没有好的弦，你就不能正确地击球——所以弦对于打网球一定很重要。在我们的敲除实验中，我们不是破坏网球拍上的弦，看看它们通常如何与网球相互作用，而是破坏蠕虫的乙酰胆碱交流，看看它通常如何与可卡因相互作用(图3)．

图3 -在我们的第二个实验中，我们测试了可卡因与乙酰胆碱的相互作用。

这可以比作测试网球与球拍弦的相互作用。假设的例子是弦与球相互作用产生一个伟大的射门。我们可以证明，如果没有弦，就没有大概率。我们的实际假设是乙酰胆碱与可卡因相互作用导致产卵。我们通过“敲除”乙酰胆碱来证实我们的假设，并表明乙酰胆碱的信息实际上是可卡因导致产卵所必需的。

在我们的第二个实验中，我们再次将数百只蠕虫放入含有可卡因或糖水的小浴缸中，但这一次，一些蠕虫被“敲掉了”，缺少发送乙酰胆碱信息的四个步骤之一所需的蛋白质。我们发现，与可卡因浴中的正常蠕虫相比，所有缺乏乙酰胆碱信号的蠕虫在可卡因浴中产卵的数量都更少。这表明，可卡因产生卵子需要乙酰胆碱信号。了解蠕虫体内可卡因和乙酰胆碱之间的相互作用可能有助于我们更好地理解可卡因和乙酰胆碱在人脑中的相互作用。

我们的发现可以帮助可卡因成瘾研究

由于科学家们仍然不完全了解可卡因是如何影响人脑中的化学信使的，因此还没有开发出有效的可卡因成瘾治疗方法。2，6］．化学信使乙酰胆碱在可卡因成瘾中的作用尤其需要更多的研究[4］．在我们的实验中，我们用小蠕虫的产卵“大脑”作为可卡因如何影响乙酰胆碱的模型，我们的实验表明，可卡因改变了乙酰胆碱的信息。

我们使用蛔虫产卵的“大脑”建立了一个新的模型来研究可卡因如何影响乙酰胆碱。我们发现可卡因与乙酰胆碱相互作用，这可能有助于开发治疗可卡因成瘾的新疗法。科学家们试图开发出可卡因成瘾的治疗方法，阻断其他化学信使，包括血清素、多巴胺和去甲肾上腺素，但这些治疗方法都不是很有效[6］．阻断可卡因对乙酰胆碱的作用可能是治疗可卡因成瘾的一种新方法，可卡因成瘾目前是一种治疗不足的疾病，影响着许多人。