科普丨蜜蜂的表观遗传有助于人们解决药物滥用问题
众所周知，可卡因会对人类起作用，蜜蜂也像人类一样，当服用可卡因时会嗡嗡作响。就像我们一样，蜜蜂也可能对它上瘾……当不再服用可卡因时，甚至会出现戒断症状。正是这种相似的行为改变，使他们成为可卡因使用效应研究的绝佳模型系统。
碰巧的是，来自挪威和澳大利亚的研究人员最近进行了一项利用蜜蜂调查可卡因依赖性的研究。这不是用于可卡因研究的第一批蜜蜂，但绝对是用于探索表观遗传学的少数蜜蜂之一。他们的发现发表在2月份的《生理学前沿》杂志上。
吸毒成瘾是一种复杂的疾病，伴以反复发作，难以康复。成瘾被许多人认为是一种行为障碍并据此治疗，成瘾也被解释为是影响大脑反馈回路的神经系统失调。某些药物会增强相关的药物记忆，引发强烈的欲望而成瘾。在某些情况下，这些记忆可能会在戒毒后持续很长一段时间。
可卡因具有这种作用。在这种影响下，它的高度刺激作用或对它的渴望在大脑中迅速发展。先前的研究表明，可卡因通过破坏涉及记忆处理的表观遗传机制来影响大脑的神经回路。具体而言，它影响DNA甲基转移酶（DNMT）促进的DNA甲基化模式。然而，可卡因是否可以直接影响记忆加工还不完全清楚，这与它的高度刺激性是分开的。
为了确定这一点，研究人员决定研究当它不作为一种反馈的时候，可卡因是如何影响蜜蜂的学习和记忆的。他们使用一种与昆虫的摄食行为有关的经典条件形式，研究了该药物在记忆形成的各个阶段的作用，包括记忆的获取，巩固和恢复。然后，他们检测了蜜蜂的大脑中DNA 甲基化的任何变化。
在自然界中，蜜蜂会学习并记住某些线索，这些线索具有它们感兴趣的事物（例如花朵或蜂巢）的特征。在实验室环境中，可以使用公认的模式来研究他们的学习能力：伸喙反射的嗅觉调节（PER）。正如本研究所做的那样，PER基本上使用糖水作为刺激，再配上特殊的气味，使蜜蜂伸出管状的舌头（或喙）喝糖水。使用盐溶液则会产生不良反应。
在这里，蜜蜂受到了不同的调节，一种气味与奖励（糖水）配对，另一种与惩罚（盐溶液）配对，在绝对条件作用下，仅将一种气味与糖水配对。让它们进行短时学习和长时学习的训练和测试，并在整个研究过程中不定期地给蜜蜂喂可卡因，以减少它们感知糖水的干扰。
测试后，使用商业化的DNMT活性和抑制试验分析蜜蜂大脑的DNA甲基化活性。此外，还评估了DNA甲基转移酶3（AmDNMT3）和TET双加氧酶（AmTET）的转录水平。虽然未检测到AmDNMT3的变化，但单剂量可卡因确实改变了DNA甲基化酶的活性水平和AmTET转录。
作者指出，最令人惊讶的结果是可卡因对AmTET影响的环境依赖性。他们的报告指出：“我们只能推测为什么长时学习训练下动物中的DNA甲基化酶的活性水平会升高，而幼龄动物和短时学习训练动物中的水平却降低了，但是这清楚地表明，在思考药物滥用如何与DNA甲基化或去甲基化机制相互作用时，重要的是要记住，动物的活动或接触次数可能起重要作用。”
总体而言，该研究的主要发现表明，可卡因对短时记忆巩固的影响最大，很可能是通过改变AmTET水平而实现的。作者写道：“这表明可卡因相关的记忆之所以如此难以消失，部分原因可能是，除了增加高度刺激性外，可卡因还积极抑制了短时记忆的巩固。”
因为这项研究提供证据表明可卡因在表观遗传上干扰了短时学习训练，所以它似乎是支持短时记忆疗法的。有强烈的动机将这种疗法用于各种依赖性。但是，研究人员认为这种疗法对可卡因无效，特别是考虑到它的失败率。也许，如果将这种短时训练疗法与其他疗法——针对表观遗传机制的疗法相结合，则可以对可卡因成瘾有效。显然，需要更多的研究来确定相关机制并测试任何可能的治疗策略。
Source: Søvik Eirik, Berthier Pauline, Klare William P., Helliwell Paul, Buckle Edwina L. S., Plath Jenny A., Barron Andrew B., Maleszka Ryszard. Cocaine Directly Impairs Memory Extinction and Alters Brain DNA Methylation Dynamics in Honey Bees. Frontiers in Physiology, 9 :79.