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基因治疗专治“酒鬼”大鼠

来源:Brookhaven Lab
摘要:DepartmentofEnergy’sBrookhavenNationalLaboratoryhaveusedthesametechniquetocutdrinkinginratswithageneticpredispositionforheavyalcoholconsumption。ThisstudywasfundedbytheOfficeofBiologicalandEnvironmentalResearchwithintheDepartmentofEnergy’sOfficeofScienceandbytheNationalInstituteofAlcoholAbusean......

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Gene  Therapy  Reduces  Drinking  in  Rats  with  Genetic  Predisposition  to  “Alcoholism”

As  a  follow  up  to  previous  work  showing  that  gene  therapy  can  reduce  drinking  in  rats  trained  to  prefer  alcohol,  scientists  at  the  U.S.  Department  of  Energy’s  Brookhaven  National  Laboratory  have  used  the  same  technique  to  cut  drinking  in  rats  with  a  genetic  predisposition  for  heavy  alcohol  consumption.  The  findings,  along  with  additional  results  on  the  effects  of  long-term  ethanol  consumption  on  certain  aspects  of  brain  chemistry,  are  published  in  the  May  2004  issue  of  Alcoholism  Clinical  and  Experimental  Research.  

“Though  we  are  still  early  in  the  process,  these  results  improve  our  understanding  of  the  mechanism  or  mechanisms  of  alcohol  addiction  and  strengthen  our  hope  that  this  treatment  approach  might  one  day  help  people  addicted  to  alcohol,”  said  Panayotis  (Peter)  Thanos,  who  lead  the  study  in  Brookhaven  Lab’s  medical  department.  

Genetically  predisposed  alcohol-preferring  rats  are  a  much  better  model  for  human  alcoholism  than  the  rats  used  previously,  which  the  scientists  had  to  train  to  prefer  alcohol.  Without  any  training,  the  genetic  alcohol-preferring  rats  drink,  on  average,  more  than  five  grams  of  ethanol  per  kilogram  of  body  weight  per  day  when  given  a  free  choice  between  alcohol  and  plain  water.  Genetically  non-preferring  rats,  in  contrast,  typically  consume  less  than  one  gram  of  ethanol  per  kilogram  of  body  weight  per  day.  

In  this  study,  both  groups  were  treated  with  gene  transfer  to  increase  the  level  of  a  brain  receptor  for  dopamine,  a  chemical  important  for  transmitting  feelings  of  pleasure  and  reward  and  known  to  play  a  role  in  addiction.  After  the  gene  treatment,  the  alcohol-preferring  rats  exhibited  a  37  percent  reduction  in  their  preference  for  alcohol  and  cut  their  total  alcohol  consumption  in  half  —  from  2.7  grams  per  kilogram  of  body  weight  before  treatment  to  1.3g/kg  after.  Non-preferring  rats  also  reduced  their  drinking  preference  and  intake  after  gene  treatment,  but  not  in  nearly  as  dramatic  a  fashion.  The  greatest  reductions  in  alcohol  preference  and  consumption  were  observed  within  the  first  few  days  after  gene  treatment,  and  both  preference  and  consumption  returned  to  pre-treatment  levels  by  day  20.  

The  gene  administered  was  for  the  dopamine  D2  receptor,  a  protein  shown  in  various  studies  to  be  relevant  to  alcohol  and  drug  abuse.  For  example,  low  levels  of  dopamine  D2  receptors  in  the  brain  have  been  postulated  to  lead  to  a  reward  deficiency  syndrome  that  predisposes  certain  people  to  addictive  behaviors,  including  drug  and  alcohol  abuse.  The  alcohol-preferring  rats  used  in  this  study  have  about  20-25  percent  lower  levels  of  dopamine  D2  receptors  when  compared  to  the  non-preferring  rats,  which  may,  in  part,  explain  their  tendency  toward  heavy  drinking.  

The  scientists  delivered  the  gene  by  first  inserting  it  into  a  virus  that  had  been  rendered  harmless.  They  then  injected  the  virus  directly  into  the  rats’  nucleus  accumbens,  the  brain’s  pleasure  center.  The  idea  behind  this  type  of  gene  therapy  is  to  use  the  virus  as  a  vector  to  carry  the  gene  to  the  brain  cells,  which  can  then  use  the  genetic  instructions  to  make  the  D2  receptor  protein  themselves.  

As  an  additional  measure  in  this  study,  the  scientists  used  micro-positron  emission  tomography  (microPET)  imaging  to  non-invasively  assess  the  effects  of  chronic  alcohol  consumption  on  D2  receptor  levels  in  alcohol-preferring  and  non-preferring  rats.  They  measured  D2  levels  seven  weeks  after  the  gene  therapy  treatment  (well  after  the  effects  of  gene  therapy  had  worn  off).  D2  receptor  levels  in  alcohol-preferring  rats  were  significantly  lower  (about  16  percent)  compared  to  that  in  non-preferring  rats.  These  levels  were  similar  to  previous  data  in  naïve  preferring  and  non-preferring  rats.  

In  future  studies,  the  D2  connection  to  alcoholism  will  be  examined  in  transgenic  mice  that  are  totally  depleted  of  D2.  In  addition,  the  scientists  plan  to  develop  a  second  generation  D2  vector  approach  that  will  provide  a  longer  period  of  treatment.  

“These  findings  further  support  our  hypothesis  that  high  levels  of  D2  are  causally  associated  with  a  reduction  in  alcohol  drinking  and  may  serve  as  a  protective  factor  against  alcoholism,”  Thanos  said.  

This  study  was  funded  by  the  Office  of  Biological  and  Environmental  Research  within  the  Department  of  Energy’s  Office  of  Science  and  by  the  National  Institute  of  Alcohol  Abuse  and  Alcoholism  within  the  National  Institutes  of  Health.



Scientists  at  the  U.S.  Department  of  Energy’s  Brookhaven  National  Laboratory  have  shown  that  increasing  the  level  of  a  brain  protein  important  for  transmitting  pleasure  signals  can  turn  rats  that  prefer  alcohol  into  light  drinkers,  and  those  with  no  preference  into  near  teetotalers.  The  findings,  published  in  the  first  September  2001  issue  of  the  Journal  of  Neurochemistry  (Vol.  78,  No.  5),  may  have  implications  for  the  prevention  and  treatment  of  alcoholism  in  humans.  

"This  is  a  preliminary  study,  but  when  you  see  a  rat  that  chooses  to  drink  80  to  90  percent  of  its  daily  fluid  as  alcohol,  and  then  three  days  later  it’s  down  to  20  percent,  that’s  a  dramatic  drop  in  alcohol  intake  -  a  very  clear  change  in  behavior,"  said  Panayotis  Thanos,  the  lead  researcher.  "This  gives  us  great  hope  that  we  can  refine  this  treatment  for  future  clinical  use."  



Gene  Therapy  Reduces  Drinking  in  "Alcoholic"  Rats

The  protein  in  question  is  the  so-called  D2  receptor  for  dopamine,  a  chemical  that  transmits  brain  signals  necessary  for  experiencing  feelings  of  pleasure  and  reward.  Without  receptors  for  dopamine,  the  signals  get  "jammed,"  and  the  pleasure  response  is  blunted.

Previous  studies  have  shown  that  alcohol  abuse  and  other  addictive  drugs  increase  the  brain’s  production  of  dopamine.  But,  over  time,  these  drugs  also  deplete  the  brain’s  D2  receptors.  This  research  has  suggested  that  alcoholics  increase  their  intake  to  try  to  override  the  blunted  pleasure  response,  and  that  people  with  low  levels  of  D2  receptors  may  be  predisposed  to  alcohol  abuse.  These  ideas  led  the  Brookhaven  researchers  to  hypothesize  that  increasing  the  level  of  D2  receptors  might  decrease  alcohol  intake.  

The  researchers  tested  this  hypothesis  in  experimental  rats  by  injecting  a  virus  that  had  been  rendered  harmless  and  altered  to  carry  the  D2  receptor  gene  directly  into  the  rats’  brains.  The  idea  behind  this  gene  therapy  is  that  the  virus  acts  as  a  vector  or  mechanism  to  deliver  the  gene  to  the  brain  cells  in  the  nucleus  accumbens,  the  brain’s  pleasure  center,  so  the  cells  can  make  the  receptor  protein  themselves.  

To  see  if  the  D2  receptor  levels  actually  did  increase,  the  scientists  studied  the  brains  of  one  group  of  rats  using  sophisticated  imaging  techniques.  They  used  a  radiotracer,  a  signal-emitting  chemical  designed  to  bind  to  the  D2  receptor  protein,  then  detected  the  signals  in  brain  images  called  autoradiographs.  The  strength  of  the  signals  indicated  that  rats  injected  with  the  D2  gene  did  have  higher  levels  of  D2  receptors.  The  levels  peaked  three  to  four  days  after  injection  and  gradually  returned  to  near  baseline  after  eight  days.  

Then  the  scientists  examined  how  the  injected  genes  affected  the  drinking  behavior  of  rats  that  had  been  previously  trained  to  self-administer  alcohol.  Rats  that  showed  a  preference  for  alcohol  over  water  during  training  were  analyzed  separately  from  those  that  had  no  preference.  

Among  the  rats  that  initially  preferred  alcohol,  those  that  had  received  the  D2  gene  showed  a  43  percent  drop  in  their  preference  for  alcohol  and  drank  64  percent  less  alcohol  than  rats  that  received  only  a  placebo  virus  with  no  genes.  Even  the  rats  that  initially  had  a  low  preference  for  alcohol  showed  significant  reductions  in  both  their  preference  for  and  intake  of  alcohol  after  treatment  with  the  D2  gene.  

"This  is  the  first  evidence  that  overproduction  of  D2  receptors  reduces  alcohol  intake  and  suggests  that  high  levels  of  D2  may  be  protective  against  alcohol  abuse  in  humans,"  Thanos  said.  

The  reduction  in  drinking  preference  and  behavior  in  both  groups  was  transient,  with  both  measures  returning  to  baseline  levels  by  eight  days  after  treatment.  But  a  second  treatment  with  the  D2  genes  produced  the  same  dramatic  effect.  

"This  is  just  a  first  step,"  said  Thanos,  who  is  working  with  Brookhaven  biologist  Paul  Freimuth  to  produce  a  better  gene-delivery  system  that  will  have  a  longer-lasting  effect.  

This  work  was  funded  by  the  National  Institute  for  Alcohol  Abuse  and  Alcoholism  and  the  U.S.  Department  of  Energy,  which  supports  basic  research  in  a  variety  of  scientific  fields.
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