多巴胺能轴突GABAA受体调控纹状体胆碱能输入整合的新机制

《Cell Reports》：Presynaptic GABAA receptors control integration of nicotinic input onto dopaminergic axons in the striatum

本刊推荐：为阐明纹状体多巴胺释放的局部调控机制，研究人员开展了关于多巴胺能轴突GABAA受体调控尼古丁受体介导信号整合的研究。通过轴突膜片钳记录和钙成像技术，发现轴突GABAA受体通过抑制nAChR介导的兴奋性输入来调控多巴胺能轴突兴奋性，并首次发现常用GABAA受体拮抗剂印防己毒素存在抑制nAChR的脱靶效应。该研究揭示了多巴胺能轴突具备类似树突的整合计算能力，为理解基底节环路功能提供了新视角。

　　

在大脑的奖励和运动控制中枢——纹状体中，多巴胺能神经元的轴突末梢如同精密的信号转换站，通过释放多巴胺调节着我们的行为选择。这些纤细的轴突不仅被动传递来自中脑的动作电位，还主动整合局部神经递质信息，其中γ-氨基丁酸A型受体(GABA_A受体)和尼古丁乙酰胆碱受体(nAChR)的相互作用尤为关键。然而，这两种受体在轴突水平如何相互影响，一直是个未解之谜。

早期研究发现，苯二氮卓类药物地西泮能够抑制多巴胺释放，且在尼古丁信号通路完整时抑制作用更为显著，暗示着GABA能信号与胆碱能信号存在复杂交互。多巴胺能轴突自发的nAChR介导的亚阈值去极化事件虽不足以单独引发动作电位，但它们的时空整合可最终触发轴突动作电位和多巴胺释放。这就提出了一个有趣的问题：轴突上的GABA_A受体是否像树突上的同类受体那样，能够调节兴奋性输入的整合过程？

为了回答这一问题，美国国立卫生研究院的Brill-Weil等研究人员在《Cell Reports》上发表了最新研究成果。他们发现，多巴胺能轴突上的GABA_A受体如同一个"刹车系统"，精细调控着尼古丁受体介导的输入信号，从而影响多巴胺释放。更令人意外的是，常用实验药物印防己毒素在抑制GABA_A受体的同时，竟会直接抑制nAChR功能，这一发现对神经环路研究的方法学具有重要意义。

研究团队运用了多项关键技术：通过DAT-Cre转基因小鼠病毒注射实现多巴胺神经元特异性表达钙指示剂；采用轴突膜片钳记录技术直接测量轴突电位；利用光电二极管记录群体轴突钙信号；通过GRAB_ACh3.0传感器监测乙酰胆碱释放动态；使用导数分析法区分直接激活和nAChR介导的钙信号成分。

地西泮抑制多巴胺能轴突的尼古丁受体介导的兴奋性突触后电位

研究人员首先通过轴突穿孔膜片钳记录技术，直接测量了多巴胺能轴突对电刺激的反应。结果显示，GABA_A受体正向变构调节剂地西泮(10μM)可使nAChR介导的轴突兴奋性突触后电位(axEPSP)振幅降低约28%，并显著延缓其上升斜率。这表明GABA_A受体的激活确实能够抑制尼古丁受体介导的输入信号。

电诱发钙信号包含时间和药理学特征不同的成分

为了在群体水平研究多巴胺能轴突的兴奋性，团队使用jGCaMP8s钙指示剂记录了轴突钙信号。通过计算钙信号的一阶导数，研究人员成功分离出两个时间上独立的成分：早期成分(潜伏期1.7±0.2ms)来自轴突直接激活，而延迟成分(潜伏期7.1±0.3ms)则依赖于nAChR激活，这与已知的胆碱能中间神经元(CIN)到多巴胺能轴突的传输延迟相符。

GABA_A受体拮抗增强多巴胺能轴突的尼古丁信号

应用选择性GABA_A受体拮抗剂加巴嗪(10μM)后，nAChR介导的钙信号成分显著增强至对照的121.7%，而直接成分仅轻微变化。更重要的是，尼古丁成分的峰值潜伏期缩短，表明GABA_A受体激活不仅抑制信号强度，还影响其时间精确性。

加巴嗪不改变胆碱能中间神经元的乙酰胆碱释放

为排除GABA_A受体对胆碱能中间神经元的影响，研究人员使用GRAB_ACh传感器直接监测乙酰胆碱释放。结果显示加巴嗪对乙酰胆碱释放强度和短时程可塑性均无影响，证实观察到的效应确实源于多巴胺能轴突自身的GABA_A受体。

印防己毒素抑制多巴胺能轴突的尼古丁受体

令人意外的是，当在加巴嗪基础上追加应用印防己毒素(100μM)时，尼古丁成分的钙信号被显著抑制至对照的45.8%，且呈剂量依赖性(IC₅₀约108μM)。通过中脑内侧束轴突的全细胞记录直接检测nAChR功能，确认印防己毒素可直接抑制乙酰胆碱诱发的去极化达50%，而加巴嗪无此效应。

GABA_A受体和含α6亚基尼古丁受体对尼古丁钙信号成分时序产生相反影响

应用选择性α6亚基nAChR拮抗剂芋螺毒素-P1A后，尼古丁成分的钙信号幅度减小且峰值潜伏期延迟。有趣的是，不同药物处理下尼古丁成分幅度与潜伏期变化呈负相关，表明GABA_A受体激活对轴突兴奋性的影响与部分阻断nAChR具有相似效果。

该研究首次揭示了多巴胺能轴突具备类似树突的整合计算能力，能够内在性地整合抑制性和兴奋性输入。轴突GABA_A受体通过抑制nAChR介导的兴奋性输入，充当了胆碱能控制多巴胺释放的"门控"机制。这一发现不仅深化了对基底节环路调控机制的理解，还对神经精神疾病的研究具有重要意义。

特别值得注意的是，研究揭示的印防己毒素对nAChR的脱靶效应提醒神经科学家需谨慎选择实验工具药，而建立的钙信号导数分析方法为研究轴突兴奋性提供了新的技术途径。在帕金森病等神经退行性疾病中，纹状体GABA能张力发生改变，该研究发现的机制可能参与疾病病理过程，为治疗策略开发提供了新思路。

多巴胺能轴突作为信息整合中心的新角色，挑战了传统上对轴突仅作为被动传导电缆的认知。这些发现不仅革新了对多巴胺信号局部调控的认识，也为理解整个神经系统信息处理机制提供了新范式。随着研究方法不断创新，我们有望进一步揭示轴突在神经信息处理中的复杂功能，为脑功能研究和神经系统疾病治疗开辟新途径。