尼古丁成瘾研究新突破：内侧缰核神经元独特抑制机制揭秘

《SCIENCE ADVANCES》：Calcium-activated ion channels drive atypical inhibition in medial habenula neurons

为探究尼古丁成瘾相关神经机制，研究人员聚焦内侧缰核（MHb）神经元，发现其以长时程不应期（LLRP）抑制尼古丁诱导的过度兴奋，该成果有助于理解神经元兴奋性调控及尼古丁成瘾机制。

　　尼古丁，这个藏在烟草中的 “瘾君子”，长期以来给全球公共健康带来了巨大挑战。每年，因吸烟导致的死亡人数数以百万计，而尼古丁作为烟草中的主要成瘾成分，既是让人享受 “愉悦” 的 “幕后推手”，又是引发各种健康问题的 “罪魁祸首”。它对人体的影响呈现出复杂的两面性，低剂量时带来的奖赏效应会让人逐渐上瘾，高剂量时产生的厌恶效应却又促使人们想要避开它。然而，尽管科研人员在这方面进行了大量研究，神经元和神经回路在尼古丁奖赏与厌恶之间维持平衡的具体机制，仍然像一团迷雾，困扰着大家。

内侧缰核（MHb），这个位于间脑上丘脑的双侧小核，因其高密度的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）而备受关注。其中，由 CHRNA5 - CHRNA3 - CHRNB4 基因簇编码的 α5、α3 和 β4 亚基，与尼古丁依赖的易感性、吸烟行为的强度以及吸烟相关疾病的易患性都有着千丝万缕的联系。但 MHb 神经元究竟是如何对不同浓度的尼古丁做出反应，又怎样在尼古丁的奖赏和厌恶效应之间找到平衡的，一直是神经科学领域争论不休的话题。而且，MHb 神经元有着独特的电生理特性，比如高输入电阻，以及特殊的离子转运体和通道表达模式，这让它们在应对尼古丁刺激时的兴奋性调控机制更加扑朔迷离。

为了揭开这些谜团，来自杜克大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解尼古丁成瘾的神经机制带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，他们对自由活动的小鼠进行了体内单单元细胞外记录，直接观察 MHb 神经元在不同剂量尼古丁刺激下的电活动变化；在离体实验中，通过制备小鼠脑切片，进行松散细胞贴附（LCA）记录和全细胞记录，精确分析神经元对尼古丁的反应以及离子机制。同时，利用光遗传学刺激技术，进一步探究神经元在特定状态下的反应特性；此外，还通过免疫组织化学技术，检测相关蛋白的表达情况。

研究结果如下：

1. 不同剂量尼古丁对 MHb 神经元的影响：研究人员给小鼠腹腔注射不同剂量的尼古丁后发现，低剂量（0.1mg/kg）尼古丁能显著增加约 50% 记录神经元的放电频率，而高剂量（0.5mg/kg）尼古丁则会抑制约 50% 神经元的放电，且这种抑制可持续数分钟。这表明 MHb 神经元对不同剂量的尼古丁有着截然不同的反应。
2. 强尼古丁刺激诱导 LLRP：在离体实验中，对腹侧 MHb 神经元进行 LCA 记录时发现，1μM 尼古丁刺激会使神经元放电频率短暂增加，之后迅速恢复；而 10μM 尼古丁刺激不仅会引起短暂的放电增加，随后还会使神经元进入超长的沉默期，约 70% 的记录神经元沉默期超过 30 秒。通过光遗传学刺激实验进一步证实，高剂量尼古丁刺激会使 MHb 神经元进入长时程不应期（LLRP），在此期间神经元停止放电，不再对兴奋性输入做出反应。
3. Cl^?电导主导 LLRP：全细胞电流钳记录显示，10μM 尼古丁刺激会使 MHb 神经元在沉默期被钳制在约 - 30mV 的平台电位，此时电压门控 Na⁺通道（Na_Vs）失活。改变细胞内 Cl^?浓度（[Cl^?]_in）实验表明，[Cl^?]_in越高，LLRP 持续时间越长，平台电位越去极化，这说明 Cl^?电导在强尼古丁刺激诱导的 LLRP 中起主导作用。
4. Ca²⁺激活的 Cl^?电导被尼古丁激活：电压钳记录检测到 MHb 神经元存在典型的电压和时间依赖性、外向整流的 Ca²⁺激活的 Cl^?通道（CaCC）电流。通过改变细胞外 Ca²⁺浓度（[Ca²⁺]_out）和添加 Ca²⁺螯合剂 EGTA 等实验发现，高剂量尼古丁刺激会激活 CaCC，使 Cl^?外流，进一步增强内向电流，从而介导长时间的膜去极化，使神经元进入 LLRP。
5. TMEM16A 可能是维持 MHb LLRP 的 CaCC：TMEM16A 是一种在 MHb 中高度表达的 CaCC。使用其特异性抑制剂 CaCCinh - A01 处理后发现，它能消除 CaCC 电流，并显著缩短 10μM 尼古丁诱导的 LLRP，这强烈支持了 TMEM16A 在维持 LLRP 中起关键作用的观点。
6. CaCC 和电压门控 Ca²⁺通道（VGCCs）的正反馈维持 LLRP：高剂量尼古丁诱导的平台电位约为 - 30mV，在此电压下，高阈值 VGCCs 开始被最大程度激活。应用各种 VGCC 抑制剂实验表明，L 型和 R 型高阈值 VGCCs（HVA）在维持 LLRP 中起重要作用，它们与 CaCC 形成正反馈，促进 CaCC 持续开放，维持平台电位，使 Na_Vs 持续失活，从而维持 LLRP；而 T 型低阈值 VGCCs（LVA）在这个过程中作用较小。
7. BK K⁺通道帮助终止 LLRP：Ca²⁺和电压激活的 BK 大电导 K⁺通道在 MHb 中高度表达。通过对 BK 通道基因敲除小鼠和使用 BK 通道特异性阻断剂 paxilline 处理的实验发现，BK 通道的抑制会延长 LLRP；而在携带 BK D434G 功能获得性突变的小鼠中，MHb 神经元几乎不能形成 LLRP，这表明 BK 通道在调节 LLRP 的终止中起重要作用，其通过 K⁺外流使膜超极化，打破 CaCC - VGCC 的正反馈，促进 LLRP 的终止。

研究结论和讨论部分指出，MHb 神经元拥有一套独特的细胞自主机制来应对不同剂量的尼古丁。低剂量尼古丁通过 nAChR 介导的 Na⁺内流使神经元去极化，增加放电；高剂量尼古丁则触发了一种非常规的抑制过度兴奋的机制，即先短暂增加放电，随后通过 Ca²⁺内流激活 CaCC，引发 CaCC 与 HVA VGCCs 的正反馈，使膜电位维持在约 - 30mV，导致 Na_Vs 失活，进入 LLRP。而 BK 通道则在 LLRP 的终止过程中发挥关键作用。

这项研究揭示了 MHb 神经元独特的抑制机制，为理解神经元兴奋性调控和尼古丁成瘾机制提供了新的视角，也为开发治疗尼古丁成瘾的新靶点提供了理论依据。未来，进一步研究 LLRP 在 MHb - 脚间核（IPN）神经回路中的作用，以及 TMEM16A 和 BK 通道在调节尼古丁成瘾和情绪过程中的具体生理功能，将有助于更深入地了解尼古丁成瘾的神经生物学机制，为相关疾病的治疗带来新的希望。