Sci Adv：吸烟越多越抑制快感？杜克大学团队揭示钙激活氯通道抗成瘾机制

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尼古丁是一种成瘾性物质，对健康和社会带来了重大挑战。尽管内侧缰核（MHb）与尼古丁回避之间的关联已知，但MHb神经元对尼古丁反应的离子机制仍不清楚。

基于此，2025年3月19日美国杜克大学医学中心生物化学系Takafumi Kawai在Science Advances杂志发表了“Calcium-activated ion channels drive atypical inhibition in medial habenula neurons”揭示了钙激活的离子通道驱动内侧缰核神经元的非典型抑制。

该研究表明MHb神经元通过一种长时程不应期（LLRP）作为一种非传统的抑制机制来抑制过度兴奋。这一过程由尼古丁通过烟碱型乙酰胆碱受体诱导的钙离子内流启动，进而激活了一种钙激活的氯通道（CaCC）。由于MHb神经元内的高氯化物水平，通过CaCC流出的氯化物与高阈值电压门控钙通道协同作用，使MHb去极化维持在氯化物平衡电位（约-30毫伏）附近从而实现LLRP。同时，钙激活的BK钾通道抵消了这种去极化，促进LLRP的终止。作者的研究揭示了一种非典型的抑制机制，该机制由钙通透性和钙激活通道之间的协同作用调控。这一发现加深了对神经元兴奋性控制和尼古丁成瘾的理解。

图一 高剂量尼古丁抑制MHb神经元的神经活动

MHb中高度表达烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs），作者在MHb植入了电极，并对自由活动的小鼠进行了记录。生理盐水注射对MHb神经元的基础放电频率几乎没有影响，低剂量尼古丁显著增加了约50%记录神经元的放电频率，即尼古丁能够增强MHb的神经活动。作者向同一批动物依次注射了低剂量（0.1 mg/kg）和高剂量（0.5 mg/kg）的尼古丁。结果发现，低剂量尼古丁兴奋的神经元与高剂量尼古丁抑制的神经元之间存在很强的相关性。大多数对低剂量尼古丁放电增加的MHb神经元，在高剂量尼古丁注射后也表现出长时间的沉默期。作者还详细分析了尼古丁响应的初始阶段（注射前50秒和注射后100秒）在低剂量或高剂量条件下的变化。在0.1 mg/kg剂量下，观察到放电频率逐渐增加；而在0.5 mg/kg剂量下，注射后0至50秒内迅速出现短暂的放电频率增加，随后放电急剧下降。结果表明，尼古丁作为一种高度脂溶性的化合物能够快速到达MHb并短暂兴奋MHb神经元，随后引发突然且持续数分钟的抑制。

图二 高剂量尼古丁在MHb神经元中诱导LLRP

作者在10 μM尼古丁喷射后使用了光遗传学刺激，首先制备了来自ChAT-ChR2-eYFP小鼠的脑切片，然后在无尼古丁的情况下，用2秒的蓝光刺激激活表达ChR2的MHb神经元。结果显示，放电频率短暂增加，并在光刺激后迅速恢复。接下来，通过10 μM尼古丁喷射诱导沉默阶段，随后进行相同的蓝光刺激。在沉默阶段，无法触发任何动作电位，这表明神经元已进入长时间的不应期。当通过洗脱尼古丁使MHb神经元从沉默阶段恢复后，蓝光刺激可以再次增强其放电活动。综上所述，作者的离体实验结果表明MHb神经元可以根据尼古丁刺激的强度表现出两种不同的放电模式。在此期间，MHb神经元完全停止放电，并且不再对兴奋性输入作出反应。

图三 BK通道负向调控MHb神经元中的LLRP

接下来，作者探讨了CaCC与HVA VGCC之间的正反馈回路是如何被打破并导致LLRP终止的。由Kcnma1编码的BK通道孔形成α亚基在MHb中高度表达。首先监测了来自Kcnma1缺陷（BK KO）小鼠的MHb神经元中的尼古丁触发LLRP。免疫组化结果显示，KO MHb中不存在BK通道，BK KO神经元的LLRP显著长于同窝野生型（WT）对照组。此外，用10 μM paxilline处理C57/BL6J小鼠的MHb切片，发现BK的药理学抑制也显著延长了平台期。结果表明，BK通道在LLRP期间被激活，可能是HVA VGCC下游的作用，而HVA VGCC通常与BK通道形成蛋白复合物。BK通道的大K+电导因此有效地使膜超极化，从而缩短了LLRP的持续时间。作者进一步利用携带功能获得性（GOF）突变的BK D434G通道病小鼠模型研究了BK通道在调控LLRP中的作用。这种突变来源于患有全身性癫痫和并发阵发性运动障碍的人类患者。发现杂合子小鼠（BKDG/WT）的MHb神经元几乎无法发展出在WT（BKWT/WT）MHb神经元中观察到的LLRP。在短暂的尖峰后，即使在尼古丁刺激下，BKDG/WT MHb神经元也迅速超极化至低于−40 mV的电压。这表明GOF BK通道同样被尼古丁诱导的Ca2+内流和膜去极化所激活，其大的K+电导覆盖了CaCC介导的去极化，并阻止了CaCC-VGCC正反馈回路的形成。用paxilline抑制BK D434G成功恢复了尼古丁诱导的LLRP，其持续时间显著长于BKWT/WT MHb神经元的LLRP。综上所述，MHb神经元中的BK通道调控LLRP，其活性增强促进了LLRP的终止。

图四 MHb对尼古丁双相反应的离子基础

总结

本研究揭示了MHb神经元中一种独特的、细胞自主的抑制机制。这些神经元具有异常高的细胞内Cl−浓度，导致GABAA受体表现为兴奋性而非抑制性。因此，MHb神经元缺乏典型的抑制机制来抑制过度兴奋，这使得它们需要一种替代的调控方式，尤其是在应对尼古丁刺激。作者发现，MHb独特的LLRP起到了紧急制动的作用，可能通过去极化阻滞来防止兴奋性毒性直到K+通道恢复膜电位。这一过程的关键参与者包括TMEM16A钙激活氯通道（CaCC）、BK钙激活钾通道，以及它们与钙通透性nAChRs和VGCCs的相互作用。这种非传统的机制可以防止过度兴奋传递到下游神经元，并为尼古丁成瘾提供了潜在的治疗靶点。

文章来源

10.1126/sciadv.adq2629