神经肽如何实现调制作用

关于神经肽调制作用的发挥，研究得多的还是神经肽对于快递质如乙酰胆碱、谷氨酸、GABA等作用的调制。至于说神经肽本身影响了细胞膜上的离子通道，因而影响神经元的功能，这方面的具体例子还少。

脑内多数快速突触活动是由于突触前释放兴奋性的谷氨酸，或者释放抑制性的GABA或甘氨酸。调制快速氨基酸活性是神经肽在中枢神经系统的一个关键靶作用。从经典的角度看，在脑内，例如在下丘脑，那里的内稳态调节中的信号传送被认为是通过肽的直接作用。早期关于下丘脑递质的综述，或者忽略了GABA、谷氨酸，或者仅仅简单地描述了一下。相反，脑高级部位的信号传送，例如海马和大脑皮层，主要考虑了GABA能和谷氨酸能的传递，而较少考虑神经肽的调制。这是一种两分法，即在下丘脑的场合不考虑氨基酸类递质，在海马、大脑皮层的场合忽略神经肽的调制。最近几年来，慢慢地有所汇拢，在植物性功能的脑区，例如下丘脑，快递质的作用也得到了较大的关注；在高级脑区如海马、大脑皮层，对于神经肽的调制作用也被考虑。虽然肽在中枢神经系统中的作用不限于调制快速突触活动，但肽的许多作用确实是改变突触后或突触前位点的GABA或谷氨酸信号传送。图6-14是电生理实验的例子，兴奋性肽——促甲状腺激素释放激素（TRH）可以增强局部的突触前GABA神经元活动，导致GABA抑制作用的增强［9］。

图6-14　TRH增加全细胞记录GABA介导突触电流的频率

TRH可以相当程度地增加从GABA能黑色素浓集激素（melanin-concentrating hormone，MCH）神经元上记录到的IPSC的频率，当肽洗掉以后，频率就恢复。GABA受体拮抗剂荷苞牡丹碱（Bic）可以阻断突触电流。TRH对小突触后电流（miniature postsynaptic current，mPSC）没有作用。记录是在同时给予药物AP5和CNQX(3)的条件下做的，药物可以阻断突触释放谷氨酸的反应。记录滴管含有高浓度的氯离子，导致GABA介导的内向电流。（图引自［9］）

肽在中枢神经系统的功能中可能发挥关键作用。从一个实验就可以看出来，当编码肽的基因被敲除后，如基因敲除POMC肽，可导致摄食增加。此结果与一种看法相一致，即在能量内稳态中，这些细胞有一个使食欲减退的作用。注射α-黑素细胞刺激激素（α-melanocyte-stimulating hormone，α-MSH）拮抗剂，可以逆转肥胖现象。基因敲除黑皮质素受体4（或MC4受体：melanocortin receptor 4，MC4-R）也导致啮齿类肥胖。与这些观察相平行，人类肥胖病可以由几个基因突变所引起，如编码POMC或编码黑素皮质素受体的基因［9］。

说到肽能细胞中氨基酸递质重要性的问题，有一个有趣的例子可用以说明。这是最近关于抑制性NPY/AgRP神经元的实验。这些细胞在增进食欲中起关键作用。如上所述，注射NPY或刺鼠基因相关蛋白（agouti-related peptide，AgRP）到动物下丘脑区，动物会增加食物摄取；用DREADD受体(2)选择性地激活NPY、AgRP神经元，能够增加动物进食，降低能量消费。饥饿和生长激素释放肽可诱发对AgRP神经元的谷氨酸活性长时间增加，而瘦素可以逆转上述增加活动。以上提示了一个开关作用，开关是指谷氨酸输入到AgRP神经元的作用，此作用对于调节活动程度和能量代谢是重要的。在基因敲除小鼠，NPY/AgRP神经元中的不同神经活性物质已被敲除。令人惊奇的是，丢失了NPY或其受体，或者丢失了AgRP，并不引起可观察得到的进食表型改变。但在成年动物中，选择性地丢失AgRP或NPY神经元会导致动物停止进食甚至死亡。这提示，虽然NPY/AgRP是重要的进食调制物，但它们本身也只是调节能量内稳态的复杂递质难题中的一个而已，还有AgRP/NPY神经元所释放的其他物质，对于动物存活是必需的，下面还会加以讨论［9］，详见第17章。

NPY/AgRP神经元的另一个递质难题是GABA。剔除了AgRP/NPY神经元使输入臂旁核（parabranchial nucleus，PBN）神经元的GABA丢失，这对于严重的进食减少是必要条件，最后会导致动物死亡。增加对于抑制性GABA受体的激活（来自PBN），或者减少从孤束核（nucleus tractus solitarius，NTS）神经元来的兴奋性输入，这两种方法都可以增强动物进食，而且动物可以存活下来。在那些看起来还算正常的小鼠中，PBN谷氨酸兴奋的压抑可以逆转由AgRP/NPY敲除所导致的饥饿，增加食物的摄入。把这些证据加在一起，提示AgRP/NPY细胞里面的肽信号传送，具有进食的调制性作用，而快速氨基酸递质在这里所起的关键性作用是不能忽略的［9］，详见第17章。

AgRP/NPY神经元有投射到下丘脑室旁核（PVH）。在一个复杂系列的实验里面，其中包括对AgRP/NPY轴突投射到OT神经元的选择性光遗传学激活和失活，发现投射到OT神经元的AgRP/NPY轴突的激活，对于AgRP/NPY细胞所引起的进食起关键性作用。NPY和GABA两者都抑制PVH的OT细胞，两者都贡献给进食的发动。从AgRP/NPY神经元到PBN的GABA投射，可以解释内脏性身体不适（malaise）［9］。

另一个独立方向的研究显示，基因敲除下丘脑腹内侧核（ventromedial nucleus of hypothalamus，VMH）甾类产生因子-1（steroidogenic factor-1）神经元的谷氨酸神经传递，可以扰乱葡萄糖调节，使得饥饿时的小鼠产生低血糖症，胰岛素诱导的低血糖症也呈异常反应［9］。

实现神经肽修饰神经元活动的一个相当重要的机制是，肽直接作用于轴突末梢，调制神经递质的释放。某些肽如NPY、生长激素抑制素以及强啡肽，它们的作用似乎都是减少递质释放；而另一些肽如下丘脑泌素、胰高血糖素样肽1，它们增强递质释放的概率。谷氨酸和GABA轴突终末上有神经肽受体（图6-15）。在某些脑区，突触前调制曾经被提出来，作为一些神经肽的主要或唯一的作用。例如NPY，它在海马CA3区兴奋性神经元上的作用很大程度上是抑制神经递质的释放。虽然NPY对CA3区锥体神经元的活性或被动膜电导都没有看得到的效应，却可以减少终止于CA1区锥体细胞的神经元轴突的谷氨酸释放，其机制是减少进入轴突末梢的钙内流。在齿状回，轴突终末上有NPY的Y2受体表达，它抑制GABA或谷氨酸的释放，颗粒细胞上NPY的Y1受体介导细胞的抑制。NPY基因敲除小鼠实验提供了海马NPY神经元潜在功能的证据。基因敲除后，动物的脑仍然能够维持正常的电生理学活性，但是当边缘系统癫痫的发作被发动以后，动物的恢复就很差，而这种发作是由谷氨酸受体激动剂——红藻氨酸所引起的。红藻氨酸可引起NPY基因敲除的大部分小鼠死亡，但正常小鼠如果接受同样剂量处理，是很少发生死亡的。类似地，NPY5受体基因敲除小鼠对红藻氨酸引起的癫痫发作更为敏感。这些资料加在一起支持了一种看法，即NPY可以作为内源性抗癫痫发作的药物，部分是由于它减少了谷氨酸的释放［9］。

图6-15　快速氨基酸递质释放的突触前神经肽调制（彩图见图版此处）

（a）图解式地表示，两个轴突在突触部位接触同一树突。（b）肽从左侧终扣释放出来，弥散到另一轴突，增强了轴突的快速氨基酸递质释放。（图引自［9］）

与CA3区轴突的突触前作用不同，在杏仁基底外侧核（basolateral amygdale，BLA）神经元上，NPY主要作用于细胞的NPY1受体，抑制其Ih电流。这种抑制是通过压抑超极化激活的去极化而达到的，此电流是一个混合阳离子电流。激活突触前肽受体可以通过数种方式改变递质的释放。它可以改变电压门控钙通道，或者改变钾通道电导，或者改变通道相关蛋白质的磷酸化状态，或者改变所参与的小泡运动或与膜融合蛋白质的作用。如前所述，钙在递质/神经肽释放中起关键作用。不管释放位点在哪里，电压门控钙通道的激活增加了胞质里面的钙。通过细胞外间隙的钙内流，可以增加神经肽的释放；钙从细胞内储库释放也可以增强神经肽的释放，这样一来，在潜在的缺少膜电位去极化的情况下，也可以达到内钙释放［9］。

有许多例子表明，肽可以改变突触前的GABA或谷氨酸释放，由于它调制了胞质钙。例如，黑色素浓集激素（MCH）减少通过L、N及P/Q型钙通道的钙内流，从而通过突触前作用减少了谷氨酸及GABA的释放。在视交叉上核（SCN），作用在突触前的痛敏肽（nociceptin）［孤啡肽（orphanin，FQ）］可以减少视网膜-下丘脑传导束的谷氨酸释放，其机制是N型钙通道的电流减少，也较少地减少了P/Q型钙通道的电流。在此例中，由于视网膜神经节细胞已被脑薄片制备所排除，肽的作用不可能是作用在谷氨酸能的胞体；类似地，痛敏肽以突触前的方式起作用，减少杏仁中央核（central amygdaloid nucleus，CeA）的GABA释放。海马兴奋性苔状纤维的强啡肽释放导致异突触的、其他海马苔状纤维的谷氨酸释放抑制，这样就抑制了海马的长时程增强（LTP）。这种改变依赖于钙调节，但不是特定的L、N或P型钙通道的活动。强啡肽诱导的、影响LTP的长时程效应，被认为是由于强啡肽从细胞外间隙的清除所致［9］。

轴突的肽释放可以潜在地反馈作用于释放递质的轴突，抑制或增强快速氨基酸递质从轴突的释放。μ阿片肽是由POMC神经元释放的，此肽可减少快速氨基酸递质从POMC神经元轴突的释放。一个特定位点释放的肽，可以作用到多个突触前和突触后位点，调制多个效应器的活性。NPY作用在突触前及突触后，从而抑制下丘脑泌素神经元以及终止于POMC神经元上的轴突（图6-16）。在腹侧被盖区（VTA），下丘脑泌素-2通过突触前作用可以增强谷氨酸的释放，这一脑区是参与酬报和动机功能的；下丘脑泌素-2在突触后细胞上通过激活磷酸激酶C而强化NMDA受体的作用［9］。

图6-16　神经肽Y通过多个机制抑制谷氨酸能的下丘脑泌素细胞（彩图见图版此处）

神经肽Y（NPY）作用在突触后Y1受体，抑制下丘脑泌素细胞；作用在突触前Y2受体，减少GABA和谷氨酸的释放。不同作用以红箭头显示，向下的箭头表示减少，向上的箭头表示增加。这些NPY轴突也含有GABA。根据一些人的工作，NPY对许多其他靶神经元可能有类似的效应，包括POMC细胞。NPY受体亚型虽然表达于胞体或终末，但在不同细胞之间可能是有区别的。（图引自［9］）

肽能够调制一系列不同的调节神经元活性和锋电位发放的离子通道或转运蛋白，这包括钠通道、非选择性阳离子通道、钠-钙交换蛋白、电压依赖的钙通道等。许多抑制性神经肽由于激活了G蛋白偶联内向整流钾通道（G protein-coupled inwardly-rectifying potassium channel，GIRK；也称Kir3），故可以减少GABA或谷氨酸的释放。GIRK通道越来越多地被人们了解，它在正常脑活动及疾病状态中起重要作用。不同GIRK通道由不同亚单位进行异源性组装。Gi/Go激活后，Gβ和Gγ结合于GIRK通道，导致超极化与抑制。GPCR激酶通过磷酸化介导的受体内吞，可以阻断GPCR的功能。最近有证据提示，GPCR激酶可以直接、快速地失活GIRK通道。由于它竞争性地结合于Gβ和Gγ亚单位，从而减少了通道的活性。抑制神经元活动的神经肽有NPY、生长激素抑制素、阿片类神经肽，包括强啡肽、甲脑啡肽，还有其他。另一方面，兴奋性神经肽如P物质（SP）、下丘脑泌素，它们也可作用于GIRK通道，但抑制其电流以增加神经元活性［9］。

神经肽受体与离子通道耦合，可能在同一细胞的不同突起是不同的。例如μ阿片肽受体，它对甲脑啡肽和其他相关的阿片样肽起反应，常常显示GIRK电流的快速失活。μ阿片受体反应在POMC细胞上可以快速失活。当与所记录细胞有突触联系的突触前轴突末梢GABA释放减少时，μ受体的反应是不易脱敏的［9］。