Ghrelin促进黑质多巴胺能神经元电活动的调制机制及其生理学意义的研究

The gut-derived orexigenic peptide hormone ghrelin is an endogenous ligand for growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). Our previous studies suggested that ghrelin can act as a survival factor for dopaminergic (DA) neurons and a valuable therapeutic agent for Parkinson's disease (PD). However, how ghrelin regulates the electrical activity of DA neurons remains unknown. In the present study, the mechanisms by which ghrelin enhances the neuronal excitability and the biological significance will be demonstrated both in vitro and in vivo. Using nigral brain slice, we first describing a mechanism by which central ghrelin enhances the excitability of nigral DA neurons by inhibiting voltage-gated KCNQ channel via activating its receptor GHS-R1a and the downstream signaling pathway. In addition, to investigate the in vivo function of ghrelin on nigrostriatal system, we further focus on whether ghrelin could increase the dopamine release in striatum and improve the PD motor impairment. Overall, our data will fully elucidate the physiological significance of ghrelin on the nigral DA neurons and the nigrostriatal system, which provide new evidence for the usage of ghrelin to treat PD.

Ghrelin是新发现的含28个氨基酸残基的脑肠肽，是生长激素促分泌素受体GHS-R1a的唯一内源性配体。本研究组的前期工作已经证实ghrelin对帕金森病（PD）黑质多巴胺（DA）能神经元具有保护作用，但其是否影响DA能神经元的电活动及相关机制目前尚不清楚。本研究将在黑质脑片中，观察ghrelin对DA能神经元电生理特性的影响，探讨ghrelin通过调节受体及下游的信号转导通路影响神经元电活动的机制，并且证实KCNQ钾通道是ghrelin的重要作用靶点。进一步在整体实验中观察ghrelin对大鼠黑质纹状体系统DA释放的影响以及对PD僵直行为的调节，以期阐明ghrelin影响DA能神经元兴奋性的生理学意义。通过以上实验明确ghrelin的生物学效应，为其作为防治PD的药物开发提供详实可信的理论和实验依据。

中脑黑质多巴胺（dopamine, DA）能神经元的兴奋性在黑质纹状体系统的功能调节以及帕金森病（Parkinson’s disease, PD）的预防治疗中发挥着重要的作用。多种神经递质、内源性激素和肽类物质等，可以通过调制黑质神经元的电活动，改善黑质纹状体系统的功能，有效的缓解PD症状。Ghrelin是1999年新发现的一种由28个氨基酸残基组成的内源性多肽，是生长激素促分泌素受体GHS-R1a唯一的内源性配体。GHS-R1a在黑质致密带也有中等程度表达，本研究组的前期工作已经证实ghrelin对PD黑质DA能神经元具有保护作用，其保护机制与GHS-R1a介导的抗凋亡及抗氧化作用相关，但其是否影响DA能神经元的电活动及相关机制目前尚不清楚。本研究在黑质脑片中，观察到ghrelin能够剂量依赖性的提高DA能神经元的放电频率，该效应可以被GHS-R1a的阻断剂D-[Lys3]-GHRP-6，PLC的阻断剂U-73122，PKC的阻断剂GF109203X阻断。Ghrelin能够显著抑制DA能神经元KCNQ电流，并且KCNQ通道特异性阻断剂XE991能够阻断ghrelin的细胞兴奋效应。实验进一步以富含KCNQ电流并表达ghrelin受体的原代培养的大鼠背根神经节神经元以及KCNQ通道前脑转基因小鼠海马CA1区锥体神经元为工具细胞，观察到与黑质多巴胺能神经元类似的结果。大鼠侧脑室注射ghrelin明显增加纹状体区DA释放量及代谢率。黑质区注射ghrelin可以有效缓解氟哌啶醇诱发的大鼠僵直症状。这些结果证实ghrelin通过激活受体GHS-R1a及下游的PLC/PKC信号转导通路，抑制Kv7/KCNQ/M通道，增强了黑质多巴胺能神经元的兴奋性，由此发挥运动协调功能。本研究同时观察了ghrelin对瞬时外向型钾电流的影响（IA），并完成了与ghrelin来源于同一细胞分泌的神经肽nesfatin-1对多巴胺能神经元的电活动的调制作用研究。Nesfatin-1通过突触后的直接作用来降低多巴胺能神经元的兴奋性。上述实验结果为ghrelin在帕金森病发病和治疗中的作用提供了一定的理论和实验依据。