Prokineticin 2 调节SCN神经元的电生理活动及昼夜节律行为

昼夜节律紊乱强烈影响人体健康，与失眠、抑郁、肥胖、癌症等多种疾病相关。Prokineticin 2 (PK2) 是哺乳动物昼夜节律中枢下丘脑视交叉上核（SCN）的一个信号输出分子，作用于SCN靶区表达的受体PKR2，参与机体行为和多种生理活动昼夜节律性的调控。有趣地，PKR2在脑内表达最丰富的区域却是SCN，而PK2/PKR2对昼夜节律中枢的影响尚不清楚。我们的前期研究发现：外加PK2浓度依赖地增加SCN神经元的自发放电频率，而敲除PK2基因减少神经元在白天的放电频率。本课题提出：PK2不是一个"纯"输出分子，在SCN内部，PK2激活SCN神经元表达的PKR2，调节昼夜节律中枢的功能活动。拟采用SCN微量注射PK2或PKR2阻断剂观察小鼠昼夜节律行为的变化；电生理学方法研究PK2对SCN脑片神经元自发放电活动的影响及其作用机制。本课题补充和丰富了PK2/PKR2在昼夜节律调节中的作用。

Prokineticin 2 (PK2)是一个分子量为~10 kDa的分泌性多肽，现已证明PK2是哺乳动物昼夜节律中枢下丘脑视交叉上核（SCN）的一个重要信号输出分子。PK2基因属于钟基因控制的第一级基因，其 mRNA在SCN的表达呈很强的昼夜节律，PK2的受体PKR2分布在大部分SCN的初级靶投射区，因此认为PK2的功能是将SCN节律信号传送到其它脑区。有趣的是，形态学显示PKR2在脑内表达最丰富的区域却是SCN本身，这样一个表达特点有什么生理意义，还不是很清楚。.本项目发现：用细胞贴附式膜片钳记录脑片SCN神经元的自发放电，发现在白天（ZT4-8）放电频率高，晚上(ZT 20-22) 放电频率低。PK2浓度依赖性增加大多数脑片SCN神经元自发放电的频率，EC50为 44.3pM。PK2对SCN神经元放电的调节具有区域依赖性，SCN背侧区对PK2有反应的细胞显著多于腹侧区。PK2在白天和晚上对SCN神经元放电都具有类似的增强作用。全细胞电压钳记录SCN背侧区SCN神经元GABAA受体介导的微小抑制性突触后电流（mIPSCs），发现PK2明显降低mIPSCs的幅度，不改变电流的频率，也不影响mIPSCs的动力学，因此PK2作用的部位应该位于突触后，而不是突触前。在离体单细胞水平，PK2浓度依赖性地抑制GABA-激活电流（IGABA），这种抑制作用与预处理时间有关，时间愈长，抑制作用愈强；它下移IGABA的浓度-反应曲线，曲线的最大反应明显降低，而阈值和亲和力无显著性差异；该抑制作用与膜电位无关，呈电压非依赖性；PK2对IGABA的抑制作用可被其PKRs受体阻断剂所阻断。PK2对mIPSCs和IGABA幅度的抑制还与突触后PKC有关，因为这种抑制作用均可被细胞内透析PKC抑制剂GF109203X所阻断。最后行为学实验发现，SCN微量注射PK2抑制动物晚上的瞪轮活动，相反PKRs阻断剂增加白天动物的蹬轮活动。.本项目的结果表明：PK2通过激活SCN神经元表达的PKR2，经胞内PKC信号通路，抑制SCN内抑制性GABAA受体介导的功能，从而增加SCN神经元的放电频率，影响昼夜节律中枢PK2的电生理活动。因此本项目可以得出一个结论：PK2并不是SCN的一个“纯”输出分子，在SCN内部PK2对昼夜节律中枢神经元有调制作用。