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眾所周知，吸煙有害健康。煙霧中含有焦油、煙堿（又稱尼古。┖鴕謊躉，這些化學物質(zhì)通過不同途徑：ι硤。其中，煙堿可作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，不僅會引起煙癮[1]，還會影響糖代謝平衡，導致血糖水平升高[2]，長期吸煙則會增加機體患第二型糖尿病的風險[3]。

圖片來源：PenBay Pilot

研究表明，腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）表達煙堿型膽堿能受體（nicotine acetylcholine receptor, nAChR）的神經(jīng)元介導煙堿的成癮性[4]，內(nèi)側(cè)韁核（medial hebanula, mHb）nAChR陽性神經(jīng)元介導煙堿的厭惡性反應[5]。但是，有關煙堿如何作用于神經(jīng)系統(tǒng)以破壞機體糖代謝平衡，九游會j9尚未可知。

煙堿型膽堿能受體

近期研究發(fā)現(xiàn)，煙堿激活后腦胰高血糖素樣肽1（GLP-1）陽性神經(jīng)元，這些神經(jīng)元投射到腳間核（IPn）并釋放GLP-1，增強mHb在此腦區(qū)的興奮性突觸傳遞[6]。而在胰島β細胞及很多其他組織中，轉(zhuǎn)錄因子TCF7L2是胰高血糖素樣肽1（GLP-1）信號通路的核心組分[7]，其等位突變與第二型糖尿病密切相關[8]，但TCF7L2在腦中的功能依然不明。

TCF7L2的代謝功能

2019年10月17日，《Nature》雜志在線刊登了西奈山伊坎醫(yī)學院Paul J. Kenny研究組的最新重要工作[10]，他們發(fā)現(xiàn)TCF7L2在mHb神經(jīng)元中大量表達，此轉(zhuǎn)錄因子通過cAMP通路作用于nAChR，進而介導煙堿升高血糖這一過程。該研究首次揭示TCF7L2在腦中的功能，亦首次發(fā)現(xiàn)煙堿引起血糖水平升高的分子、環(huán)路機制，極大提高了人們在煙癮、血糖調(diào)節(jié)領域的認知。

Paul J. Kenny, PhD
結(jié)果 1.TCF7L2在mHb中大量表達

首先，通過翻譯核糖體親和純化（TRAP）技術，作者發(fā)現(xiàn)TCF7L2在 mHb膽堿能神經(jīng)元中大量表達，而在皮層、海馬、紋狀體中表達量較低（圖1a-e）。然后，作者探究TCF7L2是否調(diào)控機體對煙堿的攝取過程。他們引入Tcf7l2突變鼠，發(fā)現(xiàn)這種大鼠的煙堿攝取量顯著高于正常大鼠，而對食物的攝取量與正常大鼠相似（圖1f-i）,表明TCF7L2對煙堿攝取的調(diào)控作用具有一定特異性。

圖1 TCF7L2在mHb中大量表達 2.mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控煙堿攝取過程

前文的方法降低了所有細胞中TCF7L2的表達量，為進一步探究mHb神經(jīng)元中TCF7L2的功能，作者使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)降低TCF7L2表達，他們在spCas9-eGFP小鼠的mHb中注射AAV-Cre和AAV-sgRNA-Tcf7l2，發(fā)現(xiàn)這些小鼠的煙堿攝取量顯著提高，而食物攝取量不變（圖2a-g）。他們還使用了siRNA方法降低mHb神經(jīng)元中TCF7L2表達，得到相似結(jié)果（圖2h-k）。以上結(jié)果表明，mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控機體對尼古丁的攝取。
為進一步探究上述現(xiàn)象的相關機制，作者使用膜片鉗電生理方法記錄大鼠mHb神經(jīng)元。在正常大鼠腦片中，在mHb施加煙堿增加在IPn神經(jīng)元中記錄到的自發(fā)興奮性突觸后電流（sEPSC）的頻率；而在TCF7L2突變鼠腦片中，在IPn神經(jīng)元中記錄到的sEPSC并不受施加的煙堿影響（圖2l-o）,表明mHb神經(jīng)元中TCF7L2可調(diào)控煙堿對mHb-IPn環(huán)路的激活作用。

圖2 mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控煙堿攝取過程 3.mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控nAChR的功能

過去的研究表明，mHb中nAChR陽性神經(jīng)元介導煙堿的厭惡性反應[5]。為探究mHb神經(jīng)元中nAChR功能是否受TCF7L2調(diào)控，作者使用膜片鉗電生理方法記錄大鼠mHb神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)在高頻施加尼古丁條件下，記錄到的nAChR電流的幅度顯著減低。而在隨后低頻施加尼古丁的條件下，正常大鼠mHb神經(jīng)元中記錄到的nAChR電流迅速恢復至本底水平，而TCF7L2突變鼠mHb神經(jīng)元中記錄到的nAChR電流無法完全恢復（圖3a-c），表明TCF7L2調(diào)控mHb神經(jīng)元nAChR失敏后的恢復過程。

圖3 mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控nAChR的功能 4.mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控cAMP信號

接下來，作者進一步探究mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控nAChR的分子機制。因為TCF7L2是一種轉(zhuǎn)錄因子[11]，因此TCF7L2突變鼠mHb神經(jīng)元中多種基因的表達水平會出現(xiàn)變化，這些基因可能介導TCF7L2對nAChR的調(diào)控作用。他們使用RNA測序結(jié)合KEGG分析方法探究mHb、 IPn和海馬中表達水平顯著下調(diào)的基因，發(fā)現(xiàn)TCF7L2突變鼠mHb神經(jīng)元cAMP信號顯著下調(diào)（圖4d-f）。
然后，作者通過藥理學方法驗證上述結(jié)論。他們發(fā)現(xiàn)，施加EX-4增加正常大鼠而非TCF7L2突變鼠mHb組織中cAMP的表達水平；施加cAMP類似物8-Br-cAMP可恢復TCF7L2突變鼠mHb神經(jīng)元中nAChR的失敏效應；施加Rolipram增加大腦cAMP表達水平可降低TCF7L2條件敲除鼠的煙堿攝取量（圖4h-k）。
以上結(jié)果表明，mHb神經(jīng)元中TCF7L2通過調(diào)控cAMP信號進而調(diào)節(jié)煙堿受體nAChR的功能（圖4g）。

圖4 mHb神經(jīng)元中TCF7L2調(diào)控cAMP信號 5.mHb神經(jīng)元中TCF7L2參與煙堿對血糖水平的調(diào)控過程

鑒于煙堿增加吸煙者的血糖水平[2]，吸煙者患第二型糖尿病的風險更高[3]，以及TCF7L2等位基因與第二型糖尿病密切相關[8]，作者推測mHb神經(jīng)元中TCF7L2可能會參與煙堿對血糖水平的調(diào)控作用。為證實此推測，作者展開以下研究。
他們發(fā)現(xiàn)，攝入高濃度煙堿增加大鼠血糖水平，而攝入低濃度煙堿則不會（圖5a-c）。然后，他們在大鼠IPn中注射逆行表達病毒AAV-retro-Cre，在mHb中注射AAV-DIO-hM3Dq，發(fā)現(xiàn)激活投射到IPn的mHb神經(jīng)元顯著增加大鼠血糖水平，與攝入高濃度煙堿的效應相似（圖5d-f）。他們還發(fā)現(xiàn)，在mHb中注射EX-4后，低濃度煙堿亦可增加大鼠血糖水平；通過shRNA降低mHb中GLP-1受體的表達水平后，或通過siRNA降低mHb中TCF7L2的表達水平后，抑或腹腔注射無法通過血腦屏障的Atenolol后，煙堿不再增加大鼠血糖水平（圖5g-j）。此外，在胰腺中注射pRV-GFP以跨多級逆行示蹤支配胰腺的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)mHb和IPn中均有GFP陽性神經(jīng)元（圖5k-l）。
以上結(jié)果表明，煙堿通過作用于mHb-IPn環(huán)路以調(diào)控胰腺對血糖水平的調(diào)節(jié)，此過程依賴于GLP-1和TCF7L2。

圖5 mHb神經(jīng)元中TCF7L2參與煙堿對血糖水平的調(diào)控過程 6.TCF7L2調(diào)控煙堿長期作用對機體血糖水平的影響

最后，作者探究血糖水平對煙堿攝取的反作用。作者讓大鼠長期（連續(xù)3周）攝入煙堿以模擬長期吸煙的煙民，發(fā)現(xiàn)長期攝入煙堿的大鼠的空腹血糖水平顯著升高（圖6a-c），胰島素和胰高血糖素的釋放量亦顯著增加（圖6d-e），此效應在煙堿戒斷后可維持1個月之久（圖6f-h）。而對于TCF7L2突變鼠，長期攝入煙堿反而降低胰島素和胰高血糖素的釋放水平（圖6i-k），可能由TCF7L2突變導致機體血糖調(diào)控的內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡所致。

圖6 TCF7L2調(diào)控煙堿長期作用對機體血糖水平的影響
總結(jié)

長期吸煙的煙民患第二型糖尿病的概率遠高于不吸煙的人，但其相關機制尚未可知。本篇文章結(jié)合病毒注射、基因編輯、RNA測序、化學遺傳學、血糖檢測等多種方法，發(fā)現(xiàn)mHb神經(jīng)元中TCF7L2通過cAMP調(diào)控nAChR的活性，從而調(diào)控mHb-IPn環(huán)路功能，進而介導煙堿對血糖水平的調(diào)節(jié)作用。這項研究闡釋了煙堿升高機體血糖水平的分子、環(huán)路機制，揭示了長期吸煙者患第二型糖尿病概率更高的誘因，也讓九游會j9更加理解——吸煙有害健康！

圖7 煙堿升高機體血糖水平的分子、環(huán)路機制

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參考文獻
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