内源性大麻素系统调控强直性GABA抑制的可塑性

《The Journal of Physiology》：The endogenous cannabinoid system gates plasticity of tonic GABA inhibition

　　

GABA能神经传递产生两种抑制：一种是相位性抑制，由突触GABAA受体的瞬时激活决定，引发抑制性突触后电流；另一种是强直性抑制，由环境GABA持续激活突触外GABAA受体引起。GABA能传递效能的变化是脑功能经验依赖性修饰的重要机制。突触GABA能效能变化的机制已被研究，其中，内源性大麻素(eCB)依赖的GABA能突触可塑性是公认的机制。然而，关于eCB信号对突触外GABA张力的潜在控制，例如eCB信号对突触外GABA张力的调控，知之甚少。通过使用全细胞膜片钳记录，研究人员发现，皮层锥体神经元的短暂去极化与强直性GABA抑制的瞬时增加有关，这种增加依赖于CB1受体活性和eCB动员。此外，研究人员表明，这种去极化依赖的强直性抑制可塑性并非源于环境GABA浓度的瞬时升高，而是需要细胞内神经甾体合成，因为抑制负责神经甾体级联合成的P450scc酶会削弱这一现象。这些数据表明，在持续神经元活动下，eCB和神经甾体被征用来精细调节活化神经元中的强直性突触外GABA能抑制。

GABA能神经传递是大脑中主要的抑制性传递系统，它通过两种形式实现抑制功能：一种是相位性抑制，由突触内GABAA受体的短暂激活介导，产生抑制性突触后电流；另一种是强直性抑制，由突触外GABAA受体被环境中的低浓度GABA持续激活而产生。强直性GABA抑制在认知功能、感觉处理、应激反应和情绪行为等许多生理过程中扮演重要角色，其异常可能与成瘾、记忆缺陷、产后抑郁和癫痫等疾病相关。尽管强直性GABA抑制对脑功能至关重要，但调控其强度以适应外部刺激的机制尚不清楚。已知内源性大麻素(eCB)系统在突触GABA能可塑性中发挥关键作用，eCB通过激活突触前CB1受体来调节GABA释放，但eCB是否也参与突触外GABA张力的调控，一直缺乏研究。因此，本研究旨在探究eCB系统在强直性GABA抑制可塑性中的潜在作用。

研究人员采用了C57BL/6J小鼠（2-3月龄，雄性和雌性）作为实验动物，制备了初级躯体感觉皮层（SI）的冠状脑切片（300 μm）。通过全细胞膜片钳记录技术，在电压钳模式下记录层2/3锥体神经元的电流。实验中，使用了多种药理学工具，包括GABAA受体拮抗剂 bicuculline (BIC) 和 gabazine (GBZ)，eCB合成抑制剂 DO34，CB1受体拮抗剂 AM251 和 NESS-0327，GAT-1抑制剂 NO711，以及神经甾体合成抑制剂 aminoglutethimide (AMG) 和神经甾体 allopregnanolone (ALLO)。通过去极化步骤（从-70 mV到0 mV持续5秒）模拟持续神经元活动，并分析强直性GABA电流（Itonic）和去极化诱导的强直性GABA电流（IGABA PD）的变化。

研究结果揭示了强直性GABA抑制可塑性的新机制。首先，研究人员发现皮层锥体神经元的短暂去极化能够瞬时增强强直性GABA抑制，且这种增强与性别无关。进一步实验表明，该过程依赖于eCB信号通路：抑制2-AG合成（使用DO34）显著减弱了去极化诱导的强直性GABA电流增强，而CB1受体拮抗（使用AM251或NESS-0327）也证实了CB1受体的贡献。此外，增强eCB合成（使用carbachol）进一步强化了这种增强效应，且该效应可被DO34阻断，证实了2-AG的关键作用。为了排除环境GABA浓度升高的可能性，研究人员发现抑制GAT-1（使用NO711）或直接补充GABA并未掩盖去极化诱导的增强，反而GABA补充增强了该效应，表明机制不依赖于GABA溢出增加。相反，抑制神经甾体生物合成（使用AMG，无论是浴施还是细胞内递送）显著削弱了去极化诱导的强直性GABA电流增强，证明了神经甾体合成的必要性。使用更选择性的GABAA受体拮抗剂GBZ验证了去极化诱导的电流确实由GABAA受体介导，而非BIC的脱靶效应。最后，应用神经甾体allopregnanolone (ALLO)能够模拟去极化效应，揭示出GBZ敏感的强直性电流，并可能通过占用受体而掩盖了去极化诱导的增强。

在讨论部分，研究人员总结指出，本研究发现了一种由eCB系统调控的强直性GABA抑制可塑性形式。在持续神经元活动下，eCB（可能是2-AG）被动员，通过激活CB1受体，进而触发细胞内神经甾体合成，最终增强突触外GABAA受体的活性。这一机制可能通过自分泌或旁分泌方式实现：eCB作用于突触后树突或线粒体上的CB1受体，刺激神经甾体生成，从而敏化突触外GABAA受体。该可塑性提供了快速、可逆的抑制性张力调节，可能影响神经元兴奋性和电路功能，对理解脑稳态调节和相关疾病有重要意义。研究结论为：内源性大麻素信号、CB1受体激活和神经甾体信号在强直性GABA能可塑性中形成机制性联系，为神经元活动依赖的抑制性增益控制提供了新途径。