【Nature】王牌杀手！僵核TCF7L2介导吸烟引起糖尿病的神经机制
众所周知，，，，吸烟有害康健。。。。。烟雾中含有焦油、烟碱（又称尼古。。。。。┖鸵谎趸，，，，这些化学物质通过差别途径危害身体。。。。。其中，，，，烟碱可作用于中枢神经系统，，，，不但会引起烟瘾[1]，，，，还会影响糖代谢平衡，，，，导致血糖水平升高[2]，，，，恒久吸烟则会增添机体患第二型糖尿病的危害[3]。。。。。
图片泉源：PenBay Pilot
研究批注，，，，腹侧被盖区（VTA）表达烟碱型胆碱能受体（nicotine acetylcholine receptor, nAChR）的神经元介导烟碱的成瘾性[4]，，，，内侧缰核（medial hebanula, mHb）nAChR阳性神经元介导烟碱的厌恶性反应[5]。。。。。可是，，，，有关烟碱怎样作用于神经系统以破损机体糖代谢平衡，，，，我们尚未可知。。。。。
烟碱型胆碱能受体
近期研究发明，，，，烟碱激活后脑胰高血糖素样肽1（GLP-1）阳性神经元，，，，这些神经元投射到脚间核（IPn）并释放GLP-1，，，，增强mHb在此脑区的兴奋性突触转达[6]。。。。。而在胰岛β细胞及许多其他组织中，，，，转录因子TCF7L2是胰高血糖素样肽1（GLP-1）信号通路的焦点组分[7]，，，，其等位突变与第二型糖尿病亲近相关[8]，，，，但TCF7L2在脑中的功效依然不明。。。。。
TCF7L2的代谢功效
2019年10月17日，，，，《Nature》杂志在线刊登了西奈山伊坎医学院Paul J. Kenny研究组的最新主要事情[10]，，，，他们发明TCF7L2在mHb神经元中大宗表达，，，，此转录因子通过cAMP通路作用于nAChR，，，，进而介导烟碱升高血糖这一历程。。。。。该研究首次展现TCF7L2在脑中的功效，，，，亦首次发明烟碱引起血糖水平升高的分子、环路机制，，，，极大提高了人们在烟瘾、血糖调理领域的认知。。。。。
Paul J. Kenny, PhD
首先，，，，通过翻译核糖体亲和纯化（TRAP）手艺，，，，作者发明TCF7L2在 mHb胆碱能神经元中大宗表达，，，，而在皮层、海马、纹状体中表达量较低（图1a-e）。。。。。然后，，，，作者探讨TCF7L2是否调控机体对烟碱的摄取历程。。。。。他们引入Tcf7l2突变鼠，，，，发明这种大鼠的烟碱摄取量显著高于正常大鼠，，，，而对食物的摄取量与正常大鼠相似（图1f-i）,批注TCF7L2对烟碱摄取的调控作用具有一定特异性。。。。。
图1 TCF7L2在mHb中大宗表达
2.mHb神经元中TCF7L2调控烟碱摄取历程
前文的要领降低了所有细胞中TCF7L2的表达量，，，，为进一步探讨mHb神经元中TCF7L2的功效，，，，作者使用CRISPR-Cas9系统降低TCF7L2表达，，，，他们在spCas9-eGFP小鼠的mHb中注射AAV-Cre和AAV-sgRNA-Tcf7l2，，，，发明这些小鼠的烟碱摄取量显著提高，，，，而食物摄取量稳固（图2a-g）。。。。。他们还使用了siRNA要领降低mHb神经元中TCF7L2表达，，，，获得相似效果（图2h-k）。。。。。以上效果批注，，，，mHb神经元中TCF7L2调控机体对尼古丁的摄取。。。。。
为进一步探讨上述征象的相关机制，，，，作者使用膜片钳电心理要领纪录大鼠mHb神经元。。。。。在正常大鼠脑片中，，，，在mHb施加烟碱增添在IPn神经元中纪录到的自觉兴奋性突触后电流（sEPSC）的频率；；；而在TCF7L2突变鼠脑片中，，，，在IPn神经元中纪录到的sEPSC并不受施加的烟碱影响（图2l-o）,批注mHb神经元中TCF7L2可调控烟碱对mHb-IPn环路的激活作用。。。。。
图2 mHb神经元中TCF7L2调控烟碱摄取历程 3.mHb神经元中TCF7L2调控nAChR的功效
已往的研究批注，，，，mHb中nAChR阳性神经元介导烟碱的厌恶性反应[5]。。。。。为探讨mHb神经元中nAChR功效是否受TCF7L2调控，，，，作者使用膜片钳电心理要领纪录大鼠mHb神经元，，，，发明在高频施加尼古丁条件下，，，，纪录到的nAChR电流的幅度显著减低。。。。。而在随后低频施加尼古丁的条件下，，，，正常大鼠mHb神经元中纪录到的nAChR电流迅速恢复至本底水平，，，，而TCF7L2突变鼠mHb神经元中纪录到的nAChR电流无法完全恢复（图3a-c），，，，批注TCF7L2调控mHb神经元nAChR失敏后的恢复历程。。。。。
图3 mHb神经元中TCF7L2调控nAChR的功效
4.mHb神经元中TCF7L2调控cAMP信号
接下来，，，，作者进一步探讨mHb神经元中TCF7L2调控nAChR的分子机制。。。。。由于TCF7L2是一种转录因子[11]，，，，因此TCF7L2突变鼠mHb神经元中多种基因的表达水平会泛起转变，，，，这些基因可能介导TCF7L2对nAChR的调控作用。。。。。他们使用RNA测序连系KEGG剖析要领探讨mHb、 IPn和海马中表达水平显著下调的基因，，，，发明TCF7L2突变鼠mHb神经元cAMP信号显著下调（图4d-f）。。。。。
然后，，，，作者通过药理学要领验证上述结论。。。。。他们发明，，，，施加EX-4增添正常大鼠而非TCF7L2突变鼠mHb组织中cAMP的表达水平；；；施加cAMP类似物8-Br-cAMP可恢复TCF7L2突变鼠mHb神经元中nAChR的失敏效应；；；施加Rolipram增添大脑cAMP表达水平可降低TCF7L2条件敲除鼠的烟碱摄取量（图4h-k）。。。。。
以上效果批注，，，，mHb神经元中TCF7L2通过调控cAMP信号进而调理烟碱受体nAChR的功效（图4g）。。。。。
图4 mHb神经元中TCF7L2调控cAMP信号
5.mHb神经元中TCF7L2加入烟碱对血糖水平的调控历程
鉴于烟碱增添吸烟者的血糖水平[2]，，，，吸烟者患第二型糖尿病的危害更高[3]，，，，以及TCF7L2等位基因与第二型糖尿病亲近相关[8]，，，，作者推测mHb神经元中TCF7L2可能会加入烟碱对血糖水平的调控作用。。。。。为证实此推测，，，，作者睁开以下研究。。。。。
他们发明，，，，摄入高浓度烟碱增添大鼠血糖水平，，，，而摄入低浓度烟碱则不会（图5a-c）。。。。。然后，，，，他们在大鼠IPn中注射逆行表达病毒AAV-retro-Cre，，，，在mHb中注射AAV-DIO-hM3Dq，，，，发明激活投射到IPn的mHb神经元显著增添大鼠血糖水平，，，，与摄入高浓度烟碱的效应相似（图5d-f）。。。。。他们还发明，，，，在mHb中注射EX-4后，，，，低浓度烟碱亦可增添大鼠血糖水平；；；通过shRNA降低mHb中GLP-1受体的表达水平后，，，，或通过siRNA降低mHb中TCF7L2的表达水平后，，，，抑或腹腔注射无法通过血脑屏障的Atenolol后，，，，烟碱不再增添大鼠血糖水平（图5g-j）。。。。。别的，，，，在胰腺中注射pRV-GFP以跨多级逆行示踪支配胰腺的神经元，，，，发明mHb和IPn中均有GFP阳性神经元（图5k-l）。。。。。
以上效果批注，，，，烟碱通过作用于mHb-IPn环路以调控胰腺对血糖水平的调理，，，，此历程依赖于GLP-1和TCF7L2。。。。。
图5 mHb神经元中TCF7L2加入烟碱对血糖水平的调控历程 6.TCF7L2调控烟碱恒久作用对机体血糖水平的影响
最后，，，，作者探讨血糖水平对烟碱摄取的反作用。。。。。作者让大鼠恒久（一连3周）摄入烟碱以模拟恒久吸烟的烟民，，，，发明恒久摄入烟碱的大鼠的空腹血糖水平显著升高（图6a-c），，，，胰岛素和胰高血糖素的释放量亦显著增添（图6d-e），，，，此效应在烟碱戒断后可维持1个月之久（图6f-h）。。。。。而关于TCF7L2突变鼠，，，，恒久摄入烟碱反而降低胰岛素和胰高血糖素的释放水平（图6i-k），，，，可能由TCF7L2突变导致机体血糖调控的内稳态失衡所致。。。。。
图6 TCF7L2调控烟碱恒久作用对机体血糖水平的影响
恒久吸烟的烟民患第二型糖尿病的概率远高于不吸烟的人，，，，但其相关机制尚未可知。。。。。本篇文章连系病毒注射、基因编辑、RNA测序、化学遗传学、血糖检测等多种要领，，，，发明mHb神经元中TCF7L2通过cAMP调控nAChR的活性，，，，从而调控mHb-IPn环路功效，，，，进而介导烟碱对血糖水平的调理作用。。。。。这项研究阐释了烟碱升高机体血糖水平的分子、环路机制，，，，展现了恒久吸烟者患第二型糖尿病概率更高的诱因，，，，也让我们越创造确——吸烟有害康健！
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参考文献
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