Cell：陆伟团队发现调控酒精在大脑中作用的新蛋白，其发挥抑制饮酒及增强酒精的降焦虑，镇定和催眠功能

生物世界

2024-10-02 08:45发布于上海科学领域创作达人

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1.美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所的陆伟课题组在Cell期刊发表了关于调控酒精在大脑中作用的新蛋白TMEM132B的研究论文。

2.TMEM132B能结合GABAA受体并增强酒精对GABAA受体的正变构效应，进而调节和酒精相关的行为。

3.研究发现，敲除TMEM132B的小鼠饮酒量明显增加，超过了同窝野生型对照小鼠，且酗酒行为更严重。

4.除此之外，TMEM132B还能调控GABAA受体离子通道的动力学，加快GABAA受体的关闭并降低受体单通道激活的频率。

5.该研究为临床治疗酒精成瘾以及新药研发提供了新的理论指导。

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编辑丨王多鱼

排版丨水成文

酒是伴随人类最久的加工饮品之一，主要由植物发酵制成。在生理水平上，已有研究表明酒精可以调节大脑中的抑制性神经元和兴奋性神经元，进而调控行为。另外，也有研究显示酒精可以调节多巴胺的释放，引起饮酒后的愉悦感。

然而，尽管过去几十年已经取得很多进展，目前关于酒精如何在分子水平上靶向大脑神经元进而来调节饮酒相关的行为的机制仍不清楚。

2024年10月1日，美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所（NINDS）陆伟课题组（博士后王国昊为第一作者）在 Cell 期刊发表了题为：The TMEM132B-GABA_Areceptor complex controlsalcohol actions in the brain 的研究论文。

该研究发现一个新的单跨膜蛋白——TMEM132B，其能结合GABA_A受体并增强酒精对GABA_A受体的正变构效应，进而调节和酒精相关的行为。

这项研究进一步丰富了该团队对于GABA_A受体的系列开创性研究，为酒精行为效应的分子机制提供了新的视角，并为临床治疗酒精成瘾以及新药研发提供了新的理论指导。

近年来，美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所（NINDS）陆伟课题组一直在研究谷氨酸能兴奋性和γ-氨基丁酸（GABA）能抑制性神经元的生理功能。课题组前期发现，膜蛋白GSG1L负向调节α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPA受体）介导的突触传递，比如GSG1L的过表达会抑制 AMPA受体介导的突触传递，反之则会增强AMPA受体介导的突触传递。另外，在小鼠愿意付出更多的努力来获得更好的食物这一行为的研究中，课题组发现谷氨酸能传递到多巴胺能神经元的突触传递在奖赏动机行为中起到关键作用。在课题组主要研究方向，也就是研究抑制能突触的发育与功能方面，该团队首先证实了N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA受体）在GABA能突触的发育中起到关键的作用，并进一步阐述了抑制性突触蛋白Neuroligin 2和Slitrk3如何在分子水平上相互作用调节GABA能突触的发育，并进而提出了GABA能突触发育的基本理论框架。该课题组在最近的工作发现了慢性压力能增强Src激酶的活性以及钙调蛋白的酪氨酸磷酸化，进而削弱了MyosinVa（MyoVa）与Neuroligin2（NL2）的相互作用，导致抑制性突触传递的减少并引发更强的焦虑样行为。

在GABA_A受体研究方面，该团队发现GABA_A受体的第一个能调控受体的动力学和药理学的辅助亚基，也就是单跨膜蛋白Shisa7。其随后的一系列的工作表明Shisa7是能控制苯二氮卓类药物作用于GABA_A受体并调节其降焦虑和麻醉效应的关键亚基。另外，Shisa7还能调控tonic抑制电流，加快GABA_A受体的关闭并降低受体单通道激活的频率。

探寻大脑中与酗酒相关的蛋白

酒精在动物身上能引起很多行为反应，但其分子机制并不清楚。以前的研究发现酒精能结合大脑中的很多膜蛋白，包括多种离子通道和受体，并改变它们的活性，进而改变神经元活性并引起行为变化。但在分子和系统水平上，具体的酒精靶点在和酒精相关的行为中的作用还悬而未决。

为了研究这些问题，研究团队从长期酗酒患者的大脑组织入手，来研究膜蛋白是如何在酗酒患者的大脑中变化的。理解这些分子水平上的变化有可能能为为什么酒精在动物身上引起多种行为反应的分子机制提供一些答案。因此，他们首先从美国国立卫生研究院（NIH）的人类脑库获得6个正常人和6个酗酒者的大脑海马组织，并通过对人类大脑海马膜蛋白进行分离纯化和定量质谱学分析，找到一系列在表达水平上有变化的膜蛋白。进一步分析发现，新的跨膜蛋白TMEM132B在长期酗酒患者的海马中表达明显减低。通过构建GST-TMEM132B融合蛋白进行GST-Pulldown在小鼠海马匀浆液中反向寻找其结合蛋白，并通过质谱学分析发现其能够结合GABAA受体亚基系列家族成员。研究团队进一步在小鼠脑组织中进行免疫共沉淀实验中发现TMEM32B能够与GABA_A受体结合。另外，在小鼠中遗传敲除TMEM132B会导致GABA_A受体在突触后膜表达量下降并降低GABA能抑制性突触传递。这些结果表明TMEM132B蛋白与GABA_A受体相互作用并调节GABA_A受体在突触上的含量。

TMEM132B调节酒精在GABA_A受体上的正向变构效应

在此之前，已有许多研究已经显示酒精是GABA_A受体的正向变构调节剂。因此，研究团队探索了TMEM132B是否能调节酒精在GABA_A受体上的作用。研究团队首先在表达GABA_A受体和TMEM132B的HEK293T细胞中测量了GABA诱导的全细胞电流，发现虽然酒精（50 mM）在只表达GABA_A受体的细胞中增强了非饱和浓度GABA（10 uM）诱导的全细胞电流，但在表达GABA_A受体和TMEM132B的细胞中，全细胞电流的增强幅度更大（图1A）。该结果表明TMEM132B能增强异源细胞中酒精对GABA_A受体的正向变构效应。值得注意的是GABA_A受体的其他结合蛋白，包括Shisa7、gephyrin、LHFPL4和Neuroligin2，并没有增强酒精对GABA_A受体的正向变构效应，这表明TMEM132B在调节酒精对GABA_A受体的正向变构效应方面具有独特性。

另外，在HEK293T细胞中的剂量-反应曲线实验显示，TMEM132B显著增强了酒精在不同浓度下对GABA_A受体的正向变构效应（图1B）。然而，TMEM132B并没有改变酒精对调节GABA诱导电流的EC50（图1B）。因此，TMEM132B增加了酒精增强GABA_A受体电流的功效，但不改变其效力。在澳大利亚昆士兰大学Angelo Keramidas研究员和陆伟实验室博士后彭世笑的协助下，研究团队进一步证明了TMEM132B结合GABA_A受体以后能引起GABA_A受体离子通道的关闭减慢。这一结果表明，TMEM132B结合GABA_A受体除了能增强酒精在GABA_A受体上的正向变构效应，也能调控GABA_A受体离子通道的动力学。

图1. TMEM132B增强了酒精在GABA_A受体上的正向变构效应. (A) 左图：显示了HEK293T细胞中GABA或GABA+酒精诱导的全细胞电流。右图：柱状图显示TMEM132B增强了酒精在α2β3γ2 GABA_A受体上的正向变构效应。(B) 左图: 显示了在表达α2β3γ2 GABA_A受体或α2β3γ2 GABA_A受体与 TMEM132B的HEK293T细胞中，由GABA或GABA+酒精诱导的全细胞电流。右图：剂量-反应曲线显示，TMEM132B显著提高了酒精增强GABA_A受体电流的功效，但不影响其效力（EC50）。

基因敲除TMEM132B导致小鼠饮酒增多并降低酒精的镇定与催眠效应

接下来，研究团队对TMEM132B基因敲除小鼠进行系列的和酒精相关的行为学分析。在十字迷宫实验中，当给小鼠注射低剂量酒精（1.5g/kg）时，相比野生型小鼠，敲除TMEM132B的小鼠在十字架开放区活动次数明显减少（图2A）。这说明基因敲除TMEM132B能降低低剂量酒精的抗焦虑效应。当注射醉酒剂量的酒精（4g/kg）时，研究团队发现敲除TMEM132B的小鼠更不容易醉酒。这结论通过翻正反射丧失（loss of righting reflex，LORR）实验得到进一步证实。对比于野生型小鼠，TMEM132B敲除小鼠在注射等剂量的酒精（4g/kg）后，其达到失去知觉状态时所需的时间更久，另外从失去知觉中苏醒过来所用时间更短（图2B）。这些结果表明，敲除TMEM132B以后会减弱酒精在神经系统中的作用，降低酒精的镇定和催眠的功效。另外，研究团队也设计了长期饮酒和酗酒实验，并观察到敲除TMEM132B的小鼠在训练饮酒一周左右，饮酒量明显增加，超过了同窝野生型对照小鼠。最后，研究团队在小鼠酗酒实验中发现敲除TMEM132B的小鼠有更严重的酗酒行为。

图2.在小鼠中TMEM132B KO减弱了酒精的抗焦虑和催眠作用。(A) 上图：高架十字迷宫（EPM）中小鼠在臂中的代表性累计运动图。酒精（1.5 g/kg）增加了WT小鼠在EPM开放臂中的停留时间和进入开放臂的次数（下图），但对KO小鼠无效。(B) 饼图显示酒精（4.0 g/kg）导致所有WT小鼠出现LORR，而仅约62%的KO小鼠出现LORR（上图）。TMEM132B KO小鼠在注射酒精（4.0 g/kg）LORR潜伏期显著延长了， LORR持续时间显著缩短了（下图)。

目前，酒精虽然能结合并调控大脑中各种离子通道和受体，但科学界对酒精是怎么引起各种行为反应的分子机制的了解并不深入。这一研究表明，一个新的跨膜蛋白TMEM132B能调节酒精在GABA_A受体上的功能，并能抑制小鼠的饮酒行为和增强酒精的降焦虑，镇定和催眠功能。当然，这项研究也不排除谷氨酸NMDA受体或其它受体和离子通道在调节酒精的行为效应上的重要功能。另外，酒精的行为效应也与多巴胺神经元的活性有关，但是酒精如何调控多巴胺神经元释放多巴胺还需要深入研究。

美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所陆伟研究员为论文通讯作者，课题组博士后王国昊，彭世笑，吴坤伟，Miriam Reyes Mendez，韩文妍，David Castellano，实验室管理员田庆军老师，澳大利亚昆士兰大学Angelo Keramidas研究员，美国国家神经疾病与中风研究所蛋白质谱学中心的Yan Li博士，美国国家眼科研究所的Lijin Dong博士，NINDS动物饲养中心员工等，在该研究中都做了重要贡献。

论文链接：

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