先天性Kir6.2缺陷（而非急性KATP通道阻滞）会减弱阿扑吗啡诱导的小鼠运动活性

《Pharmacology Biochemistry and Behavior》：Congenital Kir6.2 deficiency, but not acute KATP channel blockade, attenuates apomorphine-induced locomotor activity in mice

　　

莫池沙美-齐藤（Atsumi Mochida-Saito）|梅田明（Akira Umeda）|冈田康正（Yasumasa Okada）|武田宏（Hiroshi Takeda）|宫川和也（Kazuya Miyagawa）

日本国际健康与福利大学药学院神经药理学系

摘要

Kir6.2是一种形成孔道的亚单位，属于腺苷三磷酸（K_ATP）通道。它在多巴胺能神经元中表达，而这些神经元在运动调节和精神疾病中起着关键作用。尽管Kir6.2的缺乏与情绪行为改变有关，但其对多巴胺能反应性的功能贡献仍不完全清楚。在本研究中，我们通过互补的遗传学和急性药理学方法探讨了Kir6.2在多巴胺受体依赖的行为调节中的作用。给予多巴胺受体激动剂阿朴莫啡（apomorphine）后，野生型小鼠的自发运动活动显著增加；而在Kir6.2^?/?小鼠中，这种反应明显减弱，表现为峰值反应降低以及注射后30–60分钟内的运动活动减少。阿朴莫啡注射前的基线运动活动在两种基因型之间没有差异，表明自发动作功能未受影响。相比之下，在当前实验条件下，使用格列本脲（glibenclamide）急性阻断K_ATP通道未能再现Kir6.2缺乏的表型，因此这些药理学发现对于中枢K_ATP通道的功能解释尚无定论。蔗糖偏好测试在Kir6.2^?/?小鼠中没有任何变化，表明其基本的快感处理能力完好。此外，阿朴莫啡注射后伏隔核（NAcc）中多巴胺相关蛋白的表达也没有显示出基因型差异。总体而言，这些发现表明先天性Kir6.2缺乏主要损害多巴胺受体依赖的运动激活，而不影响基本的快感行为，这可能部分反映了多巴胺能神经回路的长期或发育适应性调整。

引言

腺苷三磷酸（K_ATP）通道由向内整流的钾通道亚单位（Kir6.1和Kir6.2）以及调节性磺酰脲受体亚单位（SUR1、SUR2A和SUR2B）组成（Seino, 1999）。K_ATP通道广泛存在于许多组织中，包括大脑（Babenko et al., 1998）。大脑中的K_ATP通道由Kir6.1、Kir6.2、SUR1和SUR2组成，这些亚单位在不同脑区的组合也有所不同（Karschin et al., 1997, Karschin et al., 1998; Lee et al., 1999; Zawar et al., 1999）。Kir6.2在含有多巴胺能神经元的脑区表达量较高（Thomzig et al., 2005）。我们之前已经报道过Kir6.2在多巴胺能神经元中的表达（Saito et al., 2018）。因此，Kir6.2可能参与调节多巴胺能功能。Kir6.2缺乏会抑制黑质（SN）和腹侧被盖区（ventral tegmental area）中多巴胺能神经元的活性（Liss et al., 2005）。据报道，K_ATP通道介导的多巴胺能神经元在中脑SN的爆发性放电对于小鼠的新奇探索行为至关重要（Schiemann et al., 2012）。此外，微透析研究表明，含Kir6.2的K_ATP通道调节了纹状体（Str）在高钾离子刺激下的细胞外多巴胺水平升高（Shi et al., 2008）。

多巴胺能神经元广泛分布于大脑中，在控制精神疾病中起着核心作用。先前的研究指出K_ATP通道与多巴胺能神经元的病理变化有关，如帕金森病（Liss et al., 2005; Wang et al., 2005）。最近的研究还表明，多巴胺能神经元在抑郁和焦虑中起着关键作用（DeGroot et al., 2020）。之前的研究显示，Kir6.2的调控对焦虑样行为有双向影响：Kir6.2缺乏会增加，而过表达则减少焦虑相关表型（Deacon et al., 2006; Lahmann et al., 2014）。与这些发现一致，我们之前也在Kir6.2^?/?小鼠中观察到了焦虑样行为的增强（Saito et al., 2018）。Kir6.2缺乏会影响多巴胺能神经元的活性并引起情绪行为的变化。然而，先天性Kir6.2的缺失及其急性药理学抑制在体内多巴胺刺激下如何差异化影响行为结果仍不清楚。

在本研究中，我们通过评估先天性基因缺失和在基础及多巴胺刺激条件下的急性药理学抑制来探讨Kir6.2在多巴胺受体依赖的运动调节中的作用。具体而言，我们通过给予非选择性多巴胺受体激动剂阿朴莫啡来评估多巴胺受体刺激的行为反应性，并研究了使用格列本脲急性阻断K_ATP通道的效果。格列本脲在实验研究中被广泛用作K_ATP通道的抑制剂（Zhang et al., 2017），包括在体内模型中。然而，其在中枢神经系统中的穿透能力有限，全身给药后的中枢靶点参与程度尚不明确。因此，采用药理学方法是为了与遗传学模型进行补充比较，而不是假设急性抑制能完全再现先天性Kir6.2缺乏的效果。这种比较有助于区分长期基因缺失与成年期急性K_ATP通道抑制引起的效果。此外，为了评估无药理学干预下的快感相关行为，我们进行了蔗糖偏好测试，这是一种常用的快感缺失测量方法。最后，为了探索与Kir6.2缺乏相关的可能的分子变化，我们使用western blot分析法检测了伏隔核（NAcc）中的多巴胺相关蛋白表达。选择NAcc作为探索性分子分析的区域，是因为它在快感处理和动机处理中都发挥作用（Salamone and Correa, 2012），同时也与该研究中的蔗糖偏好测试相关。然而，选择该区域进行探索性分析并不排除其他区域（如纹状体Str）的潜在贡献，因为这些区域在运动调节中起着关键作用。

段落摘录

动物

本研究使用了通过靶向破坏编码K_ATP通道Kir6.2亚单位的KCNJ11基因产生的雄性和雌性Kir6.2^?/?小鼠（Miki et al., 1998）。年龄匹配的雄性和雌性C57BL/6J野生型小鼠（Kir6.2^?/?的背景品系）由Japan SLC, Inc.（日本静冈）提供，作为野生型对照。为了进行运动活动测试，分别测试了雄性小鼠（C57BL/6J，n = 27；Kir6.2^?/?，n = 25）和雌性小鼠（每组n = 16）。

阿朴莫啡诱导的Kir6.2^?/?小鼠的运动活动

如图1A和B所示，阿朴莫啡在特定注射时间点显著增加了两种性别野生型小鼠的自发运动活动。在雄性小鼠中，双向重复测量方差分析显示时间和组别的主效应显著，以及组别与时间之间的交互作用也显著，表明四个实验组之间的运动活动时间曲线存在差异（图1A；组别与时间交互作用，F(78, 1248) = 4.536，p < 0.0001）；

讨论

在本研究中，我们使用多巴胺受体激动剂阿朴莫啡探讨了K_ATP通道亚单位Kir6.2在多巴胺受体依赖的自发运动活性调节中的作用。本研究的主要发现是，先天性缺乏Kir6.2会减弱阿朴莫啡诱导的运动激活，而使用格列本脲急性阻断K_ATP通道并未再现这一表型。这些结果表明急性药理学抑制

CRediT作者贡献声明

莫池沙美-齐藤（Atsumi Mochida-Saito）：撰写——原始稿件、可视化、方法学设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念化。梅田明（Akira Umeda）：实验设计。冈田康正（Yasumasa Okada）：实验设计。武田宏（Hiroshi Takeda）：监督。宫川和也（Kazuya Miyagawa）：撰写——修订与编辑、监督、项目管理、方法学设计、实验设计、概念化。

资金来源

本研究得到了JSPS KAKENHI项目（项目编号：JP20K23258）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者特别感谢千叶大学（Chiba University）的Miki博士和神户大学（Kobe University）的Seino博士提供Kir6.2^-/-小鼠。作者还要感谢国际健康与福利大学（日本大田原）的Akutsu Mizuki女士、Kato Harue女士、Ito Kaede女士、Sakamoto Yumika女士、Yoshida Naoto先生、Wada Noriko女士、Oda Sayaka女士、Okabe Keina女士、Chiba Ayane女士、Ohi Ayano女士、Kumagai Sakura女士、Kamata Matsuri女士、Tanaka Moe女士、Niimura Haruka女士和Murata Chinatsu女士的帮助。