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Cell Metabolism (IF 27.29)｜BD Rhapsody助力抑制饮酒神经环路机制研究

吉凯基因

2022.7.07

小酌怡情，大酒伤身。在人类发明酒精生产技术很久之前，哺乳动物就已经开始从发酵的水果中摄取酒精了。

那么精细调节饮酒量以及抑制酒精摄入的机制是什么呢？

接下来我们一起探索一篇发表在国际学术期刊Cell Metabolism（IF=27.29）的文章，标题为“FGF21 suppresses alcohol consumption through an amygdalo-striatal circuit”。

内分泌激素FGF21（fibroblast growth factor 21），是肝脏在应对代谢和营养挑战时产生的。FGF21可穿过血脑屏障，传导到中枢神经系统的FGF21信号，对能量平衡及营养平衡非常重要。近期有研究在小鼠动物模型中表明，FGF21信号参与调节酒精摄入。FGF21调节酒精摄取的神经环路以及FGF21是否能够抑制高级哺乳动物的酒精摄入都尚不清楚。

技术亮点

BD Rhapsody 单细胞多组学分析系统

BD Rhapsody^TM Full system（#633701 Rhapsody单细胞成像仪，#633702 Rhapsody上样工作站

BD Rhapsody全转录组试剂盒：

#633801 BD Rhapsody全转录组扩增试剂盒, # 633731 Rhapsody Cartridge配套试剂盒, #633733 Rhapsody Cartridge微孔板, #633773 Rhapsody 反转录试剂盒

流式分选

BD FACS Aria II，分选tdTomato+的活细胞

摘要

接下来我们要分享的文章研究表明：

FGF21类似物可以抑制非人类灵长类动物的酒精摄入；

FGF21共受体KLB在基底外侧杏仁核(BLA)细胞中表达；

FGF21向从BLA投射到NAc（Nucleus Accumbens, 伏隔核）的投射神经元的信号，抑制酒精摄入；

FGF21通过不同的回路抑制糖和酒精的消耗。

值得注意的是，本文除了使用了神经生物学领域常用的技术如转基因小鼠、行为学模型、顺行追踪/逆行追踪之外，还创新性的利用了BD Rhapsody单细胞RNA测序技术，对响应FGF21的KLB+细胞进行了转录组分析，为进一步鉴定调控酒精摄入的细胞及分子机制奠定基础。

结果

内源及外源的FGF21抑制啮齿动物及非人灵长类动物的酒精摄入

在肝脏中敲除FGF21后，酒精灌胃小鼠中循环FGF21几乎完全消除（Fig 1A）。且与对照组相比，肝脏中敲除FGF21的小鼠，酒精摄入量显著增加（Fig 1B，1C）。这些数据表明，肝脏产生的FGF21以一种稳态平衡的方式减少酒精摄入（Fig 1D）。在酒精与水的两瓶选择实验中，腹腔注射重组人FGF21小鼠以剂量依赖的方式抑制酒精摄入。FGF21类似物在雄性及雌性小鼠中均显著降低酒精摄入量。而且，在嗜酒的非人灵长类动物中，FGF21类似物显著降低酒精摄入量而不影响饮水行为（Fig 1J-L）。

FGF21到BLA脑区KLB表达神经元的信号抑制酒精摄入

KLB是FGF21必须的co-receptor。通过tdTomato标记KLB表达神经元发现，BLA脑区存在明确且显著的tdTomato阳性信号（Fig 2A）。向BLA直接灌注FGF21或者类似物（Fig 2B），酒精输入量显著降低（Fig 2C），而不影响喝水及食物摄入。为了验证FGF21在BLA脑区信号的必要性，作者在BLA脑区敲除KLB后（Fig 2D）发现，腹腔注射FGF21引起的抑制酒精摄入作用消失（Fig 2E）。

BD Rhapsody单细胞测序揭示KLB阳性神经元的细胞类型及功能

接下来，作者使用BD Rhapsody单细胞RNA测序来研究BLA中哪些细胞类型表达KLB，以及FGF21在体内处理是否会影响KLB+ BLA神经元的转录谱。KLB表达细胞在BLA中代表了多个神经元和非神经元群体（Fig 2I）。在KLB+/ Slc17a7+神经元中，FGF21显著增强了与神经系统发育和突触前谷氨酸室中的肽代谢相关的转录程序（Fig2K-L）。这些数据表明，FGF21信号到BLA中的KLB+神经元抑制酒精摄入，并可以调节KLB+谷氨酸神经元的神经元功能和肽代谢。

FGF21主要影响KLB^BLA-NAc神经元及NAc的D2 MSNs的兴奋性

为了研究KLB+神经元的环路，作者在BLA脑区进行顺行标记，在NAc脑区发现标记的投射末端（Fig 3A）。并在NAc脑区用逆行标记方法验证了KLA+神经元从BLA到NAc的投射（Fig 3B）。进一步，作者研究了FGF21对这种投射的KLB+神经元的功能影响。作者分别记录BLA-NAc投射的KLB+神经元和其他KLB+神经元，发现FGF21显著增加BLA-NAc投射的KLB+神经元的兴奋性及动作膜电位（Fig 3C-G）。BLA/NAc最经典的是谷氨酸能的投射，并通过兴奋性神经传递到NAc中的中刺神经元(MSNs)来调节完成性和寻求奖励行为。基于此，作者检测了FGF21对D1-和D2-MSN的作用。通过记录自发兴奋性突触后电流，发现只有D2-MSNs对FGF21刺激产生特定电信号（Fig 3H）。