脑肠肽CCK型信号通过突触和内在可塑性协调动机状态转换期间的行为变化

本研究系统解析了软体动物加州海兔(Aplysia californica)中胆囊收缩素(CCK)型信号系统，发现外周apCCK神经元直接投射至中枢神经系统调控摄食行为。通过多学科方法证实apCCK作为脑肠肽通过突触可塑性和内在可塑性双重机制，特异性调节摄食环路关键神经元(B20/B40/B64等)的兴奋性和突触传递，实现从摄食到饱食的动机状态转换。该研究揭示了CCK信号在进化上的保守性，为理解饱食调控的神经机制提供了新视角。

　　

在动物行为调控领域，动机状态转换如何协调多系统行为变化始终是核心科学问题。以摄食行为为例，从饥饿到饱食的转变涉及摄食抑制、行为模式转换等复杂过程，其中胆囊收缩素(CCK)作为关键饱食信号在哺乳动物中已有深入研究，但其调控神经环路的具体机制，特别是如何通过突触和内在可塑性实现行为协调仍不清楚。更值得注意的是，作为进化上更古老的软体动物是否具有类似的CCK调控系统，能否为理解这一机制的进化起源提供线索，这些都是亟待解答的问题。

南京大学医学部附属南京鼓楼医院神经内科与医学心理学系、生命科学学院脑科学研究所的研究人员，联合美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、西奈山伊坎医学院等国际团队，在《Cell Reports》发表重要研究成果。研究以加州海兔为模型，通过多学科交叉方法系统揭示了CCK型信号(apCCK)作为保守的脑肠肽，通过外周-中枢投射和双重可塑性机制调控摄食行为的完整神经环路机制。

研究主要采用以下关键技术：1)生物信息学结合分子克隆鉴定apCCK前体及受体；2)原位杂交和免疫组化进行神经解剖定位；3)液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)鉴定成熟肽结构；4)行为学分析评估摄食抑制效应；5)电生理记录解析神经元和突触可塑性；6)单细胞SMART-seq技术分析受体表达谱；7)IP1积累实验测定受体激活特性。实验样本来自60-350g的加州海兔中枢神经系统和消化道组织。

研究结果部分：
"Identification of the CCK precursor in Aplysia"：通过生物信息学预测和实验验证，鉴定出apCCK前体基因可编码8种潜在肽段变体，包括非硫酸化、单硫酸化和双硫酸化形式。系统进化分析显示其与其它软体动物CCK前体亲缘关系最近。

"Distribution of apCCK precursor mRNA and peptides in Aplysia tissues"：原位杂交和免疫组化显示apCCK在全部中枢神经节和外周组织中广泛分布，其中大脑节"E"簇神经元表达最为丰富。质谱分析鉴定出7种成熟apCCK肽段，包括[sY6]-apCCK1、[sY8]-apCCK1等硫酸化变体。

"apCCKs significantly reduce food intake in intact animals"：行为实验证实4种apCCK([sY8]-apCCK1等)能剂量依赖性地抑制摄食，其中[sY8]-apCCK1在10^-8 M即可完全抑制，并延长摄食间隔时间，模拟自然饱食状态。

"Identification of apCCK receptors"：鉴定出两个功能性受体apCCKR1和apCCKR2，发现不同硫酸化修饰的apCCK变体对受体激活具有选择性，如双硫酸化apCCK1对apCCKR1激活效能最高。单细胞测序证实这些受体在关键中间神经元(B20等)中表达。

"Peripheral sources of Aplysia CCKs"：发现消化道粘膜层存在大量apCCK阳性神经元，其轴突通过食道神经(EN)直接投射至含摄食模式发生器的颊神经节。EN刺激可诱发颊神经节内apCCK释放。

"apCCKs modulate feeding programs in isolated ganglia"：电生理记录显示apCCK能将摄食运动程序从摄入型转为排出型，并抑制颊神经I₂神经(含前伸运动神经元B61/62)的放电频率，这种效应具有浓度依赖性。

"apCCK-mediated synaptic and intrinsic plasticity"：机制研究表明，低浓度[sY8]-apCCK1通过增强促排出中间神经元B20的兴奋性实现程序转换；同时通过抑制CBI-2→B34→B61/62突触传递链减少前伸运动神经元活动。而在EN诱发的排出程序中，apCCK增强B65→B61/62突触传递，形成输入特异性的双向调控。

研究结论与讨论部分指出，该工作首次在原型动物中证实CCK作为脑肠肽的进化保守性，揭示了外周CCK神经元直接投射调控中枢模式发生器的独特神经环路架构。特别重要的是，阐明了肽能调控中突触可塑性和内在可塑性的协同作用机制：突触可塑性实现输入特异性调控，而内在可塑性则决定神经元对不同输入的响应特性。这种双重机制为理解动机状态转换中多行为协调提供了范式。与哺乳动物相比，海兔的CCK系统具有更直接的外周-中枢连接，为研究饱食信号的原始形式提供了理想模型。研究还发现Tyr硫酸化修饰对CCK功能具有层级式调控作用，这种翻译后修饰的多样性可能是神经肽功能分化的普遍策略。该成果不仅为比较神经生物学提供重要见解，也为开发靶向CCK系统的摄食障碍治疗策略奠定了理论基础。