伏隔核中固有激活的TLR4信号由CRF扩增环维持并调节冲动性

Innately activated TLR4 signal in the nucleus accumbens is sustained by CRF amplification loop and regulates impulsivity

作者信息Irina Balan, Kaitlin T Warnock, Adam Puche, Marjorie C Gondre-Lewis, Laure Aurelian
PMID29146239
发布时间2018-03
DOI10.1016/j.bbi.2017.11.008

实验完整度

包括动物模型(P/NP大鼠)与细胞模型(SK-N-SH、Neuro2a)的体外实验,涉及TLR4/CRF/α2表达、功能验证(siRNA敲低、抑制剂处理)和体内行为学验证(延迟折扣任务),多个独立证据层级且包含机制验证。

主要模型

酒精偏好P大鼠(NAc-shell脑区) SK-N-SH人神经母细胞瘤细胞 Neuro2a小鼠神经母细胞瘤细胞

重点核对

P大鼠和NP大鼠的NAc-shell中TLR4、CRF和α2的表达水平及共表达比例(通过免疫印迹和免疫荧光检测) TLR4转染SK-N-SH细胞后CRF/CRFR1表达及pPKA/pCREB激活(H89抑制验证) CRF转染SK-N-SH细胞后TLR4表达及pERK1/2激活(antalarmin和U0126抑制验证) P大鼠NAc-shell中pCREB和pERK1/2的核定位(免疫荧光检测) pHSVsiTLR4在NAc-shell输注后对TLR4表达和延迟折扣任务中冲动性的影响(行为学检测)

摘要

认知冲动性是一种可遗传的特质,被认为代表了启动饮酒行为的行为。我们先前已证明,位于中央杏仁核(CeA)和腹侧被盖区(VTA)的神经元Toll样受体4(TLR4)信号控制酒精偏好P大鼠狂饮的启动,并且在这些位点TLR4表达被酒精诱导的促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)上调。然而,伏隔核壳(NAc-shell)中TLR4信号的功能,以及与其他信号相关基因的相互作用,仍知之甚少。本文报道,P大鼠在接触酒精前,其NAc-shell神经元中固有激活的TLR4信号与α2 GABAA受体亚基和CRF共表达。此信号在非饮酒NP大鼠中不存在。该信号由CRF扩增环维持,该扩增环包括TLR4通过PKA/CREB激活介导的CRF上调,以及CRF通过CRF1型受体(CRFR1)和MAPK/ERK通路介导的TLR4上调。NAc-shell注入神经趋性的、非复制型单纯疱疹病毒载体递送TLR4特异性小干扰RNA(pHSVsiTLR4)抑制TLR4表达和认知冲动性,提示CRF扩增的TLR4信号参与冲动性调节。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
伏隔核壳(NAc-shell)中TLR4信号是否在未接触酒精的P大鼠中固有激活,其维持机制及其对冲动性的调节作用是什么?
核心机制
TLR4通过PKA/CREB通路上调CRF/CRFR1表达,而CRF通过CRFR1和MAPK/ERK通路反馈上调TLR4,形成CRF扩增环,维持TLR4信号的激活。
主要证据
在P大鼠NAc-shell中检测到TLR4、CRF、α2高表达及共定位,pCREB核定位增加;细胞实验证实TLR4转染上调CRF,CRF转染上调TLR4,并分别被H89、antalarmin和U0126抑制;pHSVsiTLR4输注降低TLR4表达并减少冲动性(延迟折扣任务)。
研究意义
研究揭示了NAc-shell中TLR4信号在冲动性调节和酒精依赖过渡中的潜在作用,为理解酒精使用障碍的神经机制提供了新视角。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

检测P与NP大鼠NAc-shell中TLR4、CRF和α2的表达及共定位

比较P和NP大鼠在未接触酒精时NAc-shell中TLR4、CRF和α2的表达水平及细胞共定位情况,确定TLR4信号的存在和基础状态。

取P(n=7)和NP(n=4)大鼠NAc-shell微穿刺样本,免疫印迹检测TLR4、CRF和α2水平;对脑片进行TLR4/GAD1、TLR4/α2、TLR4/CRF双免疫荧光染色,共聚焦显微镜计数共表达细胞比例。

2

验证TLR4通过PKA/CREB通路上调CRF/CRFR1

在细胞模型中验证TLR4是否通过PKA/CREB通路上调CRF和CRFR1表达。

在SK-N-SH细胞中瞬时转染TLR4质粒或空载体,并用PKA抑制剂H89处理,免疫印迹检测pCREB、pPKA、CRF、CRFR1水平;同时检测pERK1/2。

3

验证α2通过TLR4-CREB信号促进CRF表达

在Neuro2a细胞中验证α2亚基是否通过TLR4信号促进CRF表达和CREB激活。

Neuro2a细胞转染α2质粒,并用pHSVsiTLR4或pHSVsiNC处理,免疫印迹检测TLR4和CRF水平;用pCREB免疫荧光检测核定位(激活)。

4

验证CRF通过CRFR1和MAPK/ERK通路反馈上调TLR4

在SK-N-SH细胞中验证CRF是否通过CRFR1和MAPK/ERK通路上调TLR4表达。

SK-N-SH细胞转染CRF质粒,并用antalarmin(CRFR1拮抗剂)和/或U0126(MEK抑制剂)处理,免疫印迹检测TLR4、pERK1/2、pPKA水平。

5

检测P大鼠NAc-shell中TLR4信号的固有激活和CRF扩增环

在体内验证P大鼠NAc-shell中TLR4信号是否固有激活,并确认CRF扩增环的存在。

对未接触酒精的P和NP大鼠NAc-shell脑片进行TLR4/pCREB、CRF/pCREB、TLR4/pERK1/2、CRF/pERK1/2双免疫荧光染色,检测pCREB和pERK1/2的核定位;另用antalarmin处理P大鼠,检测CRF和TLR4表达。

6

验证NAc-shell TLR4信号对冲动性的调控

在P大鼠中验证NAc-shell中TLR4信号是否调节冲动性。

P大鼠随机分为两组,在NAc-shell双侧立体定位输注pHSVsiTLR4(n=8)或pHSVsiNC(n=13),使用延迟折扣任务评估冲动性,并在输注后第3天和第15天检测TLR4表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证细胞功能变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Gibco--
杜氏改良Eagle培养基(DMEM)Gibco--
胎牛血清(FBS)Gemini--
青霉素/链霉素Gibco--
FuGENE 6转染试剂PromegaE2693
安他拉明盐酸盐R & D Systems2778
H89Cell Signaling Technology9844
U0126PromegaV1121
多聚赖氨酸Sigma--
Triton X-100----
牛血清白蛋白----
正常山羊血清----
Retrievagen ABD Biosciences550524
Alexa Fluor 488 山羊抗兔IgG (H+L)Thermo Fisher ScientificA11034
Alexa Fluor 488 驴抗山羊IgG (H+L)Thermo Fisher ScientificA11055
Alexa Fluor 546 山羊抗小鼠IgG (H+L)Thermo Fisher ScientificA11030
Alexa Fluor 546 山羊抗兔IgG (H+L)Thermo Fisher ScientificA11035
放射免疫沉淀缓冲液----
Nonidet P-40Sigma--
十二烷基硫酸钠(SDS)----
脱氧胆酸钠----
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Sigma--
CelLytic MTSigma AldrichC3228
辣根过氧化物酶标记的抗兔IgGCell Signaling Technology7074
辣根过氧化物酶标记的抗小鼠IgGBio-Rad170-6516
Plus-ECL试剂盒Perkin ElmerNEL105001EA
Bio-Rad GS-700成像光密度计Bio-Rad--
siPORT amine转染试剂Thermo Fisher ScientificAM4502
CRF siRNASanta Cruz Biotechnologysc-39395
乱序siRNASanta Cruz Biotechnologysc-37007
Picospritzer IIScience Products GmbH--
28号引导套管PlasticsOne Inc--
哈佛注射泵Harvard Apparatus--
MedPC IV软件MedAssociates--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
P大鼠和NP大鼠的品系、年龄、体重、来源
阅读提示:Materials and Methods, Animals
细胞培养
SK-N-SH和Neuro2a细胞的培养条件(培养基、血清浓度、抗生素等)
阅读提示:Materials and Methods, Cells, plasmids, transfection and reagents
分子表达检测
免疫印迹和免疫荧光的具体条件(抗体稀释度、孵育时间、图像采集设置等)
阅读提示:Materials and Methods, Antibodies, Immunoblotting, Immunofluorescence
细胞转染与处理
TLR4、CRF、α2质粒转染浓度和时间,H89、antalarmin、U0126的处理浓度和时间
阅读提示:Materials and Methods, Cells, plasmids, transfection and reagents
体内干预
pHSVsiTLR4和pHSVsiNC的输注位点、体积、滴度、坐标,antalarmin输注浓度和方案
阅读提示:Materials and Methods, Stereotaxic Procedures
行为学测试
延迟折扣任务的参数(延迟时间、奖励量、训练阶段等)和P大鼠样本量
阅读提示:Materials and Methods, Delay Discounting