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神经多肽通过激活其受体(大多是G蛋白偶联受体),动态地调节着神经元细胞间的突触传递。除了G蛋白偶联受体外,一类独特的受体家族膜受体鸟苷酸环化酶也可以被神经多肽激活。例如利钠肽通过激活膜受体鸟苷酸环化酶合成细胞内第二信使环磷酸鸟苷(cGMP)。在各物种中,cGMP信号通过作用于cGMP激活的蛋白激酶G(PKG), cGMP敏感的CNG通道,或者cGMP敏感的磷酸二酯酶(PDEs)影响细胞内生理环境。在秀丽隐杆线虫中,突触前嗅觉神经元细胞轴突末端的一类膜受体鸟苷酸环化酶可以介导线虫对特定气味偏好的改变。在哺乳动物脑内,几类膜受体鸟苷酸环化酶及其相关的多肽配体都有表达。例如C型鸟苷酸环化酶(GC-C)被肠多肽激素鸟苷蛋白和尿鸟苷素激活后可以增大由Ⅰ型代谢型谷氨酸受体或是毒蕈碱乙酰胆碱受体介导的中脑多巴胺神经元的突触后反应。心脏多肽激素心房利钠肽(ANP)通过激活A型鸟苷酸环化酶(GC-A)产生大量的cGMP从而调节血压。ANP和GC-A在很多脑区都有表达,但是它们的生理学功能以及下游信号传导通路仍然不是很清楚。位于丘脑上部的内侧缰核(MHb)到位于中脑的脚间核(IPN)的投射是脑内表达GC-A的主要通路之一。这条神经通路连接前脑边缘系统与中脑调节系统,并且参与调节一系列行为,包括疼痛、焦虑、睡眠以及尼古丁成瘾。在MHb神经元中可以检测到非常高的GC-A的mRNA表达,同时在接受来自MHb神经纤维投射的IPN,ANP有很强的结合信号。因此,GC-A很有可能表达在MHb神经元的轴突末端并调节从MHb神经元到IPN神经元的神经递质传递。本文我们主要研究ANP信号在MHb到IPN投射通路中的作用。我们采用ChAT-ChR2-EYFP这一品系的小鼠来完成针对MHb神经元轴突末端的特异性光激活,然后通过记录IPN神经元突触后快速谷氨酸能反应,从而研究ANP是否影响光激活引起的神经递质释放；如果确有影响,ANP又是通过那些信号转导级联反应发挥作用的。在小鼠脑切片中的生化分析表明ANP确实可以提高IPN处cGMP的水平。我们利用光遗传学刺激和电生理记录相结合的方法发现ANP和脑利钠肽都能阻断MHb神经元释放谷氨酸。药理学的分析表明这种阻断作用是磷酸二酯酶2A (PDE2A)介导的,而跟PKG或是CNG通道无关。另外,往IPN处注入ANP可以增强“应激诱导的镇痛”作用(SIA),这种增强效应可以被PDE2A特异性的抑制剂所消除。PDE2A在MHb神经元的轴突末梢高表达,其受到cGMP信号激活后,可以降解本底水平的环磷酸腺苷(cAMP)。特异性的激活蛋白激酶A (PKA)可以完全反转ANP对谷氨酸释放的抑制作用。这些结果说明了利钠肽在脑内具有很强的突触前抑制作用,同时PDE2A可以通过介导cGMP信号通路对cAMP信号通路的负调控来调节神经递质释放从而在生理学和行为学方面起到重要作用。至此,这一研究阐明了迄今为止最完整的心房利钠肽抑制突触前神经递质释放的信号通路。