场景恐惧系统助力APP片段通过双重机制调控NMDA受体功能研究
2025-09-03 来源:本站 点击次数:40
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这篇发表于《Neuron》的研究揭示了一种由淀粉样前体蛋白(APP)剪切产生的新型内源性肽AETA，作为NMDA受体(NMDAR)的独特调节因子。AETA通过竞争性结合NMDAR的共激动剂（甘氨酸/D-丝氨酸）位点，抑制其离子通道活性，减少钙流入，从而抑制经典的离子型信号传导；同时，AETA诱导NMDAR构象变化，增强非离子型信号通路，促进突触长时程抑制(LTD)和树突棘收缩。体内神经元活动增强时，AETA水平上升；而基因敲除AETA则导致NMDAR信号异常、LTD缺失及情境恐惧记忆受损，且这些缺陷可被外源性AETA补救。该研究首次揭示了AETA依赖的NMDAR激活机制，强调了AETA作为双向调控NMDAR离子型与非离子型信号的内源性神经调节分子的关键作用，为理解脑信息处理及相关神经疾病提供了新视角。
1. AETA通过竞争性结合NMDARs共激动剂位点发挥特异性抑制作用
作者首先通过多尺度实验体系揭示了AETA对NMDA受体的特异性调控机制。图1A表示描述了h-分泌酶依赖的APP加工过程。在表达重组NMDARs的卵母细胞中（图1B），100 nM AETA显著抑制受体电流，而对照肽无此效应；剂量效应实验显示（图1G-H），AETA的抑制作用不受谷氨酸浓度影响，但随甘氨酸浓度升高而减弱，表明其竞争性结合于共激动剂位点。在年轻成年小鼠海马脑片中（图1C），10 nM AETA使CA3-CA1突触的天然NMDAR电流降至基线水平的65%。通过双光子钙成像证实（图1D-F），AETA选择性地减弱NMDAR依赖的树突棘钙内流。作用机制研究表明，AETA的抑制效应不受谷氨酸浓度影响（图1G），但随甘氨酸/D-丝氨酸浓度升高而减弱（图1H）。进一步机制研究表明（图1I-J），AETA使甘氨酸剂量效应曲线右移，且D-丝氨酸可浓度依赖性地阻断其抑制作用。持续观察发现（图1K），AETA的抑制作用在移除后仍持续20分钟以上，且高浓度D-丝氨酸不能逆转该效应。这些结果共同证明，AETA通过高亲和力竞争性结合NMDARs共激动剂位点，持久抑制其离子型信号传导功能。
图1.AETA抑制NMDA受体离子迁移活性
2. AETA能够调控NMDAR的构象变化，进而通过非离子通道依赖的机制增强长时程抑制（LTD），同时引发树突棘的萎缩性改变
接下来，作者通过FRET-FLIM技术证明，AETA（而非对照肽CtrlP）能诱导GluN1 C端结构域发生构象重排，使荧光标记的胞内域空间距离缩短，且该作用不依赖NMDAR离子通道活性（图2A-C）。图2D-2G显示，AETA可增强海马CA3-CA1突触的LTD幅度，即使在MK801阻断离子流的条件下仍能促进非离子型NMDAR介导的LTD（图2F-G）。图2H-2J进一步证实，AETA将高频谷氨酸刺激（HFU）诱导的树突棘生长逆转为萎缩（图2I-J）。以上结果表明，AETA通过改变NMDAR构象促进其非离子型信号通路，从而增强LTD并诱导树突棘萎缩。
图2.AETA通过改变NMDAR构象、增强其非离子型活性来促进LTD，并诱导树突棘萎缩
3. 体内BACE1抑制可增加内源性AETA水平从而增强LTD，且内源性AETA的生成具有神经元活动依赖性
通过口服BACE1抑制剂LY2811376（图3A）使内源性AETA水平提升2倍（图3B、3C），并观察到AETA水平升高与LTD增强相关（图3D、3E）；进一步利用化学遗传学（hM3Dq/hM4Di）调控前额叶皮层神经元活性（图3F）发现，神经元激活可使AETA水平显著增加4倍（图3G），而抑制活动则无影响（图3H）。综上，内源性AETA水平受BACE1抑制和神经元活性正向调控，其升高可重现外源性AETA对NMDAR活性和突触可塑性的调控作用。
图3.通过体内BACE1抑制实现的内源性AETA增加可增强LTD，且内源性AETA的生成随体内神经元活动增强而增加
4. APP/PS1模型小鼠存在谷氨酸受体信号传导异常、长时程抑制能力丧失以及认知功能下降
通过构建APPdelETA小鼠模型（图4A），证实AETA缺失导致突变体APP分子量减小（图4B）并完全丧失AETA及其前体肽CTF-h（图4B-D）。电生理记录显示，AETA缺失小鼠CA1神经元NMDAR sEPSCs频率异常增高（图4E-F），外源性AETA可逆转此现象。沉默突触比例增加（图4G），且海马LTD诱导能力缺失（图4H-I），而记忆测试中冻结行为减少（图4J-L）——这些缺陷均可被AETA重新表达所挽救（图4F、4I、4L）。这些数据表明AETA是维持NMDAR正常突触活动、LTD及记忆功能的核心调控因子。
图4.APP/PS1小鼠表现出NMDAR传递功能改变、LTD缺失及记忆力减退
结论
结果发现：淀粉样前体蛋白（APP）剪切产生的肽段AETA作为新型内源性调节因子，通过双重机制调控NMDA受体功能：一方面竞争性抑制共激动剂结合位点，减少钙离子内流以抑制经典离子通道信号；另一方面诱导受体构象变化，特异性激活依赖p38激酶的非离子通道信号，促进长时程抑制（LTD）和突触棘重塑。研究通过多尺度实验证实，AETA对含GluN2A亚基的NMDAR具有选择性调控作用，其生理水平动态响应神经活动，基因敲除会导致突触可塑性与记忆功能障碍。这一发现不仅揭示了NMDAR非离子通道信号的内源性调控机制，为理解突触可塑性提供了新范式，也为阿尔茨海默病等神经精神疾病的治疗靶点开发提供了理论依据。
SA218 场景恐惧系统
场景恐惧实验系统（FCS）用于小型啮齿类动物（大、小鼠）环境相关条件性恐惧实验研究。啮齿类动物在恐惧时会表现出特有的不动状态（immobility），动物在这种情况下倾向于保持静止不动的防御姿势。抗抑郁药和抗中枢兴奋药可以明显缩短不动状态持续的时间。
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