馮　瑩，李　陽

(1.十堰市太和醫(yī)院中心ICU，湖北 十堰 442000；2.十堰市太和醫(yī)院麻醉疼痛研究所)

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神經(jīng)連接蛋白研究進展*

馮瑩1，李陽2**

(1.十堰市太和醫(yī)院中心ICU，湖北 十堰 442000；2.十堰市太和醫(yī)院麻醉疼痛研究所)

神經(jīng)連接蛋白；突觸；神經(jīng)環(huán)路；神經(jīng)疾病

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，1011個神經(jīng)元細胞之間連接形成1015突觸，構(gòu)成功能環(huán)路，從而調(diào)控生理活動[1]。突觸具有在時間和空間上精確傳遞信息的能力，而此能力依賴于突觸結(jié)構(gòu)的完整性，突觸前膜的囊泡聚集在遞質(zhì)釋放位點，突觸后膜包含各類遞質(zhì)受體[2]。突觸重塑包括三個相互依賴的過程。首先，軸突與目標(biāo)神經(jīng)元建立聯(lián)系，在生長錐的作用下，軸突生長與延長。細胞黏附分子鈣黏素介導(dǎo)聯(lián)系過程，通常保持多態(tài)性，確保足夠的聯(lián)系幾率；接著在連接位點募集突觸前膜和突觸后膜的相關(guān)分子蛋白。黏附分子通過胞內(nèi)作用位點結(jié)合腳手架蛋白、突觸前活躍區(qū)組件與突觸后受體，以此參與突觸聯(lián)系的建立和蛋白募集過程[3]；最后當(dāng)新形成的突觸大小與容量協(xié)同發(fā)生變化之后，突觸處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則將會被清除[4]。

神經(jīng)連接蛋白(Neuroligin)是一類細胞黏附分子，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)。該家族蛋白包括一個跨膜結(jié)構(gòu)域，通過C末端PDZ結(jié)構(gòu)與突觸后膜的骨架蛋白結(jié)合，C末端與軸突蛋白形成復(fù)合體，促進興奮性谷氨酸能(Glutamatergic)與抑制性γ-氨基丁酸能(GABAergic)前膜遞質(zhì)釋放和突觸后膜的組裝與成熟，減少錯配幾率。因此，研究神經(jīng)連接蛋白對于了解突觸重塑與相關(guān)神經(jīng)疾病具有重要意義。

1　神經(jīng)連接蛋白家族概述

神經(jīng)連接蛋白存在于人類、嚙齒類、雞類、黑腹果蠅與秀麗隱桿線蟲。在大鼠與小鼠中，有4種神經(jīng)連接蛋白；而在人類中已經(jīng)確定5種神經(jīng)連接蛋白家族成員。

神經(jīng)連接蛋白1(NL1)是該家族研究最為清楚的蛋白，主要分布于谷氨酸能興奮性突觸后膜，最初通過親和色普分析法從大腦溶解物中分離得到，其與β-神經(jīng)軸突蛋白結(jié)合[5]，隨后發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)連接蛋白2(NL2)與神經(jīng)蛋白3(NL3)同樣與β-神經(jīng)軸突蛋白形成復(fù)合體，NL2特異性定位于GABA能抑制性突觸后膜 ，NL3同時表達于谷氨酸能興奮性與GABA能抑制性突觸后膜 。神經(jīng)連接蛋白4屬于脊椎類動物特有基因，而神經(jīng)連接蛋白 Y(NL4Y)是人類特有基因，定位于染色體Xp 22.33，NL4選擇性分布于甘氨酸能抑制性突觸后膜[6]。

2　神經(jīng)連接蛋白的結(jié)構(gòu)特征

神經(jīng)連接蛋白屬于1型跨膜蛋白，包括一條裂解信號肽、膽堿酯酶樣結(jié)構(gòu)域、碳水化合物黏附區(qū)域、一條跨膜蛋白、一條包含1型PDZ結(jié)構(gòu)域的C末端多肽等保守區(qū)域。當(dāng)前研究認為[7]，該家族蛋白具有52%的保守序列，其中胞內(nèi)結(jié)構(gòu)有31%的保守序列，胞外結(jié)構(gòu)具有55%的保守序列，跨膜蛋白具有91%的保守序列。C末端的結(jié)構(gòu)差異造成了家族成員之間的分布與功能多樣性[8]。

胞外結(jié)構(gòu)包含膽堿酯酶樣序列，稱為膽堿酯酶樣黏附分子，屬于α/β折疊超家族酶之一[9]。與膽堿酯酶相比，神經(jīng)連接蛋白的此區(qū)域缺少催化三原件處的一個氨基酸，導(dǎo)致酶促反應(yīng)失活，這樣導(dǎo)致該區(qū)域功能不是介導(dǎo)酶/底物連接，而是受體/配體結(jié)合，比如與神經(jīng)軸突蛋白形成復(fù)合體[10]。

在脊椎動物中，半胱氨酸形成N末端疏水鍵，為高度保守序列。C端的半胱氨酸位移，形成一個明顯短的第三環(huán)狀結(jié)構(gòu)[11]。相反的是在非脊椎動物中，第三環(huán)狀完全消失。C端二硫鍵的重新排列或者缺少反應(yīng)了神經(jīng)連接蛋白功能進化過程[12]。

所有的神經(jīng)連接蛋白具有兩個剪切位點，稱為A和B位點，位于膽堿酯酶樣序列中。雖然序列比較保守，然而在家族成員間發(fā)現(xiàn)不同的剪切位點。序列對比發(fā)現(xiàn)，NL1與NL2之間的剪切序列不同[13]。相反的是，NL3的兩個剪切位點，一個類似于NL1的，另外一個類似于NL1與NL2的復(fù)合體[14]。兩個剪切位點共存讓每個神經(jīng)連接蛋白產(chǎn)生4種亞型。

3　神經(jīng)連接蛋白的功能

在急性分離的神經(jīng)元中， RNA干擾抑制神經(jīng)元的NL1后，會顯著降低谷氨酸囊泡轉(zhuǎn)運體1(Glut`1)和N-甲基天門冬氨酸受體(NMDA)含量[15]，降低mEPSP的頻率和幅度[16]；NL1增強AMPA/NMDA受體聚集的氨基酸位點是R473位點。抑制NL2后，神經(jīng)元之間突觸的GABA囊泡轉(zhuǎn)運體(VGAT)和GABAA受體亞基(GABAAR)減少，同時mEPSP的頻率和幅度下降[17]。干擾NL3會同時減少興奮性與抑制性突觸的形成與維持，而培養(yǎng)的神經(jīng)元分別過表達NL1、NL2或者NL3會出現(xiàn)與抑制組相反的結(jié)果。NL4分布于甘氨酸突觸后膜，視網(wǎng)膜神經(jīng)元敲除NL4基因之后，抑制性突觸傳遞作用減弱[6]。

4　神經(jīng)連接蛋白與神經(jīng)疾病

NL1基因敲除小鼠的重復(fù)性行為增多，空間記憶力下降，同時出現(xiàn)孤獨癥[18]；新生大鼠齒狀回過表達NL1之后，興奮性突觸傳遞能力增強[19]；另外，NL1被證實有助于大鼠對恐懼保持記憶。NL2基因敲除小鼠的抑制性GABAergic突觸功能降低，興奮作用增強[20]，伴隨焦慮樣行為增強；海馬過表達NL2大鼠的大腦，抑制性作用增強，侵略行為與探索能力下降[21]。NL3基因敲除小鼠出現(xiàn)自閉癥，而R451蛋白位點可能起到關(guān)鍵作用[22]；大鼠皮層區(qū)域過表達NL3之后，GABAergic 突觸增多，神經(jīng)元遷移[23]，同時緩解自閉癥。人類X染色體或者Y染色體的NL4基因突變，會造成孤獨癥[24]。

5　展　望

有關(guān)神經(jīng)連接蛋白家族的研究并不多，國外有若干報道，而國內(nèi)寥寥無幾。神經(jīng)連接蛋白的認識主要在細胞和動物水平，且都有關(guān)突觸形成和發(fā)育。在疾病方面的研究主要是孤獨癥、記憶為主的神經(jīng)疾病。目前，只有NL4是在人類身上驗證與孤獨癥有關(guān)，其它家族蛋白參與疾病都體現(xiàn)在動物水平。因此，仍需對于該家族蛋白進行更深入和廣泛的研究，在將來有望將神經(jīng)連接蛋白作為靶點治療孤獨癥等神經(jīng)疾病。

[1]Koropouli E，Kolodkin AL.Semaphorins and the dynamic regulation of synapse assembly，refinement，and function[J].Curr Opin Neurobiol，2014，27:1

[2]Krueger DD,Tuffy LP,Papadopoulos T,et al.The role of neurexins and neuroligins in the formation，maturation，and function of vertebrate synapses[J].Curr Opin Neurobiol，2012，22(3)：412

[3]Basu R，Taylor MR，Williams ME.The classic cadherins in synaptic specificity[J].Cell Adh Migr，2015,9(3)：193

[4]Sternberg JR，Wyart C.Neuronal wiring：linking dendrite placement to synapse formation[J].Curr Biol，2015,25(5)：190

[5]Krueger DD,Tuffy LP,Papadopoulos T,et al.Neuroligin 1 is dynamically exchanged at postsynaptic sites[J].Journal of Neuroscience，2010,30(38)：12733

[6]Hoon M,Soykan T,Falkenburger B,et al.Neuroligin-4 is localized to glycinergic postsynapses and regulates inhibition in the retina[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2011,108(7)：3053

[7]Koehnke J,Katsamba PS,Ahlsen G,et al.Splice form dependence of beta-neurexin/neuroligin binding interactions[J].Neuron，2010,67(1)：61

[8]Pettem KL,Yokomaku D,Takahashi H,et al.Interaction between autism-linked MDGAs and neuroligins suppresses inhibitory synapse development[J].J Cell Biol，2013,200(3)：321

[9]Mah W,Ko J,Nam J,et al.Selected SALM (Synaptic Adhesion-Like Molecule) family proteins regulate synapse formation[J].Journal of Neuroscience，2010,30(16)：5559

[10]Mondin M,Labrousse V,Hosy E,et al.Neurexin-neuroligin adhesions capture surface-diffusing AMPA receptors through PSD-95 scaffolds[J].Journal of Neuroscience，2011,31(38)：13500

[11]Tanaka H,Miyazaki N,Matoba K,et al.Higher-order architecture of cell adhesion mediated by polymorphic synaptic adhesion molecules neurexin and neuroligin[J].Cell Rep，2012,2(1)：101

[12]Lee K,Kim Y,Lee SJ,et al.MDGAs interact selectively with neuroligin-2 but not other neuroligins to regulate inhibitory synapse development[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2013,110(1)：336

[13]Leone P,Comoletti D,Ferracci G,et al.Structural insights into the exquisite selectivity of neurexin/neuroligin synaptic interactions[J].EMBO J，2010,29(14)：2461

[14]Leone P,Comoletti D,Ferracci G,et al.Tracking the origin and divergence of cholinesterases and neuroligins：the evolution of synaptic proteins[J].J Mol Neurosci，2014,53(3)：362

[15]Budreck EC,Kwon OB,Jung JH,et al.Neuroligin-1 controls synaptic abundance of NMDA-type glutamate receptors through extracellular coupling[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2013,110(2)：725

[16]Kwon HB,Kozorovitskiy Y,Oh WJ,et al.Neuroligin-1-dependent competition regulates cortical synaptogenesis and synapse number[J].Nature Neuroscience，2012,15(12)：1667

[17]Sun M,Xing G,Yuan L,et al.Neuroligin 2 is required for synapse development and function at the drosophila neuromuscular junction[J].Journal of Neuroscience，2011,31(2)：687

[18]Sun M,Xing G,Yuan L,et al.Neuroligin-1 deletion results in impaired spatial memory and increased repetitive behavior[J].J Neurosci，2010,30(6)：2115

[19]Schnell E,Bensen AL,Washburn EK,et al.Neuroligin-1 overexpression in newborn granule cells in vivo[J].PLoS One，2012,7(10)：48045

[20]Jedlicka P,Hoon M,Papadopoulos T,et al.Increased dentate gyrus excitability in neuroligin-2-deficient mice in vivo[J].Cerebral Cortex，2011,21(2)：357

[21]Kohl C,Riccio O,Grosse J,et al.Hippocampal neuroligin-2 overexpression leads to reduced aggression and inhibited novelty reactivity in rats[J].PLoS One，2013,8(2)：56871

[22]Etherton M,F?ldy C,Sharma M,et al.Autism-linked neuroligin-3 R451C mutation differentially alters hippocampal and cortical synaptic function[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2011,108(33)：13764

[23]Fekete CD,Chiou TT,Miralles CP,et al.In vivo clonal overexpression of neuroligin 3 and neuroligin 2 in neurons of the rat cerebral cortex.Differential effects on GABAergic synapses and neuronal migration[J].Journal of Comparative Neurology，2015,523(9):1359

[24]Yan J,Feng J,Schroer R,et al.Analysis of the neuroligin 4Y gene in patients with autism[J].Psychiatr Genet，2008,18(4)：204

十堰市科技局重點科技項目(15K68)

Q51

A

2095-4646(2016)04-0364-03

10.16751/j.cnki.2095-4646.2016.04.0364

2016-02-02)

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