Reelin對(duì)突觸可塑性的調(diào)節(jié)作用

(南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科,湖南衡陽(yáng)421001)

Reelin是一種細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白,其命名源于reeler鼠,這種基因突變鼠因?yàn)闊o(wú)法編碼表達(dá)reelin導(dǎo)致大腦皮層發(fā)育異常,而出現(xiàn)共濟(jì)失調(diào)等異常行為[1]。胚胎期主要由Cajal-Retzius細(xì)胞合成和分泌,在大腦發(fā)育過程中對(duì)神經(jīng)元遷移、定位發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。后來發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)細(xì)胞遷徙完成后,Cajal-Retzius細(xì)胞幾乎完全消失,但reelin仍持續(xù)存在發(fā)育成熟的大腦中,且主要由γ-氨基丁酸能神經(jīng)元分泌[2],reelin表達(dá)異常與阿茲默海病、精神分裂癥和雙向情感障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)[3],還會(huì)引起痛閾值的改變[4],可見reelin在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。突觸是神經(jīng)系統(tǒng)功能活動(dòng)及傳遞信息的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。不少發(fā)現(xiàn)證實(shí),reelin的信號(hào)通路參與了突觸可塑性的調(diào)節(jié),研究reelin與突觸的關(guān)系,對(duì)探究神經(jīng)病理性疼痛與情緒、記憶紊亂疾病的發(fā)病機(jī)理有重要意義?，F(xiàn)就reelin與突觸可塑性的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 突觸可塑性相關(guān)機(jī)制

突觸可塑性,即突觸強(qiáng)度和傳遞效率隨外界環(huán)境變化而改變的能力,其主要表現(xiàn)形式為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation,LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制(long-term depression,LTD),是研究學(xué)習(xí)、記憶的理想模型[5]。以興奮性突觸后膜的LTP為例,其發(fā)生機(jī)制主要由兩種谷氨酸離子受體相關(guān),即N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)和 α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor,AMPAR),前者是電壓依賴性門控的鈣離子通道,靜息電位下不開放,而后者是對(duì)Na+、K+在靜息電位下有著高通透性的離子通道,兩者常存在于同一樹突棘上。由NMDAR觸發(fā)AMPAR介導(dǎo)的LTP機(jī)制主要分以下幾步：①突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)(主要是谷氨酸鹽);②谷氨酸鹽與NMDAR結(jié)合,突觸后膜發(fā)生去極化,NMDAR通道激活;③大量鈣離子內(nèi)流激活以鈣調(diào)蛋白激酶CaMKII為主蛋白激酶;④樹突棘膨大;⑤AMPAR受體通過CaMKII介導(dǎo)的胞吐作用,插入突觸后膜;⑥鈉離子內(nèi)流驟增,突觸后動(dòng)作電位形成[6-7]。這是LTP發(fā)生的經(jīng)典模型,近來也發(fā)現(xiàn)一些神經(jīng)突觸沒有AMPAR的存在,NMDAR可以單獨(dú)完成LTP的發(fā)生[8]。綜上可知,谷氨酸鹽受體在突觸可塑性的調(diào)節(jié)中是關(guān)鍵因素,而其余所有參與因素的改變也都可以影響突觸傳遞功效。

2 Reelin信號(hào)通路分子基礎(chǔ)

Reelin有兩種高親和性受體,分別是載脂蛋白E受體-2(apolipoprotein E receptors-2,ApoER2)和極低密度脂蛋白受體(very-low-density lipoprotein re-ceptor,VLDLR),Reelin與任一種受體結(jié)合后,可以使細(xì)胞質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白disable-1(Dab1)發(fā)生聚集,這種聚集激活了Src族激酶(Src family tyrosine kinases,SFK),一種催化受體或蛋白酪氨酸磷酸化的激酶,SFK同時(shí)促使Dab1與NMDAR受體的磷酸化,磷酸化的Dab1誘發(fā)了一連串級(jí)聯(lián)反應(yīng),從磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3′kinase,PI3K)被激活開始,直到糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)被蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)抑制才結(jié)束,GSK3β可以介導(dǎo)LTD的發(fā)生[9]。除了以上的經(jīng)典信號(hào)通路,reelin還可以與整合素家族(integrins)中的細(xì)胞粘附分子α3β1結(jié)合,這條通路主要參與調(diào)節(jié)神經(jīng)突的生長(zhǎng)[10]。

3 Reelin通路與突觸可塑性

Weeber等[11]首次報(bào)道了reelin信號(hào)通路在調(diào)節(jié)突觸可塑性中的作用,他們用基因敲除鼠的海馬組織離體培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)LTP現(xiàn)象在缺少ApoER2的小鼠體內(nèi)的LTP作用明顯減弱,VLDLR缺乏的小鼠也有輕微衰減,外源性加入reelin后也并無(wú)改善,而正常鼠的海馬組織加入reelin后,LTP作用明顯增強(qiáng)。Rogers等[12]發(fā)現(xiàn)正常小鼠活體內(nèi)注射reelin,其海馬組織的LTP也出現(xiàn)了明顯的增強(qiáng)。以下是近年來對(duì)reelin調(diào)節(jié)突觸可塑性的機(jī)制的研究進(jìn)展。

3.1 促進(jìn)NMDAR磷酸化

Beffert等[13-14]經(jīng)過多項(xiàng)研究,不僅證明 reelin通過促進(jìn)NMDR的磷酸化來增強(qiáng)LTP,還發(fā)現(xiàn)這個(gè)調(diào)節(jié)過程需要Src族激酶(Src family tyrosine kinases,SFK)和突觸后致密蛋白-95(Postsynaptic Density protein 95,PSD-95)的共同參與。Reelin-DAB1通路再激活 SFK,然后 SFK再催化 NMDR磷酸化,NMDAR磷酸化后會(huì)使離子通道對(duì)Ca2+的導(dǎo)電率增加,LTP因此得以增強(qiáng)。SFK建立了 ApoER2和NMDAR之間的功能連接,PSD-95則是兩者間的結(jié)構(gòu)連接。PSD-95是一種較穩(wěn)定的突觸后架構(gòu)蛋白,它一端與NMDAR相連,另一端可以與ApoER2胞漿段相連,這種連接使兩種受體的相互作用更穩(wěn)固。另外ApoER2的胞漿段必須存在exon-19編碼的氨基酸序列才能與PSD-95相連。

Reelin通路在調(diào)節(jié)NMDAR受體磷酸化時(shí)還聯(lián)合了其他通路,如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)[15-16]也可以以磷酸化的形式激活 NMDAR,但必須有 Dab1的參與,而Dab1在缺乏reelin的條件下可以通過VEGF通路被磷酸化激活,說明reelin-Dab1通路和VEGF-Dab1通路可以分別單獨(dú)激活NMDAR,兩者對(duì)NMDAR的調(diào)節(jié)為互補(bǔ)或協(xié)同關(guān)系[17]。

3.2 抑制NMDAR的內(nèi)吞作用

Durakoglugil等[18]發(fā)現(xiàn) reelin可以遏制 Aβ導(dǎo)致的LTP和NMDAR的衰減。Aβ是淀粉樣蛋白前體(amyloid precursor protein,APP)的裂解產(chǎn)物,與阿爾茨海默病患者的發(fā)病密切相關(guān),Aβ使NMDAR去磷酸化,該受體去磷酸化后易發(fā)生細(xì)胞內(nèi)吞而在胞膜上消失[19]。Durakoglugil等的研究結(jié)果顯示,reelin激活的SFK能強(qiáng)化NR2A和NR2B磷酸化,從而阻止Aβ介導(dǎo)的NMDAR內(nèi)吞作用。在高濃度的Aβ條件下,reelin無(wú)法抗衡Aβ誘導(dǎo)的突觸功能衰減,Aβ甚至?xí)蓴_reelin的結(jié)構(gòu)表達(dá)以致破壞其下游信號(hào)通路[20]?？梢?Aβ和reelin在調(diào)節(jié)神經(jīng)元的傳遞時(shí),相互制約,以維持突觸活動(dòng)的穩(wěn)定。

3.3 改變谷氨酸鹽受體的構(gòu)型比例和數(shù)量

Qiu等[21]證明reelin能促進(jìn)海馬CA1區(qū)的谷氨酸鹽神經(jīng)突觸的成熟,主要包括以下三方面：①上調(diào)NR2A/NR2B的比例。NMDAR是由兩個(gè)NR1亞單位和兩個(gè)NR2或NR3亞單位組成的四聚體,正常突觸發(fā)育過程中,NMDAR在由含NR2B為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹琋R2A為主,Reelin則會(huì)加速NR2B向NR2A的轉(zhuǎn)變。Campo等[22]也發(fā)現(xiàn)要維持 NMDAR中NR2B的低比例必須靠Reelin的持續(xù)分泌。②增加AMPAR和 NMDAR數(shù)量。Reeler鼠胚胎組織中AMPAR和NMDAR各自的數(shù)量都有衰減,補(bǔ)充reelin后,可以逆轉(zhuǎn)這種改變。③減少靜止突觸的數(shù)量。靜默突觸,即只含NMDAR沒有AMPAR的突觸,被認(rèn)為是突觸發(fā)育階段的一種未成熟狀態(tài),reelin對(duì)靜默突觸的削減作用,也提高了 AMPAR/NMDAR的比例,從而增強(qiáng)了AMPAR介導(dǎo)的突觸后電位,Qiu等先前的研究[23]也證明了 reelin增強(qiáng)AMPAR傳遞功效的途徑,不同于NMDAR被SFK磷酸化,而是通過激活PI3K,來刺激更多的AMPAR在插入突觸后膜。

3.4 其他機(jī)制

Sabine等[24]發(fā)現(xiàn)reeler鼠突觸前的囊泡數(shù)量明顯增加,而導(dǎo)入外源性reelin后,囊泡數(shù)顯著減少,很可能與囊泡釋放增多有關(guān)。另外reelin-Dab這一經(jīng)典信號(hào)通路并不參與reelin調(diào)節(jié)囊泡釋放過程,而是通過reelin-integrins通路來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)突觸前囊泡的釋放可以影響突觸前可塑性,囊泡釋放增多,可以增強(qiáng)突觸前的LTP作用,反之,則LTD增強(qiáng)[25]。可見,reelin對(duì)突觸功能的影響不僅表現(xiàn)在突觸后膜的受體上,還可能參與調(diào)節(jié)突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。

Reelin還參與了突觸的形態(tài)調(diào)節(jié)。Niu等[26]證實(shí)了reelin通過與ApoER2/VLDLR結(jié)合激活Dab1這條信號(hào)通路促進(jìn)樹突棘生長(zhǎng),導(dǎo)入外源性reelin可以逆轉(zhuǎn) reeler鼠的樹突棘下調(diào)。后來Pujadas等[27]發(fā)現(xiàn)reelin的過度表達(dá)在強(qiáng)化LTP的同時(shí),也可使樹突棘更加膨大。樹突棘的形成和穩(wěn)定需要AMPAR介導(dǎo)的電流,NMDAR的激活也可以促進(jìn)樹突棘的生長(zhǎng)[28]。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,谷氨酸鹽受體是reelin對(duì)突觸可塑性的調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn),而促進(jìn)NMDAR的磷酸化是其核心步驟。NMDAR磷酸化本身可以增強(qiáng)突觸的傳遞效率,還可以啟動(dòng)其他途徑鞏固這一作用：①增加突觸后膜AMPAR的數(shù)量;②抑制NMDAR的內(nèi)吞;③促進(jìn)樹突棘的生長(zhǎng)。但reelin對(duì)突觸的調(diào)節(jié)作用還有很多機(jī)制尚不清楚,如reelin是主要由GABA能神經(jīng)元分泌,GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì),研究大多涉及reelin對(duì)興奮性突觸的研究,而reelin對(duì)抑制性神經(jīng)突觸是否存在影響仍是個(gè)迷;reelin抑制NR2B的表達(dá),會(huì)削弱對(duì)突觸的傳遞作用,這是一種負(fù)反饋調(diào)節(jié)還是一種另外的生理調(diào)節(jié)機(jī)制?缺乏reelin導(dǎo)致的突觸囊泡減少,是由于神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生過少,還是由于釋放過多,還沒有直接證據(jù),這些都有待今后的進(jìn)一步研究。

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