IgSF9b在成年小鼠前脑抑制性和兴奋性突触的差异化定位及其对神经精神疾病的启示

《Journal of Molecular Medicine》：Neuroanatomical characterization of the cell adhesion molecule IgSF9b reveals localization to inhibitory and excitatory synapses in the mouse limbic system

这篇研究通过系统分析细胞黏附分子IgSF9b在成年小鼠前脑的神经解剖学分布及其与突触标志物的共定位，揭示了其仅部分定位于GABA能（10-20%）和谷氨酸能（约10%）突触，大部分（约80%）存在于未知位点；缺失IgSF9b导致特定脑区（如CA1 SLM、LHb）抑制性突触标志物（gephyrin、Nlgn2、VIAAT）数量/尺寸减小，表明其通过调控特定突触亚群（如去抑制突触）及非突触机制参与精神分裂症等疾病病理，为理解其多机制作用提供了新视角。

　　

IgSF9b的神经解剖学表达图谱与突触定位

研究背景与意义

免疫球蛋白超家族成员9b（IgSF9b）作为一种细胞黏附分子，已被全基因组关联研究（GWAS）确定为精神分裂症、重度抑郁症和帕金森病等神经精神疾病的潜在风险基因。早期基于海马神经元培养的研究提出，IgSF9b特异性分布于GABA能抑制性突触，并通过与神经连接蛋白2（Nlgn2）和S-SCAM的相互作用促进抑制性突触的发育。然而，其在完整成年脑内的表达模式、突触定位的精确特征以及在不同脑区中对突触组织的贡献尚不清晰。本研究旨在系统描绘IgSF9b在成年小鼠前脑的详细神经解剖学分布，并定量分析其与抑制性及兴奋性突触标志物的共定位情况，从而更全面地理解其在神经精神疾病病理生理中的潜在作用。

IgSF9b在成年小鼠前脑中的表达呈现区域特异性

研究人员首先通过免疫组织化学方法，对成年野生型（WT）小鼠脑切片进行IgSF9b染色，系统分析了其在不同脑区的表达密度。结果发现，IgSF9b的表达具有显著的脑区特异性。表达最高的区域包括海马CA1区的腔隙分子层（SLM），该区域接收来自内嗅皮层的穿通通路输入以及局部抑制性神经元的支配。此外，在边缘系统和相关回路的关键节点也观察到高密度表达，例如与情绪和奖赏处理密切相关的内侧缰核（MHb）和外侧缰核（LHb），以及参与恐惧和焦虑反应的基底外侧杏仁核（BLA）。值得注意的是，在与运动控制相关的脑区，如苍白球、黑质和小脑，IgSF9b也有显著表达，这为其与帕金森病的关联提供了神经解剖学基础。相比之下，海马CA1区的辐射层（SR）和锥体细胞层（SP），以及丘脑的室旁核（PVT）等区域，IgSF9b的表达水平相对较低。这种差异化的表达模式提示，IgSF9b可能在不同神经回路中扮演着各异的功能角色。

IgSF9b基因缺失对抑制性突触标志物的影响具有脑区特异性

为了探究IgSF9b在维持抑制性突触结构和功能中的作用，研究比较了IgSF9b基因敲除（KO）小鼠与WT同窝对照小鼠在四个高表达脑区（CA1 SLM、MHb、LHb、BLA）的抑制性突触标志物变化。通过定量分析突触后支架蛋白gephyrin、细胞黏附分子Nlgn2以及突触前囊泡 GABA转运体（VIAAT）的 puncta（点状结构）数量和大小，发现IgSF9b缺失的影响因脑区而异。

最为一致的变化出现在IgSF9b表达最丰富的CA1区SLM，该处gephyrin和VIAAT puncta的数量分别减少了16.8%和25.5%，而Nlgn2和VIAAT puncta的平均尺寸也分别减小了10.6%和14.1%。在LHb和MHb也观察到了较为温和的效应，包括LHb中gephyrin puncta尺寸减小15.1%，LHb和MHb中Nlgn2 puncta尺寸分别减小12.9%和5%，以及LHb和MHb中VIAAT puncta数量分别减少12.6%和15%。与此前报道一致，尽管BLA有清晰的IgSF9b表达，但其缺失并未引起该脑区任何GABA能突触标志物的显著变化。这些结果表明，IgSF9b以脑区特异性的方式参与调控抑制性突触的数量和/或组成。

仅小部分抑制性突触含有IgSF9b

鉴于IgSF9b KO小鼠中观察到的突触变化幅度相对较小且具有区域性，研究人员推测IgSF9b可能并非存在于所有GABA能突触。为此，他们进行了IgSF9b与抑制性突触标志物（gephyrin, Nlgn2, VIAAT）的共定位分析。结果令人惊讶：在所有检测的脑区中，仅有约10-20%的gephyrin和Nlgn2 puncta与IgSF9b共定位。这一比例存在脑区差异，以LHB最高（gephyrin 20.9%，Nlgn2 21.7%），其次是CA1 SLM（gephyrin 17.6%，Nlgn2 18.7%）、MHB（gephyrin 13.9%，Nlgn2 14.6%）和BLA（gephyrin 11.4%，Nlgn2 11.2%）。突触前标志物VIAAT与IgSF9b的共定位比例更低，仅在5-12%之间（SLM 12.2%, LHb 9.7%, MHb 6.7%, BLA 4.6%）。这些发现确证了IgSF9b仅存在于一个特定的、占比较小的GABA能突触亚群中，暗示了抑制性突触的分子多样性。

绝大部分IgSF9b并未定位于抑制性突触

更出乎意料的发现是，反向的共定位分析显示，绝大多数IgSF9b puncta其实并未与GABA能突触标志物共定位。定量分析表明，仅有约10%的IgSF9b puncta与gephyrin或Nlgn2重叠，与VIAAT重叠的更是低至约5%。有趣的是，与GABA能突触共定位的IgSF9b比例在不同脑区之间相对稳定（例如，与gephyrin共定位的比例在SLM、LHb、MHb、BLA分别为9.1%、10.5%、9.1%、9.1%），提示IgSF9b在抑制性突触的定位可能不受局部细胞或突触环境的显著影响。这意味着，脑中大部分（约85%）的IgSF9b蛋白并非位于传统的GABA能突触位点。

一小部分IgSF9b定位于兴奋性突触

鉴于大部分IgSF9b的突触定位不明，研究进一步检验了其是否也存在于兴奋性突触。通过共染色IgSF9b与兴奋性突触标志物PSD-95和囊泡谷氨酸转运体1（VGLUT1），发现确实有一小部分兴奋性突触含有IgSF9b，尤其在CA1 SLM（PSD-95 13.6%, VGLUT1 16.2%）和BLA（PSD-95 8.8%, VGLUT1 5.8%）较为明显，在LHb（PSD-95 7.5%, VGLUT1 5.7%）和MHb（PSD-95 4%, VGLUT1 4.1%）程度较轻。重要的是，在CA1 SLM和BLA，兴奋性突触标志物与IgSF9b的共定位比例与抑制性突触标志物相近，这表明IgSF9b并非如先前认为的那样特异性分布于GABA能突触。然而，与抑制性突触的情况类似，也只有约10%的总IgSF9b puncta与兴奋性突触标志物共定位（例如，与PSD-95共定位比例在SLM、LHb、MHb、BLA分别为11.7%、8.2%、8.5%、10.6%）。因此，综合来看，仅有约20%的IgSF9b定位于传统的突触结构（抑制性和兴奋性），其余约80%的IgSF9b存在于未知的细胞位置，可能是髓鞘等非神经元结构、轴突运输系统或细胞内的储备池。

讨论与展望

本研究对IgSF9b的神经解剖学表达和突触定位提供了新的重要见解。其主要发现是，在成年小鼠前脑中，IgSF9b并非GABA能突触的特异性组分，而是仅存在于约10-20%的GABA能突触和一个比例相近的兴奋性突触亚群中。大部分IgSF9b位于非突触位点，其功能尚不明确，可能涉及轴浆运输（类似其果蝇同源物Borderless的功能）或神经元-胶质细胞相互作用。IgSF9b缺失导致的抑制性突触变化（约10-20%的减少）恰好与其在GABA能突触的占比相符，提示KO可能特异性影响了那些依赖IgSF9b的突触亚群。这种特异性可能与其主要分布于形成去抑制性突触的GABA能神经元（如VIP阳性神经元）有关。

IgSF9b在高阶认知（海马CA1 SLM）、情绪调节（缰核、杏仁核）和运动控制（基底节、小脑）相关脑区的高表达，与其在精神分裂症（特别是阴性症状）、抑郁症和帕金森病中的遗传关联性高度吻合。未来研究需要深入探索IgSF9b在非突触位点的功能，阐明其在不同突触亚型（如去抑制突触）中的具体作用机制，并明确其亚细胞定位在发育过程中的动态变化。这些工作将为了解IgSF9b相关基因变异如何增加神经精神疾病风险提供更全面的图景。