突触外激酶VLK会触发EphB2与NMDAR之间的相互作用，从而引发由损伤引起的疼痛

《SCIENCE》：The synaptic ectokinase VLK triggers the EphB2–NMDAR interaction to drive injury-induced pain

突触激酶VLK通过磷酸化EphB2受体促进NMDA受体聚集，调控损伤诱导的疼痛信号传导，其分泌依赖SNARE蛋白。该研究揭示外源性磷酸化在突触信号传导和疼痛敏化中的关键作用，为治疗NMDA依赖性疼痛提供新靶点。

　　

编辑总结

在大脑中，细胞外激酶负责磷酸化参与突触传递的蛋白质的细胞外结构域。Srikanth等人研究了突触激酶VLK（脊椎动物孤独型线酶）在感觉神经元中的作用机制。VLK从突触前部位释放出来，会磷酸化ephrin-B受体激酶的细胞外结构域，从而促进N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDARs）在突触处的聚集。此外，VLK对神经元的存活至关重要，并在NMDAR依赖性的损伤引起的疼痛中起着关键作用。这些结果表明，针对VLK介导的信号传导可能有助于管理NMDAR依赖性的疼痛。——Mattia Maroso

结构化摘要

引言

蛋白质磷酸化是细胞内调节的核心机制，但其细胞外的功能仍知之甚少。尽管一个多世纪前的1880年代就已经发现分泌的牛奶蛋白酪蛋白会被磷酸化，但细胞外磷酸化的生物学意义至今仍未得到充分探索。最近的研究发现了两类分泌型激酶，并揭示了许多突触蛋白的细胞外结构域也会被磷酸化。然而，这种磷酸化事件是否能够调节体内的突触信号传导或行为仍是一个未解之谜。

研究目的

我们试图明确细胞外磷酸化在调节突触受体相互作用中的作用。具体来说，我们研究了分泌型激酶是否能够控制受体酪氨酸激酶EphB2与N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）之间的相互作用，后者是谷氨酸信号传导的关键调节因子。由于EphB2在进化上保守的酪氨酸位点Y504处的磷酸化对其与NMDAR的结合是必需的，我们探讨了这种修饰是否可能由分泌型酪氨酸激酶控制，以及这种信号传导是否能够调节体内的疼痛行为。我们的目标是确定一条将突触前活动与细胞外受体磷酸化及下游NMDAR功能联系起来的信号通路。

结果

我们发现脊椎动物孤独型激酶（VLK/Pkdcc）是六个基因组成的外切激酶家族中唯一一个既可分泌又能诱导EphB2-NMDAR相互作用的成员。VLK以ATP依赖的方式磷酸化EphB2的Y504位点，这种效应可被细胞外磷酸酶阻断，并且在VLK激酶突变体中不存在。重组VLK（rVLK）能够在培养的神经元和脊髓组织中诱导EphB2-NMDAR复合物的形成，而Pkdcc基因敲除则消除了这种相互作用。VLK定位于突触小泡中，并在ephrin-B刺激或神经元活动增强时以SNARE依赖的方式释放，这与受调控的突触释放过程一致。

在体内实验中，条件性敲除突触前感觉神经元中的Pkdcc会破坏EphB2的磷酸化，并在损伤后阻止背角投射神经元中的EphB2-NMDAR相互作用，同时不影响这两种蛋白质的基线表达。缺乏VLK的感觉神经元在手术损伤后不会出现机械性敏感反应，但保持了正常的运动协调性和对热及化学刺激的反应。鞘内注射rVLK可以诱导EphB2-NMDAR相互作用及类似疼痛的行为，这种效应需要NMDAR的活性。在脊髓丘脑神经元中敲除EphB2后，可以阻断损伤引起的疼痛行为，证实了这一信号通路在疼痛敏感化中的必要性。

结论

我们的研究揭示了一条将突触前活动与突触后受体组织及行为联系起来的细胞外磷酸化通路。通过释放一种作用于突触后膜外的激酶，神经元能够以空间和行为上特定的方式调节NMDAR的功能——而无需依赖经典的细胞内信号通路——这突显了发生在细胞外空间的突触信号传导的一个被忽视的方面。鉴于NMDAR在突触可塑性中的关键作用以及神经元VLK敲除会导致胚胎致死，这条通路的作用可能不仅限于疼痛调节，还可能为调节受体功能提供新的治疗机会。

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一种突触外切激酶诱导EphB2-NMDAR相互作用和机械性敏感反应。

神经元活动或ephrin-B触发脊椎动物孤独型激酶（VLK）的突触前释放，该激酶在EphB2的Y504位点进行磷酸化，从而诱导EphB2-NMDAR相互作用并增强NMDAR信号传导及类似疼痛的行为。在背角中，感觉神经元中的VLK和投射神经元中的EphB2对于损伤引起的敏感反应是必需的，但对运动功能没有影响。

摘要

数百种蛋白质的细胞外结构域的磷酸化是由两类激酶家族介导的，但这些激酶的功能作用仍不甚清楚。我们发现，酪氨酸定向的外切激酶——脊椎动物孤独型激酶（VLK/Pkdcc）的突触前释放对于EphB2与GluN1在突触处的直接细胞外相互作用以及EphB2细胞外结构域的磷酸化和损伤引起的疼痛的介导是必要且充分的。Pkdcc是神经系统中的关键基因，而VLK在突触处富集，并以SNARE（一种活性和可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子激活蛋白受体）依赖的方式从神经元中释放，从而驱动细胞外相互作用。我们的结果表明，突触前感觉神经元特异性敲除VLK可以减轻小鼠的术后疼痛，而不影响感觉运动表现，这表明VLK在调节突触蛋白-蛋白相互作用和损伤引起的急性疼痛中起着关键作用。