GluA1胞内域通过调控齿状回抑制性神经元突触传递门控新奇反应的新机制

《Molecular Psychiatry》：The GluA1 cytoplasmic tail regulates intracellular AMPA receptor trafficking and synaptic transmission onto dentate gyrus GABAergic interneurons, gating response to novelty

本研究针对精神分裂症风险基因GRIA1编码的AMPA受体GluA1亚基羧基末端结构域(CTD)功能不清的问题，通过构建CTD截断小鼠模型，发现该结构域调控AMPAR亚基水平和细胞内运输，特异性影响齿状回GABA能中间神经元的突触传递，导致新奇诱导的过度运动和海马神经元过度激活，揭示了CTD依赖性GluA1功能在精神疾病中的新机制。

　　

在我们的大脑中，AMPA受体(AMPAR)如同信息传递的"守门人"，负责快速兴奋性突触传递。其中GluA1亚基尤为特殊，不仅与长时程增强(LTP)这一学习记忆的细胞基础密切相关，其编码基因GRIA1更被全基因组关联研究确定为精神分裂症的风险位点。然而，科学界对GluA1羧基末端结构域(CTD)的认识大多局限于海马CA1区锥体神经元的突触可塑性，对于其在其他脑区、特别是抑制性神经元中的作用知之甚少。

传统观点认为，GluA1 CTD通过磷酸化作用和蛋白质相互作用在突触可塑性中扮演关键角色。但近年来的研究呈现出一幅更为复杂的图景：在体研究表明CTD磷酸化GluA1在突触中的比例极低；缺乏PDZ结合基序的GluA1仍能正常运输；甚至CTD完全缺失的GluA1仍可支持CA3→CA1突触的基础传递和LTP。这些矛盾发现促使研究人员思考：GluA1 CTD的真正功能是什么？是否在特定神经环路或细胞类型中发挥独特作用？

为了解答这些问题，研究人员构建了GluA1 CTD截断(ΔCTD GluA1)小鼠模型，系统探究了该结构域在AMPA受体 trafficking、突触功能和动物行为中的特异性作用。研究发现，GluA1 CTD的缺失不仅影响AMPA受体亚基的蛋白水平和细胞内分布，更特异性地损害了齿状回GABA能中间神经元的兴奋性突触传递，从而导致颗粒细胞对新奇刺激的过度反应和相关行为异常。这一发现于2025年发表在《Molecular Psychiatry》期刊，为理解AMPA受体亚基功能特异性及其在精神疾病中的作用提供了新视角。

研究团队主要运用了以下关键技术：蛋白质免疫印迹分析AMPAR亚基表达水平；免疫荧光染色和共聚焦显微镜进行亚细胞定位分析；脑片膜片钳记录突触传递和可塑性；行为学测试评估认知和情感功能；c-Fos免疫标记检测神经元激活。

Truncation of the GluA1 CTD affects AMPAR levels and subcellular distribution

研究发现，GluA1 CTD截断显著影响AMPA受体亚基的蛋白水平和细胞内分布。在ΔCTD GluA1小鼠的全脑裂解液中，GluA1水平明显降低，但突触体富集组分中未见差异，提示CTD缺失影响GluA1的表达或稳定性，而不改变其突触含量。与此相反，GluA2水平在ΔCTD GluA1样本中显著上调，且呈现从胞体到树突的分布异常，类似于GluA1敲除小鼠中的表现。免疫荧光分析进一步证实，ΔCTD GluA1在CA1区和齿状回颗粒细胞中更多滞留在胞体内，表明其胞体→树突运输受损。尽管存在这些分布改变，GluA1与突触后致密物蛋白95(PSD-95)的共定位未受影响，说明突触定位机制基本完好。

DCTD GluA1 mice exhibit novelty-induced hyperlocomotion but intact cognitive function

行为学分析揭示了GluA1 CTD在行为调控中的特异性作用。ΔCTD GluA1小鼠表现出明显的新奇诱导性过度运动，这一表型与完全敲除GluA1的小鼠相似。然而，在认知功能方面，这些小鼠却显示出完好的空间工作记忆、物体识别记忆和场景恐惧记忆。特别有趣的是，在物体位置记忆任务中，ΔCTD GluA1小鼠甚至表现出优于野生型的学习能力。通过yoking实验控制探索时间后，研究人员确认ΔCTD GluA1小鼠的短期新奇物体识别能力完好，这与GluA1完全敲除小鼠形成鲜明对比，表明CTD非依赖性机制足以支持这些认知过程。

Impaired fear expression but intact contextual fear recall in ACTD GluA1 mice

在场景恐惧条件化实验中，ΔCTD GluA1小鼠在训练阶段表现出冻结行为减少，但在24小时后的回忆测试中却显示出与野生型相当的冻结水平。这种表达受损但记忆完好的现象通过场景预暴露实验得到进一步阐释：当减少场景新奇性（从而降低过度运动）后，ΔCTD GluA1小鼠的冻结行为部分恢复正常。这表明恐惧表达缺陷主要源于新奇性处理异常，而非记忆形成障碍。

Additional schizoaffective disorder-related behavioral alterations evoked by GluA1 CTD truncation

ΔCTD GluA1小鼠还表现出与精神情感障碍相关的其他行为异常，包括高架十字迷宫中开放臂探索时间增加、光暗箱实验中进入暗区的潜伏期延长、以及强迫游泳测试中不动时间减少。这些行为表型与GluA1完全敲除小鼠相似，甚至更为显著，提示GluA1 CTD单独缺失就足以诱发精神疾病相关行为特征。

Exacerbated neuronal activity in the DG in ACTD GluA1 mice following exposure to a novel environment

为探究行为表型的神经机制，研究人员分析了新奇环境暴露后的神经元激活情况。c-Fos表达检测显示，ΔCTD GluA1小鼠的齿状回颗粒细胞和CA3区锥体神经元在新奇环境暴露后激活显著增强，而CA1区激活程度与野生型相当。这一发现与GluA1完全敲除小鼠报道的结果相似，表明GluA1 CTD对于海马神经元对新奇刺激的反应调控至关重要。

The GluA1 CTD regulates excitatory synapses onto dentate gyrus GABAergic interneurons

电生理研究揭示了GluA1 CTD功能的细胞类型特异性。在齿状回颗粒细胞中，ΔCTD GluA1小鼠的AMPA受体介导的突触传递和LTP基本正常。然而，在GABA能中间神经元中，AMPA受体/NMDA受体比率显著降低，表明兴奋性突触传递受损。这一特异性缺陷可能导致抑制性驱动减弱，从而使得颗粒细胞更容易被兴奋性输入激活，特别是在传递新奇信息的通路中。

本研究通过系统分析GluA1 CTD的功能，成功区分了CTD依赖性和非依赖性的GluA1过程：空间工作记忆、物体识别记忆和长时程场景恐惧记忆等认知功能不需要CTD参与，而新奇性处理、短期习惯化和情感行为的调控则严格依赖CTD。机制上，GluA1 CTD通过调控特定AMPA受体组成（如中间神经元中主要的GluA1/GluA4异源四聚体）的突触传递，以细胞类型特异性方式影响神经环路功能。这些发现不仅深化了对AMPA受体亚基功能特异性的理解，也为精神分裂症等神经精神疾病的突触病理机制提供了新见解，提示ΔCTD GluA1小鼠可能成为研究精神疾病相关特征的宝贵模型。