输入特异性突触稳态可塑性机制解析：果蝇神经肌肉接头中突触前稳态增强的差异化调控

本研究通过选择性沉默果蝇幼虫神经肌肉接头（NMJ）的强直性（MN-Ib）与相位性（MN-Is）运动神经元输入，首次揭示突触前稳态增强（PHP）的输入特异性机制：慢性PHP（GluRIIA缺失）通过扩大活性区纳米结构增强MN-Ib的Ca2+内流，而急性PHP（PhTx阻断）通过压缩活性区增加MN-Is的囊泡池。该发现为神经环路稳定性调控提供了全新视角。

　　

突触稳态可塑性的输入特异性机制

研究背景与科学问题

在果蝇幼虫神经肌肉接头（NMJ）系统中，大多数肌肉由结构功能迥异的强直性（MN-Ib）和相位性（MN-Is）运动神经元共同支配。这两种输入分别具有低释放概率/强可塑性（MN-Ib）和高释放概率/快速饱和（MN-Is）的特性。当突触后谷氨酸受体（GluR）功能受损时，突触前通过稳态增强（PHP）补偿性增加神经递质释放。然而，不同输入如何差异化参与PHP表达始终是未解之谜。

技术突破与实验设计

研究团队创新性应用肉毒杆菌神经毒素C（BoNT-C）选择性沉默MN-Ib或MN-Is输入，结合超高分辨率STED显微成像（~30nm分辨率）和新型比率式钙指示剂mScar8f（Syt::mScarlet::GCaMP8f），实现了：

1. 输入特异性电生理记录（0.4-10mM Ca²⁺梯度）
2. 活性区纳米结构动态追踪（BRP/RBP/CAC）
3. 囊泡释放特性解析（RRP/EGTA敏感性）

核心发现

1. 时空特异的PHP表达模式

• 慢性PHP（GluRIIA^-/-）仅在生理Ca²⁺浓度（≤1.8mM）下选择性增强MN-Ib释放（300% quantal content），MN-Is无变化
• 急性PHP（PhTx处理）专一性强化MN-Is释放（RRP增加110%），MN-Ib保持基线水平
• 高Ca²⁺（≥3mM）时双输入均参与PHP，提示Ca²⁺依赖性调控阈值

2. 活性区纳米架构的差异化重构

• MN-Ib慢性PHP：BRP纳米模块增加53%，CAC面积扩大42%（STED），形成"合并环"结构
• MN-Is急性PHP：CAC密度增加但总面积缩小15%，BRP/RBP空间压缩
• 共定位分析显示Unc13A在两类输入均增加，驱动功能性释放位点增加（Ib:62%, Is:53%）

3. 分子机制的分化

• MN-Ib通路：Ca_v2通道丰度增加→Ca²⁺内流增强50%（mScar8f成像）→紧密耦合囊泡比例上升
• MN-Is通路：囊泡池扩容（RRP 2.1倍）→松散耦合囊泡募集→释放概率稳定

4. 动态调控模型

• 慢性PHP通过Arl8/Aplip-1依赖的活性区材料运输实现结构性重塑
• 急性PHP利用BRP纳米压缩产生的"分子拥挤"效应提升释放效率

理论突破与临床启示

该研究首次建立"输入-机制-时空"三维调控模型：

1. 特异性诱导：GluRIIA C-tail/CaMKII通路偏好MN-Ib，非离子信号激活MN-Is
2. 结构可塑性：同一活性区支架（BRP）可呈现扩张/压缩双态重构
3. 疾病关联：为ALS等运动神经元疾病的突触代偿机制提供新靶点

技术辐射价值

发展的mScar8f探针（信噪比>8）和输入特异性沉默策略，为哺乳动物神经环路研究提供了可移植工具包。特别值得注意的是，该研究揭示PHP的"功能沉默"现象——MN-Ib在急性PHP中虽显示活性区重构但无释放增强，提示结构可塑性存在"分子缓冲"机制。