AP-2：调控小脑突触平衡，解锁共济失调等疾病新奥秘

为探究小脑浦肯野细胞（Purkinje cell）退变机制及相关神经退行性运动障碍病因，研究人员开展 “AP-2 对小脑平行纤维（PF）和攀缘纤维（CF）突触平衡调控作用” 的研究。结果发现 AP-2 通过调节 GRID2IP 维持 PF-CF 突触平衡，其缺失会导致共济失调等。该研究为相关疾病治疗提供新方向。

　　在神经科学的奇妙世界里，小脑浦肯野细胞一直是科学家们重点关注的对象。浦肯野细胞在运动学习和适应中发挥着至关重要的作用，然而，它的退变却是许多神经退行性运动障碍（如共济失调）的典型特征。尽管科研人员在这方面进行了大量研究，但浦肯野细胞存活的调控机制依旧迷雾重重。其中，维持其两种主要兴奋性输入 —— 平行纤维（PF）和攀缘纤维（CF）突触之间的平衡，对突触可塑性和小脑功能至关重要，可目前人们对这一平衡的维持机制以及它与浦肯野细胞退变的关系知之甚少。

为了揭开这些谜团，来自德国科隆大学（University of Cologne）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Reports》上，为我们理解小脑功能以及相关疾病的发病机制带来了新的曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展此项研究。在动物模型构建方面，通过将 floxed Ap2m1 小鼠与 L7/Pcp2-Cre 小鼠杂交，获得了浦肯野细胞特异性 AP-2μ 敲除（KO）小鼠（AP-2 cKO 小鼠）。在检测分析技术上，运用蛋白质免疫印迹（Western blot）、免疫组化（Immunohistochemistry）来检测蛋白表达和定位；利用定量质谱（MS）分析和邻近标记技术（如 dAPEX2）研究蛋白质组变化；借助病毒示踪、钙成像以及运动学分析等手段探究神经通路和细胞功能 。

研究结果如下：

1. AP-2 缺失导致小鼠严重早期共济失调：AP-2 cKO 小鼠在 2 个月大时，体重减轻，在经典运动任务（如转棒实验、跑步机运动和窄梁行走实验）中表现出严重的运动缺陷，肢体运动不协调，类似小脑功能障碍的共济失调步态。这表明 AP-2 在浦肯野细胞的运动协调功能中起着不可或缺的作用。
2. 浦肯野细胞丢失前脊柱密度增加：2 个月大的 AP-2 cKO 小鼠浦肯野细胞数量明显减少，且这种减少是渐进性的。在细胞退变初期，6 周大的 AP-2 cKO 小鼠浦肯野细胞虽分支模式变化不大，但脊柱样突起显著增加，暗示突触功能障碍可能先于细胞死亡和步态异常出现。
3. AP-2 缺陷的浦肯野细胞存在谷氨酸能突触蛋白质组改变：通过对 1 个月和 2 个月大的 WT 和 AP-2 cKO 小鼠小脑进行定量 MS 分析，发现 1 个月时已有一些蛋白改变，2 个月时变化更明显。GO 分析显示，1 个月时上调蛋白与 “谷氨酸能突触” 相关，2 个月时下调蛋白与 “突触后” 和 “谷氨酸能突触” 相关，同时凋亡相关蛋白表达增加，表明细胞可能通过凋亡死亡。对浦肯野细胞进行的 dAPEX2 分析表明，AP-2 缺失会导致许多与 “肌动蛋白丝组织” 和 “突触组织” 相关的蛋白下调，还会影响一些内吞关键蛋白的水平，证实 AP-2 缺失不仅损害内吞作用，还会破坏谷氨酸能突触通路。
4. AP-2 调节 PF 突触富集蛋白 GRID2IP 的稳定性：研究人员通过 MS 分析发现 GRID2IP 是 AP-2 在浦肯野细胞中的结合伙伴。生化和免疫组化实验证实两者相互作用并共定位在浦肯野细胞树突中。AP-2 cKO 小鼠中，GRID2IP 水平显著降低，且这种降低不是由于 mRNA 表达减少，而是因为 AP-2 的缺失使 GRID2IP 更易被蛋白酶体降解，说明 AP-2 对保护 GRID2IP 免受蛋白酶体降解至关重要。
5. AP-2 缺失导致 GLURd2 积累和 PF-CF 突触失衡：由于 GRID2IP 与谷氨酸 δ2 受体（GLURd2）相互作用，研究人员分析了 GLURd2 水平。结果发现，1 个月大的 AP-2 cKO 小鼠 PF 突触中 GLURd2 水平上调，这导致 PF 突触密度显著增加，同时 CF 突触几乎完全丧失，且 CF 在胞体周围积累。这表明 AP-2 在精炼 PF/CF 突触输入中具有细胞自主作用。
6. AP-2 在发育过程中平衡 PF 和 CF 突触，但在成年大脑中并非如此：研究人员根据 CF 支配的发育时间线进行研究，发现 AP-2 在早期发育中对 CF 移位至关重要，其缺失会导致 CF 移位失败，PF 突触过多。而在成年期急性删除 AP-2，对浦肯野细胞的形态、脊柱密度、PF/CF 区域和 GLURd2 水平均无影响，说明 AP-2 在早期发育中对平衡 PF-CF 突触至关重要，成年后则不再必需。
7. AP-2 缺失导致浦肯野细胞网络活动增强：对 AP-2 cKO 小鼠浦肯野细胞进行电生理分析和钙成像实验发现，1 个月大时，其基础电生理特性虽未改变，但引发动作电位需要更高电流注入。在 100Hz 刺激下，AP-2 cKO 小鼠浦肯野细胞的平均反应、峰值幅度和 Ca²⁺瞬变均显著增加，网络输出增强。用头孢曲松（ceftriaxone）处理后，可增强谷氨酸摄取，降低 AP-2 cKO 小鼠浦肯野细胞的网络活动，还能恢复浦肯野细胞数量，表明早期 PF/CF 输入重连与网络输出增强有关，增强谷氨酸重摄取可使网络兴奋正常化。

综合来看，该研究揭示了 AP-2 在维持小脑 PF-CF 突触平衡和运动协调方面的关键作用。AP-2 通过与 GRID2IP 相互作用，调节 GLURd2 的内吞，维持突触平衡。AP-2 缺失会导致突触重连、网络活动改变，进而引起浦肯野细胞退变和共济失调。这一研究成果不仅加深了我们对小脑功能的理解，还为神经退行性疾病（尤其是与小脑功能障碍相关的疾病）的研究提供了新的靶点和理论依据，为未来相关疾病的治疗策略开发指明了方向。