Gβ1γ2亚基对电压门控钠通道的神经调控及其在GNB1相关脑病中的机制研究

推荐：本研究揭示了G蛋白βγ亚基(Gβ1γ2)通过调控电压门控钠通道(Nav 1.1/1.6)功能影响神经元兴奋性的新机制，发现GNB1脑病模型小鼠皮层PV+中间神经元钠电流密度降低导致抑制性突触传递缺陷，为理解癫痫发生提供了新靶点。

　　

在神经科学领域，G蛋白偶联受体(GPCR)信号通路与离子通道的交互调控一直是研究热点。电压门控钠通道(Na_v
s)作为神经元动作电位产生的关键分子，其功能异常与多种癫痫综合征密切相关。然而，G蛋白βγ亚基(Gβγ)对Na_v
s亚型的特异性调控机制及其在神经发育障碍中的作用仍不明确。GNB1脑病(GNB1-E)是由GNB1基因突变引起的神经发育障碍，临床表现为全面性发育迟缓和癫痫发作，但相关病理机制尚未阐明。

为解决这一科学问题，密歇根大学的研究团队在《Neurobiology of Disease》发表研究，通过整合蛋白质组学、电生理学和转基因动物模型，系统揭示了Gβ1γ2对Na_v
1.1/1.6的差异化调控及其在GNB1-E癫痫发生中的作用。研究采用Scn1b-V5基因编辑小鼠进行共免疫沉淀-质谱分析鉴定Na_v
β1互作蛋白；通过HEK细胞稳定转染体系研究Gβ1γ2对Na_v
1.1/1.6电流特性的影响；利用Gnb1^K78R/+
小鼠模型结合脑片电生理和急性分离神经元记录技术分析神经元兴奋性改变。

研究结果部分：

1. G-protein βγ subunits associate with Na_v
   complexes via Na_v
   β1 subunits in mouse brain
   质谱分析发现Gγ2/3/7/12与Na_v
   β1在P18小鼠脑组织中形成复合物，提示Gβγ可能通过Na_v
   β1调控Na_v
   通道功能。

2. Transient co-expression of Gβ1γ2 subunits inhibits Na_v
   1.6-mediated sodium current in HEK cells
   在HEK细胞中，Gβ1γ2共表达使Na_v
   1.6峰值电流密度降低67.5%，双脉冲实验显示-120mV超极化可部分缓解抑制，提示存在电压依赖性直接相互作用。

3. Transient co-expression of Gβ1γ2 subunits induces a prepulse potential-dependent inhibition of Na_v
   1.1-mediated peak I_Na
   density in HEK cells
   Na_v
   1.1在-70mV预脉冲下电流密度降低44.7%，但-120mV时无显著差异，且Na_v
   β1共表达可完全阻断该抑制，表明调控机制具有亚型特异性。

4. Long-term video-EEG recordings reveal spontaneous absence and convulsive seizures in a Gnb1^K78R/+
   mouse model of GNB1 encephalopathy
   14天视频脑电监测首次发现Gnb1^K78R/+
   小鼠存在强直-阵挛发作，补充了该模型仅报道失神发作的表型谱。

5. Gnb1^K78R/+
   mouse somatosensory cortex layer 5 pyramidal neurons show no changes in evoked action potential firing or resting membrane properties
   皮层L5锥体神经元固有兴奋性无改变，排除了兴奋性神经元内在特性改变致痫的可能性。

6. Somatosensory cortex layer 2/3 pyramidal neurons of Gnb1^K78R/+
   mice show deficits in presynaptic GABAergic but not glutamatergic transmission
   sIPSC频率降低66.9%而sEPSC无变化，表明抑制性突触传递特异性受损是网络兴奋性增高的关键因素。

7. Acutely isolated Gnb1^K78R/+
   cortical parvalbumin-positive have reduced I_Na
   density
   PV+中间神经元钠电流密度降低30.9%，从离子通道层面解释了抑制性神经元功能缺陷的分子基础。

讨论部分指出，该研究首次阐明Gβ1γ2通过差异调控Na_v
1.1/1.6亚型影响神经元兴奋性，在GNB1-E中，Gβ1^K78R
变异可能导致游离Gβγ水平升高，通过双重机制（增强GIRK电流和抑制Na_v
电流）协同降低PV+中间神经元兴奋性，最终导致皮层抑制功能缺陷和癫痫发作。这些发现不仅完善了G蛋白调控离子通道的理论框架，还为GNB1-E的精准治疗提供了新思路，提示针对Na_v
1.1的基因治疗可能成为潜在干预策略。