氨基酸转运体NTT4（SLC6A17）介导的谷氨酰胺转运维持中枢神经系统兴奋性突触前谷氨酸供应的机制研究

本研究揭示了神经递质转运体4（NTT4/SLC6A17）作为突触前谷氨酰胺转运体的关键作用，通过构建NTT4基因敲除小鼠模型，结合13 C代谢示踪、电生理记录和行为学分析，证实NTT4通过谷氨酸-谷氨酰胺循环维持高频神经活动中的谷氨酸供给，为理解兴奋性神经传递的代谢调控机制提供了新视角。

　　

在神经科学领域，谷氨酸作为中枢神经系统最主要的兴奋性神经递质，其突触前供给的维持机制一直是研究热点。经典的谷氨酸-谷氨酰胺循环理论认为，突触释放的谷氨酸被星形胶质细胞摄取后转化为谷氨酰胺，再转运回突触前终末重新合成谷氨酸。然而，这一循环中负责突触前谷氨酰胺摄取的关键转运体身份长期未知，成为制约该领域发展的瓶颈问题。

澳大利亚国立大学的研究团队在《Progress in Neurobiology》发表的重要研究，首次鉴定出神经递质转运体4（Neurotransmitter Transporter 4, NTT4，由SLC6A17基因编码）是介导这一过程的关键分子。研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建NTT4基因敲除小鼠，综合运用¹³
C核磁共振波谱（NMR）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）进行代谢示踪，结合海马脑片电生理记录和系列行为学实验，系统揭示了NTT4在维持神经递质稳态中的核心作用。

关键技术包括：1）通过¹³
C标记的葡萄糖和乙酸盐示踪谷氨酸代谢通量；2）突触体氨基酸摄取实验；3） mossy fiber-CA3突触的突触前膜片钳记录；4）高频刺激（HFS）诱导的突触可塑性分析；5）痕迹恐惧条件反射等行为学范式。

【NTT4 KO小鼠缺乏功能性NTT4蛋白】
Western blot和免疫荧光证实敲除小鼠完全缺失NTT4蛋白，突触体摄取实验显示谷氨酰胺、亮氨酸和脯氨酸的转运效率显著降低，其中谷氨酰胺摄取减少20.8%，证明NTT4是突触前氨基酸转运的重要载体。

【NTT4 KO小鼠的谷氨酸-谷氨酰胺通量中断】
¹³
C示踪显示敲除小鼠皮层中葡萄糖衍生的C4谷氨酸减少18%，海马区单标记谷氨酸降低17.4%，而星形胶质细胞特异的双标记（C4,5）谷氨酸无变化，表明神经元谷氨酸合成受损。谷氨酰胺总量在皮层和海马分别降低22.2%和21%，证实NTT4缺失破坏谷氨酰胺循环。

【NTT4介导突触前终末的谷氨酰胺转运】
直接记录mossy fiber突触前终末的转运电流，发现野生型存在2.4 pA的谷氨酰胺诱导电流，而敲除小鼠该电流完全消失。亮氨酸竞争性抑制实验证明NTT4特异性介导该转运过程。

【NTT4维持高频突触传递】
在20分钟高频刺激（HFS，2 Hz）下，敲除小鼠CA3区NMDA受体介导的兴奋性突触后电流（EPSC）振幅下降58.3%，野生型仅降低17.6%。CA1区场电位（fEPSP）也呈现类似衰减，而谷氨酰胺t-丁酯预处理可逆转该缺陷，证实谷氨酰胺供给不足是根本原因。

【突触小泡谷氨酸含量减少】
高频刺激后，敲除小鼠的微型兴奋性突触后电流（mEPSC）振幅降低17.2%，Kolmogorov-Smirnov检验证实其分布显著左移（p<0.0001），表明突触小泡谷氨酸装载量减少。

【行为学表型揭示认知与情绪障碍】
40秒痕迹恐惧条件反射测试中，敲除小鼠的冻结指数降低44.6%（p<0.05），显示长时程记忆受损。开放场实验显示焦虑样行为增加（趋触性79.9% vs 野生型56.2%），社会偏好测试中社交互动时间减少20.8%，筑巢能力评分从3.4降至0.9，提示广泛的行为障碍。

该研究首次确立NTT4是谷氨酸-谷氨酰胺循环中突触前谷氨酰胺转运的关键分子，其通过维持高频神经活动期间的谷氨酸供给，保障正常的突触可塑性和认知功能。这一发现不仅解决了长期悬而未决的神经递质回收机制问题，为理解焦虑、社交障碍等神经精神疾病的病理机制提供了新视角，更为靶向代谢通路的干预策略开发奠定了理论基础。研究揭示的"突触前代谢检查点"机制，可能成为治疗癫痫、神经退行性疾病等突触功能紊乱的新靶标。