神经元-胶质细胞信号传导驱动关键期经验依赖性突触修剪的分子机制解析

本研究针对果蝇嗅觉关键期中神经元如何通过磷脂酰丝氨酸(PS)-Draper/MEGF10信号通路和胰岛素受体(InR)通路指导胶质细胞对特定突触小球进行精准修剪这一科学问题，通过遗传学手段系统解析了神经元-胶质细胞间的级联信号机制。研究发现关键期气味经验通过激活神经元Subdued转运酶促使PS外翻，与胶质细胞Draper受体结合触发吞噬；同时神经元释放胰岛素样肽激活胶质细胞InR信号促进突触浸润。该研究为神经发育障碍中突触修剪异常提供了新的分子靶点。

　　

在神经发育过程中，关键期(critical period)是大脑神经网络优化连接的重要窗口期。就像儿童语言学习存在黄金时期一样，这个短暂的时间段内，神经回路会根据外界刺激进行大规模重塑。然而，科学家们长期困惑的是：特定的神经元如何精确地告诉胶质细胞"修剪哪些突触"？这个问题的解答对理解自闭症等神经发育疾病中的突触异常至关重要。

范德堡大学医学中心(Vanderbilt University and Medical Center)的Nichalas Nelson和Kendal Broadie研究团队以果蝇嗅觉回路为模型，发现神经元通过双重信号机制指导胶质细胞进行突触修剪。相关成果发表在《Scientific Reports》上。研究人员采用遗传操作结合活体成像技术，通过Or42a嗅觉神经元特异性标记、胶质细胞特异性基因敲除、磷脂酰丝氨酸可视化报告系统(LaetC1C2::GFP)和三维突触体积量化等方法，系统解析了关键期经验依赖的突触修剪机制。

【Experience drives temporally-restricted pruning with dose-dependent PS externalization】

研究发现，关键期(0-1天羽化后)的乙基丁酸酯(EB)气味刺激会特异性触发VM7突触小球中磷脂酰丝氨酸(PS)的外翻，且呈现剂量依赖性。使用膜相关pH传感器(MApHS)证实这种修剪具有严格的时间特异性，仅在关键期内可逆。

【Phosphatidylserine synthesis is essential for experience-dependent synapse pruning】

通过PS合成酶(PSS)突变体和神经元特异性RNAi干扰实验证实，神经元PS的产生是突触修剪的必要条件。pss突变体中，即使25%EB刺激也只能引起轻微修剪(体积减少22.6%，而野生型达88.4%)。

【PS synthase and Draper receptor functions interact in critical period synaptic pruning】

创新性采用非等位基因非互补分析发现，pss与draper双杂合突变完全阻断修剪，证明神经元PS与胶质细胞Draper/MEGF10受体间存在功能耦合。这为"eat-me"信号通路提供了直接遗传学证据。

【Neuronal scramblase mediates and limits experience-dependent synapse pruning】

发现神经元Subdued转运酶是PS外翻的关键执行者，其RNAi可抑制65%的修剪。而过表达哺乳动物同源物TMEM16F能使15%EB引起的修剪从31.9%增强到80.4%，表明PS外翻是修剪的限速步骤。

【Glial insulin receptors drive experience-dependent glomerulus infiltration】

胶质细胞胰岛素受体(InR)信号被证明是突触小球浸润的必要条件。InR RNAi完全阻断胶质细胞突触浸润，而组成型活性InR(InR-CA)可使修剪程度提高3.3倍。

这项研究首次完整描绘了关键期突触修剪的双通路机制：神经元通过PS-Draper的接触依赖性信号和胰岛素样肽-InR的远程信号，协同指导胶质细胞完成精准突触清除。这不仅解释了神经回路可塑性的分子基础，为神经发育疾病提供了新的治疗靶点（如MEGF10相关癫痫），还开创性地将代谢调节(InR)与经典吞噬通路(Draper)联系起来。该发现对理解哺乳动物视觉系统关键期等保守机制具有重要启示，为神经精神疾病的干预时间窗确定提供了理论依据。