阿尔茨海默病风险基因BIN1调控抑制性突触囊泡循环的机制及抗癫痫药物干预研究

本研究针对阿尔茨海默病(AD)关键风险基因BIN1的突触功能机制展开探索。葡萄牙NOVA医学院团队通过高分辨率成像和活细胞钙信号分析，首次揭示BIN1通过调控抑制性突触(GABA能)囊泡循环维持神经元稳态，其功能缺失导致突触丢失和神经元过度兴奋。研究发现抗癫痫药物左乙拉西坦可逆转BIN1缺失引发的病理表型，为AD早期干预提供了新靶点。

　　

在探索阿尔茨海默病(AD)发病机制的过程中，科学家们发现突触功能障碍是认知衰退的核心特征。有趣的是，在疾病早期阶段，患者大脑常出现神经元异常兴奋甚至癫痫发作，这种现象与抑制性神经环路受损密切相关。然而，作为AD第二大风险基因的BIN1（桥接整合因子1），其具体如何影响突触功能仍存在重大知识空白。

葡萄牙NOVA医学院iNOVA4Health研究中心的Mariana A. Barata团队在《Cell Reports》发表的重要研究，首次揭示了BIN1在抑制性突触中的关键作用机制。研究人员通过多尺度实验体系发现，BIN1通过调控GABA能突触的囊泡外排-内吞循环维持神经环路平衡，其功能缺陷会导致抑制性突触丢失并引发神经元超兴奋性——这可能是AD患者早期出现癫痫样活动的重要机制。更引人注目的是，常用抗癫痫药物左乙拉西坦(LEV)能够有效逆转这些病理改变，为临床干预提供了新思路。

研究主要采用了几项关键技术：①高分辨率共聚焦和超分辨成像分析BIN1的突触定位；②pH敏感荧光蛋白(vGAT-pHluorin/vGLUT1-pHluorin)实时监测突触囊泡循环动力学；③钙离子荧光探针(Fura Red)检测神经元兴奋性；④AD相关BIN1突变体(Pro318Leu/Lys358Arg)的功能挽救实验；⑤FM4-64FX标记的活性突触可视化技术。

Bin1主要定位于抑制性突触前终末
通过系统分析培养神经元和小鼠脑组织，研究发现BIN1在vGAT阳性的GABA能突触中富集程度是vGLUT1阳性兴奋性突触的2倍。超分辨成像捕捉到BIN1与正在从内体出芽的突触小泡共定位，提示其参与囊泡再生过程。

Bin1缺失特异性减少抑制性突触
基因敲除实验显示，BIN1缺失使vGAT阳性突触密度降低17-45%，但几乎不影响兴奋性突触。这种效应独立于β淀粉样蛋白(Aβ₄₂)生成，因为BACE1和γ-分泌酶抑制剂未能挽救表型。

AD相关BIN1突变体丧失功能
两种AD相关突变体(Bin1^PL/Bin1^KR)无法恢复敲除导致的突触缺失，其中Lys358Arg突变还损害BIN1向GABA能突触的定位，证实这些变异具有致病性。

Bin1双向调控突触囊泡循环
活细胞成像揭示BIN1在抑制性突触中同时负向调控囊泡外排和内吞：敲除后vGAT囊泡释放增加146%，内吞速度加快23%。而在兴奋性突触中，BIN1仅正向调节囊泡释放。这种差异可能与抑制性突触内体(Rab5阳性)的大小改变有关。

神经元超兴奋性与药物干预
钙成像显示BIN1缺失使自发钙瞬变频率增加133%，伴随谷氨酸释放增加。靶向突触前蛋白SV2A的抗癫痫药LEV不仅能恢复vGAT突触密度，还能使异常钙信号降低23%。

这项研究确立了BIN1作为抑制性突触稳态调控核心分子的地位，阐明了AD遗传风险因素导致神经网络失调的新机制。特别值得注意的是，BIN1功能缺陷引发的抑制性突触丢失独立于Aβ病理，这解释了为何部分AD患者在淀粉样斑块形成前就出现癫痫发作。研究发现LEV的治疗潜力为携带BIN1风险变异的个体提供了精准干预方向，也为理解突触可塑性调控提供了新视角。未来研究可进一步探索BIN1如何差异性地调控兴奋/抑制性突触的囊泡循环，以及其与其它AD风险基因的协同作用机制。