Necl-4/CADM4通过ErbB4激活调控抑制性神经元GABA能突触强度并预防神经元损伤

本研究揭示了细胞黏附分子Necl-4/CADM4在GABA能抑制性神经元中的关键作用。研究人员通过基因敲除模型发现，Necl-4缺失会导致海马区神经元丢失和突触退化，其机制是通过ErbB4激活上调I→I突触的GABAA受体，破坏E/I平衡，最终引发兴奋性毒性介导的神经元死亡。该研究为神经退行性疾病的发病机制提供了新见解。

　　

在复杂的大脑神经网络中，兴奋性和抑制性神经元通过突触连接形成精密的平衡系统。这种兴奋/抑制平衡(E/I balance)对大脑发育和功能至关重要，其失调与多种神经系统疾病密切相关，包括精神分裂症、自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病(AD)。然而，在四种主要突触类型中，抑制性神经元上GABA能突触(I→I synapses)的调控机制最为模糊，这成为理解神经环路功能调控的关键瓶颈。

神户大学研究生院医学系精神病学教研室的研究人员在《Molecular Neurobiology》发表的重要研究中，首次揭示了细胞黏附分子Necl-4/CADM4在调控I→I突触功能中的核心作用。研究发现，Necl-4特异性表达于GABA能抑制性神经元，并通过与受体酪氨酸激酶ErbB4的相互作用，调控GABA_A受体在I→I突触的分布和功能，从而维持神经网络的稳态平衡。

研究人员采用了多种关键技术方法：通过CRISPR/Cas9技术构建Necl-4基因敲除小鼠模型；运用超分辨率结构光照明显微镜(SIM)进行突触超微结构观察；采用全细胞膜片钳技术记录微小抑制性突触后电流(mIPSCs)；通过免疫共沉淀验证Necl-4与ErbB4的相互作用；使用免疫荧光定量分析突触标志物的表达变化。

研究结果部分包含以下重要发现：

1. Necl-4在抑制性神经元中的特异性表达与定位
   通过免疫荧光染色和SIM观察发现，Necl-4主要定位于培养海马神经元和小鼠海马中抑制性神经元的I→I突触。定量分析显示，Necl-4在抑制性神经元胞体的信号强度显著高于兴奋性神经元，且主要分布在树突而非轴突上。特别值得注意的是，Necl-4阳性 puncta与VGAT(囊泡GABA转运体)和gephyrin(突触后支架蛋白)标记的I→I突触高度共定位。

2. Necl-4缺失导致神经元丢失和突触退化
   Necl-4敲除小鼠海马区出现显著的神经元丢失，包括CA1区锥体细胞和齿状回颗粒细胞。免疫组化分析显示，VGAT阳性抑制性突触明显减少，而EAAT1/2(兴奋性氨基酸转运体)和GAT-3(GABA转运体)标记的星形胶质细胞突触周膜结构域也显著缩小。这些变化伴随着PV(小清蛋白)和calretinin阳性抑制性神经元数量的减少。

3. 体外培养模型中突触变化的时序特征
   在培养的Necl-4敲除海马神经元中，突触异常呈现明显的时序特征：14天时I→I突触密度增加，gephyrin和VGAT信号增强；21天时E→I突触密度降低；28天时神经元死亡显著增加。电生理记录显示，Necl-4缺失导致I→I突触的mIPSCs幅度累积概率增加，反映突触后GABA_A受体反应增强。

4. Necl-4通过ErbB4调控GABA_A受体
   免疫共沉淀证实Necl-4与ErbB4存在直接相互作用。在T47D细胞中，Necl-4过表达抑制了NRG1(神经调节蛋白1)诱导的ErbB4酪氨酸1284位点磷酸化。使用ErbB抑制剂afatinib处理可逆转Necl-4敲除导致的GABA_A受体α1亚基上调和I→I突触密度增加。

5. E/I平衡失调导致神经元过度兴奋
   膜片钳记录发现，Necl-4敲除神经元中部分兴奋性和抑制性神经元出现高频自发放电。药理学实验证实，NMDA受体拮抗剂MK-801能显著减轻神经元死亡，表明兴奋性毒性是神经元损伤的关键机制。

这项研究首次阐明了Necl-4在抑制性神经元突触功能调控中的关键作用，揭示了其通过ErbB4信号通路调控GABA_A受体表达和分布的分子机制。研究发现具有多重重要意义：首先，为理解I→I突触在神经网络调控中的作用提供了新视角；其次，揭示了E/I平衡失调导致神经元退化的具体通路；最后，为开发针对神经退行性疾病和精神障碍的新治疗策略提供了潜在靶点。特别值得注意的是，该研究将细胞黏附分子、受体酪氨酸激酶和神经递质受体这三个关键分子系统联系起来，为理解突触可塑性和神经环路调控的分子基础做出了重要贡献。