突触结合蛋白-1作为Zn2+主要传感器介导病理条件下神经递质自发释放的分子机制

本研究揭示了突触结合蛋白-1(Syt1)在病理条件下通过感知Zn2+浓度变化调控神经递质自发释放的全新机制。研究人员发现Zn2+通过结合Syt1的C2A-C2B结构域界面，增强其与阴离子膜的结合能力，促进突触小泡停泊和自发融合，为癫痫、脑缺血等Zn2+异常积累相关神经系统疾病提供了潜在治疗靶点。该成果发表于《Nature Communications》，为理解病理状态下异常神经传递提供了重要理论依据。

　　

在神经系统中，突触小泡与质膜的精准融合是神经递质释放的核心过程。突触结合蛋白-1(Synaptotagmin-1, Syt1)作为关键的钙离子(Ca²⁺)传感器，在生理条件下通过其C2结构域介导Ca²⁺依赖的同步神经递质释放。然而，在癫痫发作、脑缺血等病理状态下，神经元内锌离子(Zn²⁺)浓度异常升高可达亚微摩尔水平，这种变化与异常神经传递密切相关，但具体分子机制长期不明。

四川大学华西医院国家老年病临床研究中心的研究团队通过电生理记录、单囊泡融合实验和荧光成像等技术，系统研究了Zn²⁺对神经递质释放的调控机制。研究发现Zn²⁺能特异性结合Syt1的C2A-C2B结构域界面（亲和力达259.78±36.14 nM），形成与Ca²⁺完全不同的调控模式。这种结合显著增强Syt1与含磷脂酰丝氨酸(PS)和磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP₂)的阴离子膜结合能力，促进突触小泡在活性区的停泊，最终导致自发释放频率增加。

关键技术方法

研究采用海马神经元培养和条件性基因敲除技术建立Syt1缺陷模型，通过膜片钳记录Zn²⁺对微型兴奋性突触后电流(mEPSC)的影响；构建含神经元SNARE蛋白和Syt1的重组脂质体系统，利用单囊泡内容物混合实验和脂质混合实验定量分析融合效率；采用共沉降实验和荧光锌指示剂FluoZinTM-1测定Syt1与Zn²⁺的结合特性；通过全内反射荧光显微镜(TIRF)实时观察突触小泡停泊动力学。

主要研究结果

Zn²⁺促进培养神经元mEPSC

电生理记录显示，50-200 μM Zn²⁺使海马神经元mEPSC频率增加2-3倍，但不影响振幅。Syt1条件性敲除神经元中，Zn²⁺的促释放效应完全消失，证实Syt1是Zn²⁺作用的主要靶点。

Zn²⁺在重组系统中促进囊泡融合

单囊泡实验表明，Zn²⁺可使含Syt1的囊泡融合概率提高3倍，而Mg²⁺、Sr²⁺无此效应。Ca²⁺结合位点突变体(Syt1_C2AB)仍保留Zn²⁺响应性，提示二者作用机制独立。

Zn²⁺结合C2A-C2B界面

荧光结合实验发现Zn²⁺仅与完整C2AB结构域结合。突变预测结合位点(D261A/E386A/H389A)使亲和力降低25倍，证实该界面为特异性Zn²⁺结合口袋。

Zn²⁺增强Syt1膜结合能力

含15% DOPS的脂质体共沉淀实验显示，100 μM Zn²⁺使Syt1膜结合增加3倍。添加1% PIP₂后效应更显著，而Zn²⁺结合位点突变体(C2AB_3M)丧失该功能。

Zn²⁺/Syt1促进小泡停泊

TIRF成像显示200 μM Zn²⁺使突触小泡停泊数量增加2倍。单囊泡停泊实验证实该过程依赖Syt1-Zn²⁺相互作用，而SNARE结合界面突变体(Syt1_QM)仍保留Zn²⁺响应性。

这项研究首次阐明Syt1作为Zn²⁺传感器在病理条件下调控神经传递的新机制。在Zn²⁺异常积累的癫痫、脑缺血等疾病中，Syt1通过"分子开关"式的构象变化，从抑制自发释放的"刹车"转变为促进融合的"油门"。该发现不仅拓展了对Syt1多功能性的认识，还为开发靶向Zn²⁺-Syt1互作的新型神经保护剂提供了理论依据。研究提出的"双离子调控"模型（生理Ca²⁺与病理Zn²⁺通过不同位点激活Syt1）为理解神经递质释放的精密调控提供了全新视角。