自闭症相关蛋白SH3RF2/CaMKII/PPP1CC复合体调控小鼠纹状体不对称性的分子机制

研究人员针对大脑半球功能不对称性的分子机制及其与自闭症谱系障碍(ASD)的关联这一科学难题，通过整合蛋白质组学、磷酸化修饰组学和神经电生理技术，揭示了SH3RF2/CaMKII/PPP1CC复合体通过调控GluR1-Ser831磷酸化维持纹状体DRD1-MSNs功能不对称性的新机制。该研究首次阐明了哺乳动物脑功能偏侧化的分子基础，为ASD的病理机制提供了全新视角，相关成果发表于《Cell Research》。

　　

大脑左右半球的功能不对称现象自19世纪Broca发现语言中枢偏侧化以来便备受关注，这种"神经功能分工"机制在高级认知功能中至关重要。然而，这种精密分工的分子基础始终是未解之谜，尤其当这种不对称性被破坏时，往往伴随自闭症谱系障碍(ASD)等神经精神疾病。纹状体作为基底神经节的核心枢纽，既是运动调控的关键节点，也是ASD病理变化的常见靶区。既往研究发现ASD患者纹状体体积不对称性显著减弱，但背后的分子机制如同"黑箱"，阻碍了疾病治疗靶点的开发。

为揭开这一谜团，中国科学院遗传与发育生物学研究所徐志恒团队将多组学技术与神经生物学方法相结合。研究者首先通过高精度磷酸化蛋白质组学绘制了小鼠双侧纹状体的"磷酸化图谱"，发现左侧纹状体存在更活跃的磷酸化修饰，尤其涉及CaMK2B-Thr²⁸⁷等自闭症相关蛋白。进一步研究锁定了一个由SH3RF2（一种ASD风险基因编码蛋白）与CaMKII（钙调蛋白依赖性激酶II）、PPP1CC（蛋白磷酸酶1γ亚基）组成的全新复合体。这个复合体如同"分子开关"，通过调控CaMKII的自磷酸化状态（Thr^286/287）来决定AMPAR（α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体）亚基GluR1-Ser⁸³¹的磷酸化水平，从而控制受体在突触后膜的定位。

关键技术包括：1）双侧纹状体组织的蛋白质组/磷酸化组测序；2）SH3RF2-3x flag基因敲入小鼠的构建与互作蛋白质谱鉴定；3）DRD1/DRD2-MSNs（中棘神经元）的稀疏标记与三维形态重建；4）脑片膜片钳记录AMPAR/NMDAR电流比值；5）化学遗传学（DREADD）调控神经元活性。

Asymmetry of protein phosphorylation across the bilateral striatum

通过比较双侧纹状体5942种蛋白和21,630个磷酸化位点，发现左侧纹状体存在688个高磷酸化位点（如CaMK2B-Thr²⁸⁷），右侧则高表达PPP1CC。这种"左激酶右磷酸酶"的分布模式提示双侧纹状体存在不同的磷酸化调控微环境。

SH3RF2 is involved in postsynaptic signaling of striatal MSNs

LacZ报告基因显示SH3RF2特异性表达于纹状体DRD1/DRD2-MSNs（占比90.8%）。质谱鉴定出222个互作蛋白，其中24.3%是ASD风险基因产物，主要参与多巴胺能突触通路。

Sh3rf2 deletion disrupts asymmetric phosphorylation of CaMKII

SH3RF2缺失使CaMKII-PPP1CC复合体减少80%，导致双侧CaMKII-Thr^286/287磷酸化对称化，破坏天然偏侧化模式。

Sh3rf2 deletion abolishes the asymmetric expression of GluR1 in the PSD

野生型小鼠右侧纹状体PSD-GluR1含量更高，而SH3RF2缺失小鼠左侧GluR1-Ser⁸³¹磷酸化异常升高，使双侧AMPAR分布对称化。

Sh3rf2 deletion disrupts the rightward lateralization of striatal DRD1-MSNs

DRD1-MSNs在野生型中呈现右侧优势的树突复杂性，而SH3RF2缺失使左侧DRD1-MSNs获得"右侧特征"：树突复杂度增加、AMPAR/NMDAR电流比升高、AMPAR整流指数增大（提示GluR2缺失型AMPAR增多）。

Elevated activity in the left striatum of DRD1-MSNs contributes to autism-like behavior

化学遗传学抑制左侧背内侧纹状体DRD1-MSNs活性，可显著改善SH3RF2缺失小鼠的重复理毛行为（减少32.7%）和社交缺陷，证实异常神经活动与ASD表型的因果关系。

这项研究首次描绘了哺乳动物脑功能偏侧化的分子蓝图，阐明SH3RF2通过搭建CaMKII/PP1"去磷酸化平台"维持纹状体神经环路的精密分工。当该机制失调时，双侧DRD1-MSNs失去功能特异性，导致"神经信号混线"引发ASD核心症状。这不仅为理解ASD的神经基础提供了新范式，更提示靶向神经偏侧化调控网络可能成为精神疾病治疗的新策略。研究揭示的"磷酸化梯度决定神经功能分工"原理，或可推广至其他脑区不对称性研究，为探索意识、语言等高级认知功能的物质基础开辟了新途径。