mGluR1/5-Pin1-Homer1a相互作用调控觉醒维持机制的突变小鼠模型研究

本综述通过三种mGluR5基因敲入小鼠模型，揭示了Homer1a通过促进脯氨酰异构酶Pin1与代谢型谷氨酸受体（mGluR1/5）结合来维持觉醒的新机制。研究发现破坏mGluR5的Pin1结合位点会导致觉醒片段缩短（类似Homer1a敲除表型），而保留Pin1结合能力的突变则可逆转这一现象，为睡眠障碍（如发作性睡病）的靶向治疗提供了分子理论基础。

　　

引言

睡眠与觉醒的稳态调节是维持机体健康的核心生理过程。Homer蛋白家族在睡眠调控中具有进化保守性，其中活动诱导型短亚型Homer1a的缺失会导致小鼠觉醒维持能力缺陷。研究表明Homer1a通过促进脯氨酰异构酶Pin1与代谢型谷氨酸受体（mGluR1/5）的结合来放大受体活性，但该机制是否参与睡眠觉醒调控尚未明确。本研究利用三种特异性mGluR5基因敲入小鼠模型，结合脑电/肌电（EEG/EMG）记录和尖峰-平板混合分布模型分析，揭示了mGluR-Pin1-Homer1a信号通路在觉醒维持中的关键作用。

材料与方法

实验采用11-13周龄雄性小鼠，在12小时光暗周期下进行EEG/EMG监测。三种基因工程小鼠模型包括：mGluR(TS-AA)突变体（破坏Pin1结合位点）、mGluR(F-R)突变体（消除Homer结合但保留Pin1结合）以及Homer1a^-/-;mGluR(F-R)双突变体。通过Western blot检测睡眠剥夺后皮层组织中Homer1a、Pin1及mGluR5磷酸化（pS1126）水平变化。采用非参数Wilcoxon检验和标准化均值差（SMD）进行统计分析，并运用尖峰-平板模型量化睡眠微架构特征。

结果

mGluR(TS-AA)小鼠呈现与Homer1a敲除相似的觉醒缺陷表型

在黑暗期（活动相），mGluR(TS-AA)小鼠觉醒总时长较野生型减少100分钟（p=0.047），觉醒片段平均持续时间呈现下降趋势（SMD=-0.80）。尖峰-平板模型显示，该突变体由NREM睡眠触发的觉醒片段中短片段（≤40秒）比例显著增加（67% vs 45%, p=0.018），而由觉醒触发的NREM睡眠短片段比例降低（7% vs 18%, p=0.002）。经验Q-Q图进一步证实其觉醒片段分布向短时程偏移，与既往Homer1a敲除表型高度一致。

mGluR(F-R)小鼠睡眠表型与野生型无显著差异

尽管该突变体消除了Homer与mGluR5的结合，但保留Pin1结合能力的小鼠在觉醒维持、睡眠总量及片段分布参数上与野生型无统计学差异，仅表现为光期REM睡眠轻度增加（SMD=0.96）。表明Pin1-mGluR5相互作用的完整性对维持正常睡眠觉醒节律至关重要。

双突变体 rescued Homer1a敲除的觉醒缺陷

Homer1a^-/-;mGluR(F-R)双突变体表现出觉醒维持能力的恢复：由NREM触发的长觉醒片段持续时间显著延长（SMD=2.83, p=0.003），且觉醒期EEG功率谱显示θ频段（5-9 Hz）能量降低而α（11-13 Hz）和σ频段（15-18 Hz）能量增加，提示睡眠驱动力的减弱和觉醒质量的提升。

分子机制验证

睡眠剥夺后野生型小鼠皮层Homer1a蛋白水平升高（p=0.055），mGluR5总量增加（p=0.021），但Pin1表达无变化。mGluR(TS-AA)突变体在睡眠剥夺后未出现Homer1a诱导性升高。恢复睡眠期野生型mGluR5磷酸化（pS1126）水平显著下降（p=0.047），而磷酸化Erk（mGluR5激酶）未发生改变，提示睡眠状态依赖的mGluR5磷酸化调节独立于Erk通路。

讨论

本研究通过遗传学手段证实Pin1与mGluR5的结合是Homer1a依赖的觉醒维持效应的核心分子开关。mGluR(TS-AA)突变模拟了Homer1a缺失导致的觉醒片段碎片化表型，而mGluR(F-R)突变体因保留Pin1结合能力则维持正常觉醒。双突变体中Pin1的组成性激活甚至逆转了Homer1a缺失造成的缺陷，表明Pin1-mGluR5相互作用足以驱动觉醒维持。值得注意的是，mGluR(F-R)突变体光期REM睡眠增加可能与Pin1介导的多巴胺依赖性突触可塑性有关。睡眠剥夺诱导的Homer1a上调在mGluR(TS-AA)突变体中消失，提示mGluR5磷酸化状态可能通过反馈调节影响Homer1a表达。

结论

研究揭示了觉醒维持依赖Homer1a-Pin1-mGluR5信号轴的全新机制：神经元活动诱导的Homer1a通过促进Pin1与磷酸化mGluR5结合，放大受体信号并稳定觉醒网络活动。该通路为发作性睡病、日间过度嗜睡等觉醒维持障碍性疾病提供了潜在治疗靶点。未来研究需进一步探索Homer和mGluR的其他结合伴侣在睡眠觉醒调节中的作用。