诱导长时程增强改善ALS运动神经元突触稳定性并恢复网络功能

本研究针对肌萎缩侧索硬化（ALS）患者来源的运动神经元网络，通过四乙铵（TEA）阻断钾通道诱导化学性长时程增强（cLTP），发现其可稳定树突棘、减少异常分支、暂时降低放电频率和簇状放电，并上调突触组织相关通路，部分恢复网络功能与分子稳态，为靶向突触可塑性治疗ALS提供了新见解。

　　

肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）是一种致命的神经退行性疾病，以上下运动神经元进行性功能障碍和退变为主要特征。随着研究的深入，越来越多的证据表明，在ALS患者和实验模型中存在突触结构的改变，这些改变与运动神经元网络的功能受损密切相关，提示突触损伤可能是疾病级联反应中的早期事件，最终导致功能代偿性重构。因此，突触成为延缓疾病进展的重要修饰靶点。尽管对神经退行性疾病的病理生理机制有了更深入的理解，但将相关发现转化为成功治疗成果的努力仍然面临重大挑战，迫切需要更好地理解神经退行性病变早期细胞和网络反应的机制。

在此背景下，研究人员在《Neurobiology of Aging》上发表了一项研究，旨在通过增强突触强度和稳定性来恢复ALS患者来源的运动神经元网络的平衡。他们利用四乙铵（Tetraethylammonium, TEA）阻断钾通道，诱导化学性长时程增强（chemical long-term potentiation, cLTP），从而探究其对网络结构和功能的影响。

研究主要采用了以下关键技术方法：使用携带C9orf72突变的ALS患者和健康对照者的诱导多能干细胞（iPSC）分化为运动神经元，并在微电极阵列（MEA）上培养形成神经网络；通过免疫细胞化学技术分析神经元标志物（如ISL1、HB9、ChAT）和突触结构蛋白（如drebrin、MAP2）；利用高通量显微镜和图像处理软件量化神经突长度、密度、分支和树突棘密度；通过长期电生理记录分析网络放电活动、簇状放电和功能连接性；采用蛋白质组学技术（液相色谱-串联质谱, LC-MS/MS）分析突触体蛋白质表达，并进行生物信息学分析（如KEGG、GO、SynGO富集分析）。

减少的结构网络异常和树突棘稳定表明钾通道阻断后出现突触增强

免疫细胞化学分析显示，未经处理的ALS网络相比健康对照组，神经突密度更高、平均长度更短、分支更多，且树突棘密度随时间下降。而TEA处理的ALS网络在这些结构异常上部分恢复，树突棘密度保持稳定，表明钾通道阻断通过突触增强促进了结构稳定。

ALS运动神经元中改变的网络活动通过阻断钾通道得以缓解

长期电生理记录发现，未经处理的ALS网络放电频率、簇状放电比例和网络簇状放电比例均高于健康对照。TEA处理后在应用期间及随后几天内，这些活动指标暂时降低至接近对照组水平，但后期逐渐恢复至ALS网络水平，表明干预效果短暂且可能受到稳态可塑性调节。

ALS网络中连接性增加

功能连接分析显示，ALS网络具有更高的平均度和聚类系数，但介数中心性低于健康对照，表明其自我组织成连接更紧密但信息流控制较差的亚优化网络。TEA处理暂时改变了部分指标，但未长期改变网络效率。

阻断钾通道导致突触可塑性相关蛋白上调

蛋白质组学分析发现，TEA处理的ALS网络突触体中，与细胞骨架组织、突触信号传递和神经元结构相关的蛋白上调，而与DNA、RNA和代谢过程相关的蛋白下调。SynGO分析进一步证实，上调蛋白富集于突触组织、成熟和突触小泡循环等过程，表明干预促进了突触功能的重塑和代谢负担的减轻。

研究结论表明，通过TEA阻断钾通道可诱导cLTP，增强突触强度，部分恢复ALS网络的结构和功能异常。具体表现为树突棘稳定、异常分支减少、放电活动暂时正常化，以及突触组织相关通路的上调。这些发现强调了突触功能障碍在ALS早期的重要性，并展示了靶向神经元兴奋性和可塑性以促进网络平衡的治疗潜力。尽管干预效果短暂，但研究突显了利用内在可塑性机制对抗神经退行性疾病的策略价值，为开发早期干预措施提供了理论基础。未来研究需扩展至更多患者细胞系和散发病例，并结合多靶点治疗策略（如线粒体功能、神经炎症等），以实现长期疗效。