综述：活动依赖性剪接：大脑蛋白质组重塑的游戏规则改变者

本综述系统探讨了活动依赖性剪接（activity-dependent splicing）如何通过调控蛋白质异构体生成、RNA稳定性及亚细胞定位等机制，精确指导神经元蛋白质组重塑。作者强调其在突触可塑性、神经环路功能及认知过程中的核心作用，并指出该领域在细胞类型特异性、刺激特异性及体内功能验证方面的未来挑战。

　　

活动依赖性剪接对蛋白质组时空控制的贡献

自20世纪90年代首次证据出现以来，研究已证实活动依赖性剪接靶向大量编码神经元关键功能蛋白的转录本，包括离子通道、神经递质受体、突触粘附分子及支架蛋白等。遗传学研究表明，特定活动调控外显子的缺失会导致突触传递和认知功能缺陷，印证了该机制对大脑功能的重要性。近期研究进一步揭示，活动依赖性剪接是一个广泛的调控程序，涉及数百个基因。

其独特优势在于能从多尺度调控蛋白质组：不仅指导不同蛋白质异构体的生成，还能通过调控RNA稳定性、定位及翻译效率，精确控制蛋白质的丰度、亚细胞分布和功能特性。

活动依赖性剪接促进蛋白质组多样化

活动依赖性剪接主要通过产生不同编码的mRNA异构体来增加激活神经元中蛋白质的多样性。这些异构体具有显著不同的功能特性，如离子电导差异、细胞内运输能力改变、与胞外配体亲和力调整以及与结合伙伴的相互作用调控。

微外显子（microexons）的调控是近年来的研究热点。这类长度在3至27核苷酸的小外显子在脑中高度富集，且受到神经元活动的显著调控。绝大多数微外显子保持阅读框，编码本质上无序的蛋白结构域，这些结构域能够调控蛋白质的相互作用网络。鉴于微外显子多靶向编码突触蛋白的基因，其活动依赖性调控可能在突触可塑性和结构重塑中扮演关键角色。这一机制在自闭症谱系障碍（ASD）患者脑中常出现异常，提示其与神经发育疾病密切相关。

此外，活动依赖性剪接还可能通过调控生物分子凝聚体（biomolecular condensates）影响细胞功能。例如，突触后粘附分子latrophilin 3的活动依赖性异构体表现出与相分离的突触后支架蛋白凝聚体增强的结合能力，从而可能驱动突触的结构可塑性。

活动依赖性剪接控制蛋白质丰度

除增加多样性外，该机制还通过调控编码与非编码RNA异构体的平衡来控制蛋白质丰度。具体方式包括与无义介导的降解（NMD）耦合、调控胞质输出及3′UTR的选择。

神经元活动可调控隐性外显子（cryptic exons）的包含，这些外显子带有提前终止密码子，能触发NMD途径，从而缓冲编码RNA异构体的水平。

近期研究发现，内含子滞留（intron retention）是调控亚细胞RNA定位的重要机制。在静息状态下，大量保留内含子的转录本被限制在核内，无法接触翻译机器；而神经元活动激活后，这些转录本完成剪接并被输出至胞质进行蛋白合成。在果蝇中，该机制调控了记忆相关蛋白ORB2A（人类CPEBs的同源蛋白）的产生，永久阻断其活动依赖性剪接会导致记忆表现受损。

活动依赖性剪接还可能通过调控多聚腺苷酸化位点选择影响3′UTR的组成，进而影响mRNA的稳定性和翻译效率，例如在脑源性神经营养因子（BDNF）的调控中已观察到类似机制。

活动依赖性剪接调控蛋白质定位

该机制可通过两种方式影响蛋白定位：一是调控含特定亚细胞定位信号域的蛋白质异构体的表达；二是直接影响转录本本身的定位，从而改变蛋白质合成位点。

例如，Rbfox1的活动依赖性异构体包含核定位信号，促使蛋白进入细胞核。同时，神经元活动促进多种转录本向树突和轴突的定位，特定剪接异构体在神经突中的分布可能进一步调节局部蛋白质合成。

活动依赖性剪接实现长效蛋白质组重塑

活动依赖性剪接不仅靶向突触相关基因，还调控编码基因表达通路中多种因子（如翻译因子、剪接因子、转录因子和染色质修饰因子）的转录本，从而可能引发新一轮基因表达浪潮，支持长期可塑性变化。

例如，活动依赖性剪接调控翻译起始因子EIF4G1/EIF4G3和翻译调节因子CPEB4中的微外显子，影响其与细胞质颗粒的凝聚及核糖体停滞，显著改变翻译结局。剪接因子（如Rbfox1）的活动依赖性异构体可能进入细胞核调控下游剪接事件，而激酶CLK1/CLK4的活动依赖性表达则可能通过磷酸化SR蛋白（serine/arginine-rich proteins）深刻改变神经元的剪接模式。

此外，染色质修饰因子的活动依赖性剪接可能介导表观遗传标记的沉积，导致转录组和蛋白质组的长期改变。环状RNA（circRNA）在神经元活动后水平上升，提示反向剪接反应可能受到调控，这些非编码RNA可能通过吸附miRNA或RNA结合蛋白发挥基因调控功能。

尽管上述机制预示活动依赖性剪接可能支持认知功能所需的长期改变，但多数研究仍基于细胞模型，其体内生理功能及因果关联尚待深入验证。

环境依赖的活动依赖性剪接

剪接调控具有高度动态性和背景依赖性。剪接体通过多步骤组装于pre-mRNA上，为数百种剪接因子提供调控节点，从而实现跨组织、细胞类型和环境刺激的特异性剪接程序。

在脑中，细胞类型特异性剪接在静息状态下已十分显著，主要靶向调控突触相互作用和神经元架构的转录本。许多在静息状态下调控细胞类型特异性剪接的因子（如NOVA、RBFOX1）也参与活动依赖性剪接的调控，提示它们可能介导细胞类型特异性的活动响应。

例如，神经素1（Nrxn1）的剪接模式在不同脑区神经元中对刺激的响应截然不同：在小脑颗粒细胞中，去极化促进其AS4外显子的跳过；而在皮质神经元中，同一刺激却促进该外显子的包含。这种细胞类型特异的调控可能贡献于不同神经元可塑性事件的异质性。

刺激特异性也得到部分研究支持。例如，Ania-6转录本的剪接受谷氨酸、多巴胺和KCl的差异调控，这些刺激通过激活不同信号通路实现调控。近期关于内含子滞留的研究发现，神经元兴奋度升高和BDNF处理诱导截然不同的剪接程序，其特异性源于不同信号通路对SR蛋白磷酸化的差异激活。

结论与展望

活动依赖性剪接是驱动蛋白质组重塑的强大机制，其高度精确的调控潜力有助于在特定细胞类型和刺激背景下指导功能性可塑性。此外，它可能通过调控基因表达通路中的关键因子引发长效改变，从而支持认知功能。

当前研究主要基于细胞模型和药理学刺激，未来需重点探索在感觉和认知体验下的体内剪接变化。单细胞/nuclei长读长测序及机器学习技术将助力系统解析不同条件下的剪接图谱和调控元件。

功能验证是领域的核心挑战。由于多数活动依赖性基因或异构体在静息状态下也有表达，难以单独操纵其活动依赖性成分。现有证据表明，永久删除活动增强型剪接异构体或其调控因子会导致神经环路整合、突触可塑性和记忆形成缺陷。开发针对活动依赖性剪接的特异性工具将最终揭示其全部生理意义。