小鼠海马中兴奋性与抑制性长期共可塑性具有不同的蛋白质合成需求

《Neuropharmacology》：Distinct protein synthesis requirements for coupled excitatory and inhibitory long-term co-plasticity in mouse hippocampus

摘要• 异突触SST-PC型iLTP仅在成年小鼠中出现• 兴奋性LTP是诱导iLTP的必要条件，但不决定其幅度• 浴槽加六氯环己烯可减弱LTP，并将共存表达的iLTP转变为iLTD• 突触后六氯环己烯阻断iLTP的维持，但不影响兴奋性LTP引言GABA能抑制在多个层面对神经网络活动施加精密控制，塑造支撑多种认知功能的脑节律。在神经元水平上，它调控主兴奋性神经元的增益、放电时序及树突整合，也可靶向其他中间神经元，造成去抑制（Kullander和Topolnik, 2021）。支撑这些功能的兴奋/抑制（E/I）平衡并非静态，而是通过两类突触的活动依赖可塑性持续微调（Vogels等, 2011; Field等, 2020; Cupolillo等, 2024）。这两种可塑性形式并非彼此独立：兴奋性输入的增强可驱动邻近抑制性突触的同步变化，以异突触方式将抑制性调整与兴奋性长期变化耦合（Hennequin等, 2017; Ravasenga等, 2022; Agnes和Vogels, 2024）。这种相互依赖的GABA能可塑性（iLTP/iLTD）的诱导条件已得到日益充分的表征（Wu等, 2022; Wiera等, 2024; Jab?ońska等, 2025; Lech等, 2026），但维持它的机制远比谷氨酸能突触的机制了解得少。尤其是，兴奋性可塑性的维持阶段严重依赖新生成的蛋白质合成（Frey等, 1988; Sutton和Schuman, 2006; Di Prisco等, 2014），而这一过程能否支撑锥体细胞上相互依赖的抑制性可塑性尚不清楚。此外，GABA能信号在出生后早期从去极化转向超极化（Ben-Ari等, 2007），而谷氨酸能可塑性遵循自身的年龄依赖轨迹，在较早发育阶段更为有效（Monfort和Felipo, 2007; Le等, 2022）。长期GABA能可塑性本身是否遵循类似的发育进程，则几乎无人探索。蛋白质合成确实是抑制性可塑性所必需的，但其分布贯穿多个细胞区室。在解离培养中，由浴槽NMDA诱导的iLTP需要GABA_A受体亚基和支架蛋白gephyrin的树突合成。这一过程由钙调磷酸酶–NFAT–HDAC通路下游、受活动依赖的去抑制调控的微小RNA（miR-376c和miR-153）所调节（Rajgor等, 2020; Welle等, 2024）。相反，突触前表达的、由内源性大麻素介导的iLTD需要CB1表达型中间神经元轴突末梢（而非突触后细胞）中的蛋白质合成（Younts等, 2016），从而驱动突触终末的结构重塑（Monday等, 2020）。除GABA能可塑性外，星形胶质细胞中的蛋白质合成调节兴奋性LTP的阈值并改变E/I平衡，部分原因是削弱了作用于锥体细胞的抑制性传递（Sharma等, 2023）。除其在活动依赖可塑性中的作用外，翻译机制还决定抑制的基线强度。真核延伸因子2（eEF2）激酶抑制翻译延伸，充当GABA能传递的制动器；抑制它会上调突触前synapsin-2b和突触后α5-GABA_A受体，从而增强抑制（Heise等, 2017; Beretta等, 2022）。同样，通过eIF4E/4E-BP2通路启动的帽依赖翻译调控抑制性黏附分子neuroligin-2的表达，从而影响E/I平衡（Gkogkas等, 2013）。最后，局限于中间神经元的mTORC1失调会降低对锥体细胞的突触抑制（Haji等, 2020）。因此，蛋白质合成通过不同机制、在多个位点调控抑制性传递。尚未解决的是蛋白质合成如何支撑抑制性与兴奋性输入在锥体神经元上的同时可塑性。翻译依赖的抑制性可塑性证据几乎全部来自化学诱导方案：浴槽施加的NMDA在解离神经元中诱导抑制性变化，而未监测兴奋性突触反应（Rajgor等, 2020; Welle等, 2024）。因此这类方案无法回答两种可塑性形式之间的关联，尤其是它们如何依赖蛋白质合成。在此，我们表征了从生长抑素表达型中间神经元到锥体细胞（SST→PC）抑制性突触上的一种年龄依赖的异突触iLTP形式，由兴奋性CA3→CA1输入的LTP诱导。选择SST→PC投射是因为GABA能突触形成于PC树突，而该区室表达突触后抑制性可塑性（Wiera和Mozrzymas, 2026）并支持局部翻译（Biever等, 2019）。值得注意的是，作用于SST阳性中间神经元的GABA能突触表现出显著的NMDA诱导iLTP（Brzd?k等, 2023, 2025）和NMDA依赖的张力性抑制上调（Wyro?lak等, 2023）。此外，学习会增强蛋白质合成，在该中间神经元亚群中的变化尤为明显，与PC中的变化相似，其机制依赖eIF2α（Sharma等, 2020）。因此，SST阳性中间神经元表达GABA能可塑性——无论是靶向锥体神经元、被GABA能细胞支配，还是参与张力性抑制。我们发现，浴槽施加的翻译抑制剂显著减弱了LTP并将共存发生的iLTP转变为iLTD，而将同一抑制剂局限于被记录的突触后神经元时，则消除iLTP但保留LTP。这些结果揭示了两条并行运作的蛋白质合成机制：突触后机制对抑制增强必不可少，而非突触后过程则对兴奋增强必不可少。这种分工意味着阻断蛋白质合成并非单纯削弱可塑性，而是使其结果偏向兴奋——这一考量适用于任何全局抑制翻译的实验。章节片段SST→PC突触中iLTP共存表达的年龄依赖性在探讨蛋白质合成对GABA能与兴奋性可塑性的作用之前，我们在不同年龄和两种性别中表征了这两种现象，因为这些因素已知会塑造突触可塑性（Le等, 2022）。此前关于GABA能异突触可塑性的研究，包括我们自己的研究，都依赖瞬时NMDA施加（Marsden等, 2007; Petrini等, 2014; Jab?ońska等, 2024; Lech等, 2026）。在此，我们采用了更具生理性的方法，讨论本研究的主要发现是：由同一方案诱导、并从单个CA1锥体细胞记录到的共存兴奋性与抑制性长期可塑性，对蛋白质合成阻断的敏感性不同。当将CHX施加于浴槽时，iLTP被转变为iLTD，而LTP虽降低但未被消除。当将阻断剂局限于突触后锥体神经元时，iLTP的晚期相被消除而未转变为iLTD，而LTP伦理批准与实验动物本研究所有动物操作均符合波兰法律规章（2015年1月15日《用于科学或教育目的动物保护法》及后续修订）以及欧盟指令2010/63/EU。涉及转基因生物的实验程序经波兰环境部批准（批准号69/2023）。实验使用通过在纯合子小鼠之间交配、生成在SST阳性中间神经元中表达通道视紫红质-2的小鼠，作者贡献声明（CRediT）Dominika Orzo?：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，可视化，调查研究。Dominika Ciurko：调查研究。Grzegorz Wiera：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，可视化，指导，方法论，调查研究，数据整理，概念化。Jerzy W Mozrzymas：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，指导，项目管理，获取资助，数据整理，概念化。Jadwiga Jab?ońska：写作–审阅与编辑未引用参考文献Rajgor等, 2020a; Rajgor等, 2020b; Welle等, 2024a; Welle等, 2024b。伦理声明本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。无需伦理委员会批准。根据波兰立法，本研究不需要伦理批准。动物仅因获取脑组织以制作离体急性脑切片的目的而被安乐死。根据2015年1月15日波兰《用于科学或教育目的动物保护法》，安乐死材料可用性本研究未产生任何新的独特试剂。数据与代码可用性本文报道的所有数据将发布于波兰医学平台（PPM, http://dx.doi.org/10.60956/89t8-qq46），并在收到个人请求后提供。本研究未报告原始代码。本研究相关的所有数据均已在本文呈现，且未在其他地方发表。利益冲突声明作者声明无利益冲突。利益冲突声明? 作者声明，他们不存在任何已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。致谢本工作得到波兰国家科学中心（OPUS）2021/43/B/NZ4/01675基金资助，授予J.W.M.Jadwiga Jab?ońska | Dominika Orzo? | Dominika Ciurko | Grzegorz Wiera | Jerzy W. Mozrzymas