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在大脑中，兴奋性突触的多样性被组织成一种全脑范围的突触组架构。创伤性脑损伤与突触丢失有关，但其对突触组架构的影响尚不清楚。研究人员利用跨越小鼠222个脑区的突触组图谱技术发现，侧方液压冲击损伤（LFPI）会在28天内诱导兴奋性突触群体发生渐进式且分布广泛的重组
在大脑中，兴奋性突触的多样性被组织成一种全脑范围的突触组架构。创伤性脑损伤与突触丢失有关，但其对突触组架构的影响尚不清楚。研究人员利用跨越小鼠222个脑区的突触组图谱技术发现，侧方液压冲击损伤（LFPI）会在28天内诱导兴奋性突触群体发生渐进式且分布广泛的重组。尽管全脑突触总数得以维持，但特定的分子类型和亚型的突触表现出区域依赖性和时间依赖性的脆弱性。损伤后7天，具有快速周转率突触后支架蛋白PSD95的突触类型优先减少。然而，到28天时，这些突触的数量增加，而慢速周转率的突触则减少。小胶质细胞的激活以一种时间结构化的方式与这种突触组重塑相关。这些发现揭示了一种与蛋白质稳态（proteostasis）相关的两阶段突触组架构重编程现象，表明分子性质不同的突触群体的大规模再平衡是损伤诱导脑可塑性的一种通用机制。
研究背景与科学问题
创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）是全球范围内导致死亡和长期神经功能障碍的主要原因之一。既往研究虽已报道TBI后会发生突触丢失，但这些研究大多局限于少数脑区或小范围的突触群体，侧重于树突棘或特定蛋白质的变化。然而，兴奋性突触并非均一实体，它们由大量分子组成各异的类型构成，这些类型在组成、纳米结构和蛋白质周转率上均存在差异。全脑突触组图谱（brainwide synaptome mapping）技术能够在单突触分辨率下检测突触蛋白的组成、动态和组织方式，并已揭示小鼠大脑中数十亿兴奋性突触被组织成由离散类型和亚型构成的三维结构化架构。这种架构在发育、衰老、睡眠剥夺、感觉剥夺以及基因突变等条件下会发生系统性重塑。但创伤性损伤是否会选择性地破坏特定的突触类型和亚型，并重组突触组架构，此前仍属未知。
研究方法概述
研究人员采用侧方液压冲击损伤（Lateral Fluid Percussion Injury, LFPI）小鼠模型，应用已验证的全脑突触组图谱工具和流程进行分析。具体而言，使用表达PSD95-eGFP和SAP102-mKO2融合蛋白的转基因小鼠，通过转盘共聚焦显微镜（spinning disc confocal microscopy）以100倍放大倍数（光学分辨率约260 nm）采集Bregma ?1.9 mm层面的中冠状脑切片图像。利用SYNMAP突触组图谱管道检测单个兴奋性突触并将其分为三种类型（仅表达PSD95的1型、仅表达SAP102的2型、同时表达两者的3型），进一步细分为37种分子和形态学上不同的突触亚型。其中30种亚型还根据PSD95蛋白质寿命（protein lifetime）划分为短蛋白质寿命（SPL）和长蛋白质寿命（LPL）类别。研究纳入三组小鼠：LFPI组（n=21）、假手术-LFPI组（仅开颅，n=18）和未手术组（n=5），分别在损伤后7天和28天进行分析。此外，另有一批野生型C57BL/6小鼠（n=15损伤，n=11假手术）用于模型表征。
研究结果
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LFPI模型的表征：LFPI模型产生可重复的轻度损伤，表现为短暂的功能障碍（右翻反射时间显著延长）、胼胝体弥漫性轴索损伤（APP阳性聚集体增多）以及区域限制性神经炎症反应（海马和小胶质细胞IBA1及星形胶质细胞GFAP计数升高），但无大体结构损伤或明显神经元丢失。
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实验设计与全脑突触组图谱：在所有队列中，全脑突触斑点数中位数为1.075×1010，各组间在7天和28天时无统计学差异，表明全脑突触总数得以维持。
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单独开颅诱导局部和远端突触丢失：与未手术组相比，假手术-LFPI组在开颅下方的同侧皮层（初级运动、次级运动和初级躯体感觉区）在7天时突触斑点数显著减少，但28天时恢复。效应量脑图谱显示，开颅的影响还延伸至丘脑等皮层下区域，且在7天和28天时均存在。
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LFPI引起延迟的双侧突触组架构破坏：与未手术组相比，LFPI在7天时主要在损伤部位下方的同侧皮层出现最大突触丢失；到28天时，两侧半球的皮层和海马的突触密度均降低。与假手术-LFPI组比较，LFPI在7天时差异不大，但在28天时在对侧皮层和海马中引起表达PSD95的突触密度显著下降。此外，LFPI还改变了多个脑区中PSD95和SAP102突触的平均强度（蛋白质含量）和大小。
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损伤诱导突触组架构的类型和亚型特异性、解剖分布广泛的重塑：LFPI导致某些突触亚型密度增加，另一些减少，呈现高度分布式的模式。例如，1型亚型2-5在7天时在损伤附近皮层减少，到28天时扩展到两侧半球多个脑区；2型亚型12-15在7天和28天时均在两侧皮层减少，显示出特别脆弱性；3型亚型20-31在7天时在同侧皮层减少，但28天时增加。这表明损伤诱导的是分子定义的突触群体之间的重新分布，而非均匀丢失。
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基于蛋白质寿命定义的突触亚型的差异性脆弱性：研究发现了一个引人注目的两相变化模式。在7天时，短蛋白质寿命（SPL）突触优先减少，而长蛋白质寿命（LPL）突触相对增加；到28天时，这一关系完全逆转，LPL突触广泛减少，SPL突触代偿性增加。这种双向转变在7天时不存在，而是在损伤后第一周之后逐渐演变，表明蛋白质稳态是TBI后突触弹性和重塑的关键决定因素。
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小胶质细胞对脑损伤的区域和时间依赖性反应：损伤诱导同侧半球IBA1面积显著增加，到28天时对侧半球也增加，主要集中在皮层和海马。相关性分析显示，在28天时，皮层和海马中IBA1的增加与所有三种突触类型的密度降低相关，并与SPL突触增加和LPL突触减少相关；而在7天时这种关系相反。
讨论与结论
本研究揭示了单次TBI事件诱导的是突触组架构的渐进式和分布式重组，而非简单的突触耗竭。尽管全脑突触总数不变，但特定突触类型和亚型表现出显著的时空依赖性脆弱性，将TBI后的突触病理重新定义为架构重编程而非单纯突触丢失。一个关键特征是蛋白质寿命定义的两相再平衡：早期SPL突触减少、LPL突触扩张；后期LPL突触减少、SPL突触恢复。这表明蛋白质稳态是突触弹性和重塑的关键因素。小胶质细胞激活与突触组重塑在时间和区域上耦合，尤其是在28天时皮层和海马中IBA1增加与LPL突触丢失及SPL突触恢复的关联，提示小胶质细胞可能参与亚型选择性、蛋白质稳态依赖的突触组再平衡，但这仅为相关性证据，需未来干预性研究验证因果性。值得注意的是，这种损伤诱导的突触组再平衡模式与遗传突变、衰老、睡眠剥夺和经验依赖性可塑性中观察到的模式相似，表明突触组重塑可能是大脑适应（或适应不良）各种扰动的通用系统级机制。研究还发现单独开颅即可引起可测量的突触组改变，这对涉及颅窗的实验范式具有重要意义。总之，这些发现表明TBI后兴奋性突触分子组成的广泛时空重组可能介导了认知和行为改变，突触组图谱为理解脑损伤中的突触脆弱性和弹性提供了有力工具。
