《Current Biology》：The teneurin TEN-1 and its ligand LRON-11 support microbiota-induced neuroprotection and mechanosensory function in C. elegans
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神经保护通过限制损伤和细胞死亡来维持神经元结构和功能，而与饮食相关的微生物群可产生能够影响神经元存活的代谢物。在秀丽隐杆线虫（C. elegans）中，大肠杆菌（E. coli）HT115产生的γ-氨基丁酸（GABA）和乳酸可保护触觉受体神经元（TRNs）免受
神经保护通过限制损伤和细胞死亡来维持神经元结构和功能，而与饮食相关的微生物群可产生能够影响神经元存活的代谢物。在秀丽隐杆线虫（C. elegans）中，大肠杆菌（E. coli）HT115产生的γ-氨基丁酸（GABA）和乳酸可保护触觉受体神经元（TRNs）免受MEC-4(d)诱导的变性，比较基因表达分析鉴定出teneurin基因ten-1是这种微生物群诱导的神经保护所必需的。Teneurin是进化上保守的细胞黏附分子，主要通过跨细胞相互作用调控神经系统发育、轴突导向、突触形成和神经元连接，而含有单一teneurin基因的C. elegans需要TEN-1来完成正常的神经系统发育和组织组织。尽管脊椎动物teneurin与latrophilin G蛋白偶联受体结合，但C. elegans的latrophilin同源物LAT-1与TEN-1平行作用，使得TEN-1功能所依赖的受体-配体相互作用尚未完全阐明。在此，研究人员鉴定出富含亮氨酸重复序列仅含蛋白11（LRON-11），一种此前未被表征的细胞黏附分子，作为TEN-1的配体。TEN-1-LRON-11复合物的高分辨率冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构揭示，LRON-11的富含亮氨酸重复序列（LRR）结构域通过一个此前未被识别的相互作用界面直接结合TEN-1的转甲状腺素蛋白（TTR）结构域。组织特异性遗传分析表明，TEN-1和LRON-11是微生物群介导的神经保护所必需的，而基于结构设计的破坏TEN-1-LRON-11结合的界面突变在体内损害正常的触觉反应。综上，研究人员的发现确立了一个保守的受体-配体信号轴，该信号轴支持微生物群介导的神经保护和正常的触觉反应，揭示了一个单一的受体-配体相互作用如何支持不同的神经元功能。
**论文解读：TEN-1-LRON-11信号轴在微生物群诱导的神经保护与机械感觉功能中的双重作用**
**一、研究背景与科学问题**
神经保护是维持神经元结构与功能完整性的重要生理过程，旨在限制损伤和细胞死亡。近年研究表明，饮食相关的肠道微生物群可通过产生代谢物（如GABA和乳酸）影响神经元存活。在模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中，大肠杆菌HT115产生的GABA和乳酸能够保护触觉受体神经元（TRNs）免受MEC-4(d)突变诱导的神经变性。尽管teneurin家族蛋白在进化上高度保守，且已知其参与神经系统发育、轴突导向、突触形成和神经元连接，但在C. elegans中仅含有一个teneurin基因ten-1，其生理配体及介导微生物群神经保护的具体分子机制长期不明。已有研究显示，脊椎动物teneurin与latrophilin G蛋白偶联受体结合，但C. elegans的latrophilin同源物LAT-1并不与TEN-1直接相互作用，提示TEN-1可能通过其他配体执行功能。因此，鉴定TEN-1的生理配体并阐明其结构基础与功能意义，成为理解微生物群-宿主互作和神经元保护机制的关键问题。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员通过高通量细胞外相互作用组分析（ECIA）筛选C. elegans细胞外区域文库，鉴定出LRON-11（富含亮氨酸重复序列仅含蛋白11）为TEN-1的直接配体。表面等离子体共振（SPR）实验证实二者以约8.5 μM的中等亲和力直接结合，而TEN-1与LAT-1无相互作用。利用单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术，研究人员解析了TEN-1胞外域（ECR）单独及与LRON-11 ECR复合物的高分辨率结构（分别为2.6 ?和3.4 ?），揭示LRON-11通过其LRR结构域N端帽区结合TEN-1的转甲状腺素蛋白（TTR）结构域，形成约190×66×52 ?的异源二聚体。该结合界面与脊椎动物teneurin-latrophilin结合位点相距约80 ?，且与果蝇Ten-m同源二聚化界面高度重叠。基于结构设计的点突变（TEN-1的F1037A/L1039A和LRON-11的I42A/L43A/D64A）在体外完全破坏二者结合，并通过SPR和ECIA验证。功能实验中，在mec-4d神经变性模型中，通过组织特异性RNAi敲低ten-1或lron-11均消除微生物群介导的神经保护作用；CRISPR-Cas9生成的界面突变体表现出显著的触觉不敏感，且不影响蛋白表达或定位。内源荧光报告基因显示LRON-11与TRN过程在空间上接近，支持其通过局部相互作用影响机械感觉功能。
**三、关键技术与方法**
本研究主要运用了以下关键技术：①高通量细胞外相互作用组分析（ECIA），基于Fc标签诱饵和碱性磷酸酶（AP）标签猎物寡聚化的ELISA类似方法，筛选379个C. elegans细胞外区域；②表面等离子体共振（SPR）定量测定结合亲和力及突变效应；③单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术，结合MotionCor2、CTFFIND4和RELION 3.1进行图像处理与三维重建，利用AlphaFold2模型辅助原子建模；④基于结构的定点突变设计，结合ConSurf保守性分析和PDBePISA界面分析；⑤CRISPR-Cas9基因编辑构建内源点突变和荧光报告株；⑥组织特异性RNAi（神经元、肌肉、肠道）和经典触觉行为学分析。样本队列来源包括C. elegans野生型N2、TU2773（系统性RNAi背景）、WCH6（TRN特异性RNAi背景）、NR350（肌肉特异性）、IG1839（肠道特异性）、TU3335（神经元特异性）等品系。
**四、研究结果分述**
1. **TEN-1与LRON-11的直接相互作用**：ECIA筛选显示TEN-1-Fc捕获LRON-11-AP信号在全文库中显著性最高，且LRON-11-Fc反向捕获TEN-1-AP也最强；SPR证实直接结合，KD约8.5 μM，而LAT-1与TEN-1无结合。
2. **复合物冷冻电镜结构揭示非典型拓扑**：LRON-11的14个LRR基序形成马蹄形结构，其N端帽区与TEN-1 TTR结构域结合，该界面不同于经典LRR配体结合位点（通常位于凹面），且与脊椎动物LPHN结合位点完全不同，但与果蝇Ten-m同源二聚化界面几乎完全重叠，提示异源结合与同源二聚化可能相互竞争。
3. **结构引导的点突变在体外破坏结合**：TEN-1 F1037A/L1039A双突变和LRON-11 I42A/L43A/D64A三突变均使SPR信号降至不可检测水平，而Western blot和差示扫描荧光法（DSF）证实突变体蛋白正常表达且热稳定性与野生型相似，排除了错误折叠的可能。
4. **ten-1和lron-11均为微生物群介导的神经保护所必需**：在mec-4d模型中，无论系统性RNAi还是TRN特异性RNAi，敲低任一基因均消除保护效应；时间过程分析显示，在24小时（刚孵化）时各组均无保护，而48小时和72小时对照组保护建立时，敲低组仍显著受损，表明该作用发生于神经保护建立阶段而非早期发育缺陷；双重敲低无叠加效应，符合同一遗传通路。
5. **TEN-1-LRON-11相互作用为机械感觉功能所必需**：神经元特异性RNAi敲低任一基因显著降低触觉敏感性，而肌肉或肠道RNAi无效应；CRISPR界面突变体（ten-1(syb7771)和lron-11(syb7811)）表现出显著的触觉不敏感，其中lron-11突变体表型与mec-4功能缺失突变体相当；双突变体无叠加表型，进一步支持二者在同一通路中发挥作用；内源荧光标记的界面突变体不改变蛋白表达水平和空间分布，证明行为缺陷源于结合破坏而非蛋白丢失。
6. **LRON-11的空间定位支持其调控TRN功能**：内源LRON-11::WrmScarlet报告基因显示，LRON-11在多种组织中广泛表达，部分信号与TRN标记（Pmec-17::gfp）在空间上紧密邻近，与神经元特异性RNAi结果和结合破坏导致的触觉缺陷一致，支持LRON-11通过与TRN的局部相互作用调节机械感觉功能。
**五、讨论与结论总结**
讨论部分指出，该研究首次鉴定LRON-11为C. elegans TEN-1的直接配体，并解析了复合物结构，揭示了teneurin信号传导的新分子框架。与脊椎动物不同，C. elegans TEN-1不与LAT-1结合，而是通过TTR结构域与LRON-11的LRR结构域相互作用，该界面与果蝇Ten-m同源二聚化表面重叠，提示异源结合可能竞争或替代同源相互作用。在随附论文中，基于C. elegans复合物结构设计的突变同样破坏了果蝇Ten-m与其LRON-11直系同源物Capricious的相互作用并损害树突 patterning，支持该受体-配体对在神经元布线中的保守性。研究发现同一受体-配体相互作用可支持两种截然不同的生物学输出：微生物群介导的神经保护和机械感觉行为，且组织需求随情境而异——机械感觉需要神经元表达，而神经保护还需非神经元组织参与，暗示TEN-1-LRON-11信号轴在协调神经元与周围组织响应环境线索中具有更广泛的作用。
研究结论可概括为：TEN-1与LRON-11通过直接结合形成保守的受体-配体信号轴，该信号轴同时支持微生物群介导的神经保护与正常触觉反应，揭示了一个单一位点的受体-配体相互作用如何执行不同的神经元功能，为理解肠道微生物如何通过细胞黏附受体通路保护神经元提供了结构基础和分子机制。
