歐陽俊琳(綜述)，朱小虎(審校)

(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院骨科康復(fù)三病區(qū)，湖北 十堰 442000)

大腦通過突觸傳遞信號(hào)處理信息，突觸將神經(jīng)元連接成巨大的通訊細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)中，突觸不僅傳輸信號(hào)，而且轉(zhuǎn)換和細(xì)化信號(hào)。神經(jīng)連接蛋白Neuroligins(NLs)是突觸后膜細(xì)胞黏附分子，其連接突觸前和突觸后神經(jīng)元，介導(dǎo)突觸間信號(hào)的傳遞，并通過特定的突觸功能塑造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性。筆者就NLs的構(gòu)成、類型、功能及應(yīng)用前景等進(jìn)行綜述，旨在更好地認(rèn)識(shí)NLs參與某些疾病的機(jī)制，并對(duì)其后續(xù)的臨床治療提供新思路。

1 NLs的構(gòu)成

NLs屬于I類跨膜蛋白，位于突觸后膜。NLs的結(jié)構(gòu)可大致分為3個(gè)區(qū)域，分別為胞外區(qū)域、跨膜區(qū)域、胞內(nèi)區(qū)域。其中胞外區(qū)域，即NLs的N端，包括一個(gè)信號(hào)肽、乙酰膽堿酯酶樣區(qū)域(cholinesterase-like domain,CLD)及碳水化合物結(jié)合區(qū)域；跨膜區(qū)為O-糖基化(O-Glyc)的跨膜區(qū)域；NLs的C端為胞內(nèi)區(qū)域，是I類突觸后致密區(qū)(postsynaptic density zone,PDZ)識(shí)別組件，NLs主要通過胞內(nèi)區(qū)域與突觸后的靶蛋白，如橋尾蛋白(gephrin,GP)、突觸后密度蛋白(Postsynaptic density protein,PSD)等結(jié)合，從而促進(jìn)突觸分化，加強(qiáng)突觸間隙的穩(wěn)定性及傳遞突觸間信號(hào)的功能。其胞外區(qū)域可與突觸前膜的Neurexins(NRXNs)形成特異性的跨突觸連接。

2 NLs的類型

人類有5種NLs的基因型(NL1、NL2、NL3、NL4X、NL4Y)，嚙齒動(dòng)物有4種(NL1、NL2、NL3、NL4)。NLs具有獨(dú)特的表達(dá)模式，NL1主要表達(dá)于興奮性突觸上，NL2主要表達(dá)于抑制性突觸上，NL3在興奮性和抑制性突觸上都表達(dá)，而NL4的表達(dá)似乎局限于視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的甘氨酸能突觸和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的其他幾個(gè)區(qū)域[1-2]。

3 NLs的功能

Wu等[3]研究表明，條件性刪除NLs，突觸的可塑性發(fā)生改變。突觸的可塑性是指?jìng)π源碳ず铜h(huán)境變化等條件下，突觸的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生相應(yīng)的改變。突觸形態(tài)機(jī)構(gòu)的可塑性主要變現(xiàn)為突觸數(shù)量和結(jié)構(gòu)的改變。而突觸功能的可塑性主要分為短期突觸可塑性和長(zhǎng)期突觸可塑性，目前研究最多的是長(zhǎng)期突觸可塑性，它有兩種表現(xiàn)形式，即長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation,LTP)和長(zhǎng)時(shí)程(long-term depression,LTD)，現(xiàn)將NL1-NL4的功能闡述如下。

3.1NL1的功能

3.1.1NL1對(duì)突觸的調(diào)控作用 Kim等[4]研究表明，NL1主要定位于興奮性突觸上，參與興奮性突觸后膜的形成。Prada等[5]研究顯示，NL1可通過波調(diào)節(jié)復(fù)合體介導(dǎo)的突觸后肌動(dòng)蛋白重組，調(diào)控突觸結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)樹突棘的形成和突觸的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵的作用。NL1的胞內(nèi)區(qū)域可直接招募波調(diào)節(jié)復(fù)合體到突觸后膜，激活LIMK/cofilin介導(dǎo)的信號(hào)通路，使F-肌動(dòng)蛋白(F-actin)富集成網(wǎng)絡(luò)，使興奮性突觸后膜的表面積增大，促進(jìn)興奮性氨基酸受體α-氨基-3-羥基-5甲基-4-異唑丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid,AMPA)向后膜插入，接受更多的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，改變突觸結(jié)構(gòu)的可塑性，增強(qiáng)了突觸的傳遞效能。NL1與突觸前膜β-NRXNs的結(jié)合是LTP形成的關(guān)鍵。LTP是突觸后神經(jīng)元對(duì)反復(fù)刺激突觸反應(yīng)的持久強(qiáng)化，當(dāng)小鼠的NL1基因被敲除后，NMDA/AMPA受體比值失衡，其海馬突觸中依賴NMDA受體的LTP減弱，突觸功能的可塑性被改變[6]。

3.1.2NL1與疼痛的關(guān)系 組織損傷誘導(dǎo)NL1表達(dá)上調(diào)，激活NMDA等相關(guān)受體，使突觸后Ca2+水平升高，突觸后膜受體磷酸化以及密度增加，引起突觸后膜去極化，使突觸后神經(jīng)元興奮，最終導(dǎo)致疼痛的發(fā)生。NL1表達(dá)下調(diào)可抑制NL1與PSD-95相互作用和AMPA受體亞型GluAl突觸靶向，減少了谷氨酸能突觸傳遞，減弱了突觸的傳遞效能，調(diào)控了興奮性突觸的可塑性，改善了術(shù)后疼痛[7]。

3.1.3NL1與自閉癥和阿爾茲海默癥的關(guān)系 臨床研究表明，NL1基因變異與自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)、阿爾茨海默病中的記憶喪失、抑郁和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等神經(jīng)精神障礙有關(guān)[8]，NL1的缺失或過表達(dá)也會(huì)造成空間記憶的受損，這提示NL1在認(rèn)知過程中起一定作用。

3.1.4其他 小鼠腦皮質(zhì)星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的NL1可通過與某些神經(jīng)遞質(zhì)相互作用調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)[9]。Liu等[10]研究顯示，NL1基因敲除小鼠不能保持清醒狀態(tài)，其非快速動(dòng)眼睡眠時(shí)間增長(zhǎng)。這些研究表明，NL1與疼痛、自閉癥以及睡眠都有密切的關(guān)系。

3.2NL2的功能

3.2.1NL2對(duì)突觸的調(diào)控作用 NL2主要定位在抑制性突觸上，對(duì)抑制性突觸的形成和功能發(fā)揮著重要的作用。體外非神經(jīng)元細(xì)胞中NL2的表達(dá)誘導(dǎo)出與突觸連接相似的結(jié)構(gòu)，而在體內(nèi)突觸前的軸突蛋白與突觸后NL2的結(jié)合增強(qiáng)了抑制性突觸的傳遞[11]。條件性敲除NL2導(dǎo)致前額葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的抑制性突觸數(shù)量減少，突觸傳遞效率降低，抑制性突觸的可塑性發(fā)生改變[12]。

3.2.2NL2對(duì)γ-氨基丁酸受體(gamma-aminobutyric acid receptor,GABAR)的調(diào)控作用 NL2與GP共定位，NL2通過酪氨酸殘基與GP結(jié)合，GP是一種腳手架蛋白，位于抑制性突觸，在募集甘氨酸和GABAR中具有重要作用。GP含有3個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，分別為G、C、E結(jié)構(gòu)域，其中C結(jié)構(gòu)能夠與GABAR結(jié)合，調(diào)控GABAR在突觸后膜的整合。在神經(jīng)元的發(fā)育過程中，NL2對(duì)GABA能突觸的形成至關(guān)重要；隨著神經(jīng)元的成熟，GABA能突觸的發(fā)育需要NL2的參與；NL2與Slitrk3的相互作用對(duì)海馬的功能也起著重要的作用，選擇性破壞這種連接，會(huì)減弱GABA能突觸之間的傳遞，改變了突觸的可塑性，影響了海馬的功能[13]。

3.2.3NL2對(duì)抑制性突觸后電流(inhibitory postsynaptic current，IPSP)的作用 NL2通過GP和GABAARs使神經(jīng)元具有成熟的電生理反應(yīng)特性。NL2的過表達(dá)可以增加前額皮質(zhì)錐形細(xì)胞的IPSP，NL2的缺失使小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)mlPSCs的幅度和頻率均降低，海馬齒狀回顆粒細(xì)胞中mlPSCs的幅度降低，但NL2表達(dá)上調(diào)和下調(diào)都沒有影響到興奮性突觸后電流(excitatory postsynaptic current，EPSP)的水平變化[14]。

3.2.4NL2與認(rèn)知的關(guān)系 在小鼠大腦海馬中注入NL2過表達(dá)病毒，使NL2在海馬神經(jīng)元中過表達(dá)，導(dǎo)致GABA能突觸后膜的橋尾蛋白及其突觸前膜的囊泡GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白表達(dá)上調(diào)，增強(qiáng)了GABA能突觸的跨突觸連接，最終導(dǎo)致小鼠認(rèn)知功能受損。NL2的基因改變與嚴(yán)重的認(rèn)知障礙有關(guān)，這意味著它對(duì)認(rèn)知功能也尤為重要[15]。人類全基因組分析已確定NL2中的拷貝數(shù)變異和錯(cuò)義單核苷酸多態(tài)性與發(fā)育障礙有關(guān)，包括ASD和精神分裂癥。這些NL2基因的部分突變可在在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中做到，NL2基因敲除小鼠在多種指標(biāo)(如尾巴長(zhǎng)度、睜眼年齡和身體長(zhǎng)度)中表現(xiàn)出嚴(yán)重的發(fā)育延遲，并且其幼崽的發(fā)聲次數(shù)增加。另一方面，高表達(dá)NL2的小鼠壽命縮短、其后代的存活率降低、肢體蜷縮次數(shù)及重復(fù)行為增加，類似于Rett綜合征和ASD的相關(guān)癥狀。NL2基因的敲除和過表達(dá)也增加了小鼠的焦慮行為，改變了其社會(huì)行為，這提示NL2也參與了焦慮的調(diào)節(jié)[16]?？傊?，在小鼠海馬中，病毒介導(dǎo)的NL2過表達(dá)增強(qiáng)了抑制性突觸的連接，增強(qiáng)了抑制性突觸的傳遞效能；NL2條件敲除的小鼠，抑制性突觸傳遞顯著減弱，導(dǎo)致焦慮、恐懼、記憶和社交行為方面的并行損害。

3.2.5其他 小鼠受到的傷害性刺激增強(qiáng)了NL2與PSD95的連接，調(diào)控了AMPA受體亞型GluR1的突觸靶向性，參與了術(shù)后疼痛的發(fā)生[17]。也有研究表明，NL2參與胰腺細(xì)胞胞外分泌的同時(shí)，還可通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞因子CDC42的釋放，從而調(diào)控血管生成素2(angiopoietin 2,Ang2)的釋放，最終影響血管的生成[18]。這說明NL2不僅影響大腦的發(fā)育及認(rèn)知，還有可能參與疼痛及某些內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

3.3NL3的功能

3.3.1NL3對(duì)突觸的調(diào)控作用 NL3在興奮性和抑制性突觸上都有表達(dá)，對(duì)突觸的成熟和傳遞都起著重要的作用。NL3的錯(cuò)義突變會(huì)使紋狀體背側(cè)的谷氨酸能突觸的長(zhǎng)時(shí)程抑制(long-term depression,LTD)受損，影響其突觸功能的可塑性[19]。

3.3.2NL3對(duì)IPSP與EPSP的作用 NL3錯(cuò)義突變小鼠可致海馬和軀體感覺皮層的興奮性和抑制性突觸傳遞失衡，杏仁核基底側(cè)的EPSP幅度增加，IPSP的幅度降低[1]。進(jìn)一步研究表明，神經(jīng)元中NL3的缺失，會(huì)使興奮性突觸上的AMPARs減少，興奮性突觸傳遞減弱，最終導(dǎo)致mEPSC頻率的降低[19]。

3.3.3NL3與自閉癥的關(guān)系 NL3是眾多與自閉癥相關(guān)的基因之一，NL3錯(cuò)義突變小鼠會(huì)使中間神經(jīng)元的興奮性降低，GABA能突觸的功能紊亂，其社交活動(dòng)受損。當(dāng)人的NL3基因發(fā)生了錯(cuò)義突變后，突觸數(shù)量會(huì)減少，導(dǎo)致人的ASD的發(fā)生，記憶和社會(huì)交流活動(dòng)受損[20]。

3.3.4其他 小鼠的NL3錯(cuò)義突變可使其交配行為發(fā)生改變，且雌性小鼠尤為明顯。另有研究顯示，與野生型大鼠相比，NL3基因敲除大鼠的非快速動(dòng)眼睡眠時(shí)長(zhǎng)減少，而快速動(dòng)眼時(shí)長(zhǎng)增加，并且某些腦電圖的頻率上也表現(xiàn)出相應(yīng)改變[10]。這表明，NL3不僅與自閉癥相關(guān)，還與交配行為及睡眠相關(guān)。

3.4NL4的功能

3.4.1NL4對(duì)突觸的調(diào)控作用 NL4在小鼠的整個(gè)大腦中都有表達(dá)，且主要分布在甘氨酸能突觸上，細(xì)胞免疫組化顯示，NL4在前腦內(nèi)有微弱而彌散的分布，大多數(shù)在其他腦區(qū)，NL4與抑制性突觸的標(biāo)記物可共定位。NL4基因敲除的小鼠引起視網(wǎng)膜上甘氨酸能突觸傳遞與海馬CA3區(qū)GABA能突觸傳遞的輕微減少，皮質(zhì)中的GABA能和谷氨酸能突觸中的突觸前囊泡池的大小和釋放概率也降低了，但興奮性突觸間的傳遞功能沒有受損。與NL4基因缺失不同，在培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中，NL4的過表達(dá)減少了谷氨酸能而不是GABA能的突觸傳遞[21-22]。這些研究表明，NL4對(duì)抑制性突觸的傳遞發(fā)揮著重要的作用。

3.4.2NL4與自閉癥的關(guān)系 較多研究表明，NL4與自閉癥相關(guān)，NL4基因缺失的小鼠，GABA能突觸傳遞受損，抑制性突觸可塑性發(fā)生變化，導(dǎo)致小鼠表現(xiàn)出自閉癥相關(guān)癥狀，如社交功能受損、重復(fù)行為增加等[23]。

4 基于NLs的應(yīng)用前景

抑制NL1與PSD95的相互作用和與GluA1亞基的突觸靶向，脊髓中NL1的表達(dá)會(huì)下調(diào)，術(shù)后疼痛減輕；大鼠經(jīng)過電針鎮(zhèn)痛后，NL1的表達(dá)上調(diào)[7]，這說明NL1可能參與了疼痛的發(fā)生。這在治療疼痛的方法中值得進(jìn)一步研究。Fang等[24]研究表明，敲低癲癇大鼠的NL1的表達(dá)，抑制了神經(jīng)元的過度興奮，降低了癲癇發(fā)作的嚴(yán)重程度，并且增加了癲癇發(fā)作的潛伏期，這說明NL1可能也參與了癲癇的發(fā)生，這也可能是治療癲癇的潛在新目標(biāo)。

NL2衍生肽覆蓋的聚酰胺基(polyamidoamine,PAMAM)樹狀聚合物可增強(qiáng)胰腺β細(xì)胞的增殖和功能。這可能為設(shè)計(jì)具有獨(dú)特作用方式的創(chuàng)新型抗糖尿病藥物提供新的方案。NL2還可調(diào)節(jié)血管生成素2從內(nèi)皮細(xì)胞釋放和血管生成[18]，這可能成為腫瘤血管生成到血管疾病的各個(gè)領(lǐng)域中的新治療靶標(biāo)。Heshmati等[25]研究顯示，NL2在抑郁癥和應(yīng)激易感性中的細(xì)胞類型特異性作用，這又為抑郁癥等相關(guān)疾病的針對(duì)性治療提供新思路。

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是兒童和成人腦瘤死亡的主要原因，介導(dǎo)這種腦瘤神經(jīng)調(diào)節(jié)的重要機(jī)制分子是NL3，其可通過激活PI3K/AKT通路，促進(jìn)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)，因此，降低NL3的表達(dá)或許可以抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。并且，NL3基因敲除的大鼠表現(xiàn)出ASD相關(guān)表型，NL4基因敲除的小鼠也表現(xiàn)出自閉癥相關(guān)癥狀。這說明NL3和NL4可能都參與了自閉癥的形成機(jī)制，這對(duì)治療自閉癥指明了新的方向。

5 結(jié)語與展望

綜上所述，神經(jīng)連接蛋白NLs可通過調(diào)節(jié)突觸的可塑性參與疼痛及神經(jīng)精神等疾病的發(fā)生。NL1通過調(diào)節(jié)興奮性突觸的可塑性參與疼痛與癲癇的發(fā)生；NL2的敲除或過表達(dá)都會(huì)改變抑制性突觸的可塑性，從而影響大腦的發(fā)育及認(rèn)知功能；NL3既可調(diào)節(jié)興奮性突觸的可塑性，也可調(diào)節(jié)抑制性突觸的可塑性，NL3發(fā)生錯(cuò)義突變后會(huì)導(dǎo)致自閉癥的發(fā)生；NL4主要調(diào)節(jié)抑制性突觸的可塑性，NL4基因的缺失會(huì)導(dǎo)致GABA能突觸的傳遞受損，最終導(dǎo)致自閉癥的發(fā)生。神經(jīng)連接蛋白NLs還與糖尿病、腫瘤等疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

若對(duì)疼痛以及神經(jīng)精神等疾病的治療可以從傳統(tǒng)的藥物、針灸、神經(jīng)阻滯、射頻消融等療法轉(zhuǎn)向與突觸可塑性相關(guān)的神經(jīng)連接蛋白NLs的靶向治療上，或許可以為臨床治療提供新思路，但是，這仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。神經(jīng)連接蛋白NLs參與疼痛及神經(jīng)精神等疾病的機(jī)制較為復(fù)雜，需要更加深入地研究，早日將基礎(chǔ)研究有效轉(zhuǎn)化成臨床結(jié)果。