胶质间隙连接蛋白Innexin2的失调在北海进行性肌阵挛性癫痫的果蝇模型中介导了癫痫发作和睡眠障碍

《Journal of Neuroscience Research》：Dysregulation of Glial Gap Junction Protein Innexin2 Mediates Seizures and Disrupted Sleep in a Drosophila Model for North Sea Progressive Myoclonus Epilepsy

果蝇模型显示，敲低胶质膜蛋白（membrin）导致热诱导癫痫和睡眠结构异常，而Innexin2在其中的下游作用被证实，过表达可缓解症状。

　　北海渐进性肌阵挛癫痫（North Sea Progressive Myoclonus Epilepsy, NS-PME）是一种罕见的遗传性疾病，通常在儿童早期发病，表现为进行性共济失调、肌阵挛和癫痫。该疾病由Golgi SNAP受体2基因（GOSR2）的突变引起，但其在细胞层面的具体后果仍然未知。近年来，科学家通过构建果蝇模型，发现当果蝇中与GOSR2同源的Membrin蛋白在胶质细胞中被敲低时，会引发热诱导的癫痫样行为。然而，仅通过这些研究，我们仍未完全理解NS-PME中胶质细胞的异常是如何影响神经元功能的。

在进一步的研究中，我们发现NS-PME果蝇不仅表现出热诱导的癫痫样行为，还存在睡眠结构的紊乱，例如睡眠周期缩短、睡眠片段增多。这些结果提示，NS-PME的病理特征可能不仅限于神经元，还涉及胶质细胞与神经元之间的相互作用。因此，我们希望通过研究果蝇中Membrin蛋白的敲低，进一步揭示其在细胞层面的异常，以及这些异常如何影响神经元功能和睡眠模式。

胶质细胞对神经元功能的调控通常依赖于离子和神经递质的传递。这些分子通过间隙连接（gap junction）在细胞之间进行交换，间隙连接在果蝇中由Innexin蛋白组成，而在人类中则由Connexin蛋白构成。Innexin2（Inx2）是果蝇中在胶质细胞中特异性表达的一种间隙连接蛋白，特别是在被膜神经胶质（perineurial glia）、次被膜神经胶质（subperineurial glia）和包裹神经胶质（ensheathing glia）中。Inx2已被证明在果蝇中枢神经系统（CNS）发育和血脑屏障（blood–brain barrier）功能中起关键作用，同时还与热诱导的癫痫样行为和总睡眠时间的调控有关。

为了验证Inx2是否在NS-PME果蝇模型中参与了Membrin敲低所引发的病理效应，我们进行了进一步的实验。我们发现，当果蝇的胶质细胞中Inx2被敲低时，其行为特征与Membrin敲低相似，包括热诱导的癫痫样行为和睡眠结构的改变。同时，Inx2的蛋白水平在果蝇中被Membrin敲低所影响，其表达模式也发生了变化。我们还发现，当在Membrin敲低的背景下，通过胶质细胞中过表达Inx2时，果蝇的癫痫样行为和睡眠结构的紊乱得到了显著改善。这一结果表明，Inx2在果蝇胶质细胞中可能扮演了下游效应因子的角色，有助于维持神经元的稳态，并可能在人类NS-PME中也具有类似的作用。

为了更深入地了解Inx2在NS-PME中的作用，我们进一步研究了其在胶质细胞中的表达模式。在果蝇中，当Membrin被敲低时，Inx2的表达模式发生了改变，其在胶质细胞中的分布变得不均一，某些区域的Inx2表达减少或完全缺失。而当通过胶质细胞中过表达Inx2时，这种异常表达模式得以恢复，表明Inx2在维持胶质细胞功能和神经元稳态方面具有重要作用。

此外，我们还发现，胶质细胞中Membrin的敲低会导致胶质细胞结构的改变。例如，被膜神经胶质的宽度增加，次被膜神经胶质和包裹神经胶质之间的连接减弱，且次被膜神经胶质向被膜神经胶质的延伸减少。这些结构变化可能与胶质细胞的异常功能相关，从而影响神经元的兴奋性以及整体的神经活动和睡眠模式。

在行为实验中，我们发现，当Membrin在被膜神经胶质中被敲低时，果蝇的癫痫样行为和睡眠紊乱得到了显著表现。然而，这种效应并非在所有胶质细胞中都相同，只有当被膜神经胶质与次被膜神经胶质或包裹神经胶质共同敲低时，才会出现更明显的癫痫敏感性。这提示，胶质细胞之间可能存在协同作用，以维持神经系统的稳态。此外，Inx2的表达在这些胶质细胞中也发生了改变，这进一步支持了其在胶质细胞功能和神经元稳态中的重要性。

这些研究结果不仅揭示了NS-PME果蝇模型中胶质细胞功能紊乱的潜在机制，还提供了理解人类NS-PME疾病的新视角。Inx2作为果蝇中的一种间隙连接蛋白，可能在维持神经元稳态和调控睡眠结构方面起关键作用。因此，Inx2的功能异常可能是NS-PME发病机制中的一个关键环节。

尽管这些研究为NS-PME的治疗提供了新的思路，但其在人类中的具体作用仍需进一步研究。在果蝇中，Inx2的表达模式与神经元功能和睡眠结构密切相关，而人类中的类似蛋白可能也具有相似的功能。然而，由于Inx2在人类中没有直接的同源蛋白，其功能是否可以直接类比仍需谨慎对待。这可能源于趋同进化，即在人类和果蝇中，Connexin和Innexin蛋白在结构和功能上相似，但在序列上存在差异。

此外，我们还发现，Inx2在果蝇中的表达可能不仅限于其作为间隙连接蛋白的功能。在果蝇的外周神经系统中，Inx2还参与了不同胶质细胞之间的粘附，从而影响其在发育过程中的空间定位。这一发现为理解NS-PME中胶质细胞的异常提供了新的线索，即胶质细胞之间的粘附功能可能与疾病的发生有关。

综上所述，这些研究揭示了NS-PME果蝇模型中胶质细胞功能紊乱的机制，并表明Inx2可能在维持神经元稳态和调控睡眠结构方面起关键作用。这不仅为NS-PME的治疗提供了新的思路，也为理解人类癫痫和睡眠障碍的分子机制提供了重要依据。未来的研究可以进一步探索Inx2在人类NS-PME中的具体作用，并尝试开发针对这些异常的治疗策略。