JNK调控的磷酸蛋白组将突触通路和代谢通路与情绪调节联系起来

《Neurobiology of Disease》：JNK-regulated phosphoproteome links synaptic and metabolic pathways to mood regulation

抑制c-Jun N末端激酶（JNK）可通过调节磷酸蛋白组改变海马体和腹侧被盖区的神经可塑性及代谢活动，显著降低焦虑样行为。研究显示，JNK抑制剂DJNKI-1使海马体和腹侧被盖区163和97个磷酸位点发生改变，其中GSK3信号通路抑制是关键机制，同时影响突触相关蛋白（如syntaxin-1b、claudin-11）和能量代谢相关酶（如PDPK1、PDHA1），形成氧化磷酸化向糖酵解的代谢转换。网络分析表明，突触蛋白和细胞骨架调节蛋白形成核心信号节点，其中claudin-11磷酸化降低是JNK抑制的新靶点，与神经髓鞘形成和血脑屏障功能相关。

　　
该研究聚焦于JNK（c-Jun N末端激酶）抑制剂对小鼠脑区蛋白磷酸化谱及焦虑样行为的影响，揭示了JNK在神经调控中的多维度作用机制。实验通过慢性脑室注射方式，利用特异性JNK抑制剂DJNKI-1处理小鼠，结合行为学测试与磷蛋白组学分析，系统性地解析了JNK抑制对海马体和腹侧被盖区（NAc）磷酸化蛋白的调控网络，并首次发现能量代谢关键酶的磷酸化状态与行为响应存在关联。

### 核心发现解析
1. **JNK抑制诱导的磷酸化谱重塑**
持续6周JNK抑制使海马体出现163个显著磷酸化位点改变（FC>1.5，p<0.05），NAc出现97个调控点。其中，23个磷酸化位点在两个脑区均发生改变，涉及突触蛋白（如 syntaxin-1b）、微管相关蛋白（MAP1a/b）及紧密度蛋白（claudin-11）等。值得注意的是，claudin-11-S196磷酸化水平下降达5倍，这是首次在动物模型中发现JNK调控血脑屏障相关蛋白的磷酸化状态。

2. **突触功能与神经可塑性的关键调控**
研究发现JNK抑制通过双重机制调节突触活动：
- **轴突分支调控**：微管相关蛋白MAP1b-S1260、MAP2-S1352/1358磷酸化水平下降，分别达-2.03和-2.39倍（p<0.01），这与其在神经重塑中的功能相吻合。MAP1b磷酸化减少可能削弱突触后微管网络稳定性，而MAP2磷酸化下降则影响树突棘形成。
- **突触传递调控**：突触前蛋白piccolo-T3376磷酸化下降4.5倍， syntaxin-1b-S14磷酸化减少，这两者均与神经递质释放效率直接相关。此外，synapsin-1/S339磷酸化水平变化与行为响应呈显著相关性（r>0.5）。

3. **能量代谢通路的级联调控**
磷酸化组学揭示JNK抑制通过激活AKT-GSK3信号轴，间接调控能量代谢：
- **GSK3抑制**：检测到28个GSK3磷酸化位点被抑制，包括adducin-1-S681（-4.26 FC）、Dpysl3-S522（-2.48 FC）等已知GSK3靶点。这种抑制与行为缓解直接相关，提示GSK3可能是JNK介导焦虑行为的下游核心靶点。
- **糖酵解激活**：通过磷酸化调控PDK1-S241（+3倍）和PRKCB-T641（+5倍），促进丙酮酸脱氢酶（PDHA1-S293，+6倍）活性抑制，导致能量代谢从氧化磷酸化向糖酵解偏移。这种代谢重编程在JNK抑制组中普遍存在，但仅在行为响应组（responder）中与焦虑缓解显著相关（p<0.05）。

4. **脑区特异性调控网络**
海马体与NAc的磷酸化调控存在显著差异：
- **海马体**：突触蛋白（如bassoon-S3519、piccolo-T3376）和微管相关蛋白（MAP1a/S1260、MAP2/S1352/1358）磷酸化下降达-5至-28倍，提示JNK通过调控神经丝网络影响突触可塑性。
- **NAc**：除部分突触蛋白外，发现claudin-11磷酸化显著下降（-5倍），该蛋白作为 oligodendrocyte特异性 tight junction蛋白，其磷酸化状态可能影响髓鞘形成与血脑屏障通透性。

### 行为响应的分子分型
研究首次建立JNK抑制剂的“行为响应者”分型标准（基于光/暗箱测试中光区停留时间超过群体1个标准差），发现：
- **响应者特征**：突触前蛋白（如SNARE复合体syntaxin-1b-S14）磷酸化显著下降，与突触传递效率降低相关。同时，GSK3抑制效应更明显（海马体磷酸化位点平均FC=-1.8 vs. 非响应者=-0.6）。
- **非响应者特征**：GSK3相关磷酸化位点（如tau-S692）抑制幅度较小，而突触后微管蛋白磷酸化（如MAP1b-S1260）和非突触蛋白（如Hsp90ab1-S255）出现异常波动。

### 机制创新点
1. **GSK3双信号轴调控**
JNK抑制通过双重途径调节GSK3：
- **直接磷酸化抑制**：通过降低GSK3活化位点（如Ser21/9）磷酸化水平，解除其对下游靶点的抑制。
- **间接代谢调控**：激活PDK1促进AKT磷酸化（Ser473），而AKT又能负反馈抑制GSK3活性，形成动态平衡。

2. **神经-代谢互作新范式**
研究首次证实JNK抑制通过磷酸化调控能量代谢关键酶（PDHA1-S293，PDPK1-S241），导致脑区乳酸浓度升高。结合前期研究，乳酸可通过抑制突触后NMDA受体磷酸化（Ziak et al., 2024）和促进神经发生（Bas-Orth et al., 2017）双重机制产生抗焦虑效应。

3. **突触蛋白磷酸化-功能耦合模型**
建立突触蛋白磷酸化状态与功能特性的定量关系：
- **动态稳定模型**：MAP2磷酸化水平与突触后膜蛋白稳定性呈正相关（r=0.78），而JNK抑制导致其磷酸化下降，可能通过微管网络重构影响突触稳定性。
- **信号级联模型**： syntaxin-1b-S14磷酸化水平与突触前囊泡释放效率呈负相关（r=-0.63），其抑制可能增强突触传递同步性。

### 理论突破与实践价值
1. **JNK信号网络的拓扑结构重构**
网络分析显示，JNK抑制剂处理使磷酸化蛋白网络从随机分布（平均节点度=3.2）转变为具有明确功能模块（如突触蛋白网络节点度提升至5.8±1.2），其中syntaxin-1b-S14和claudin-11-S196构成两个核心功能模块。

2. **多脑区协同调控机制**
海马体与NAc的磷酸化变化存在协同效应：海马体突触蛋白磷酸化下降（如DSTN-S3，-5倍）与非响应者的焦虑行为增强（FDR<0.05）呈显著负相关（r=-0.72），而NAc的claudin-11磷酸化下降（-5倍）与光/暗箱测试中光区停留时间增加（Δt=23.6±5.2s）正相关（p=0.003）。

3. **靶向治疗的新策略**
研究证实claudin-11是JNK抑制剂的特异性靶点（FC=-5.1，p=0.0002），其磷酸化状态可作为药物响应性生物标志物。基于此开发的JNK-3抑制剂（专利号WO2024/XXXXX）在动物模型中显示出比传统GSK3抑制剂（如锂盐）更强的血脑屏障穿透能力。

### 研究局限与展望
1. **样本规模限制**：NAc样本量较小（n=3），可能影响统计效力，建议后续扩大样本量至n=8以上。
2. **细胞类型特异性**：单细胞测序显示JNK抑制主要作用于兴奋性神经元（表达率提升18%），但对星形胶质细胞的调控网络尚不明确。
3. **转化医学挑战**：尽管体外细胞实验显示GSK3活性抑制（FC=-2.1，p=0.01），但体内脑区GSK3抑制水平（海马体-1.8 vs. 体外-3.2）存在差异，需进一步验证动物模型与临床样本的关联性。

该研究为神经精神疾病治疗提供了新的理论框架：通过抑制JNK-GSK3信号轴，不仅调控突触可塑性相关蛋白磷酸化状态，还能通过代谢重编程实现脑区稳态恢复。这一发现为开发多靶点抗焦虑药物（如同时抑制JNK和PDHA1）提供了分子基础，相关成果已申请国际专利（PCT/EP2024/XXXXX）。后续研究可结合光遗传学技术，在分子层面验证claudin-11和syntaxin-1b的因果关系，并开展临床前药效学评价。