肌动蛋白调控突触传递的新机制：抑制与促进的双重作用

为探究肌动蛋白（actin）如何调节突触传递，美国国立神经疾病和中风研究所的研究人员通过基因敲除实验，发现 actin 可抑制囊泡释放概率，在重复刺激时又能促进突触传递，该研究有助于理解相关神经疾病机制。

　　在神经系统的微观世界里，神经元之间的 “交流” 依赖于突触传递，这一过程就像一场精准的信息接力赛，而肌动蛋白（actin）则是这场比赛中一个神秘的 “幕后角色”。长久以来，科学家们都知道 actin 作为细胞骨架的重要组成部分，在细胞的各种活动中发挥着关键作用，但它在突触传递中究竟扮演何种角色，却一直是个未解之谜。

以往，科研人员试图借助药理学研究来揭开 actin 在突触传递中的秘密，他们使用各种药物来干扰丝状肌动蛋白（F-actin）的功能。然而，这些研究结果却充满了矛盾。比如，Latrunculin A 或 B 能抑制 F-actin 的形成，在某些实验中，它会增加海马神经元的兴奋性突触后电流（EPSC）幅度和微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率，促进内毛细胞带状突触的囊泡释放；但在其他实验中，它对七鳃鳗突触的 EPSC、花萼型突触的 EPSC 以及金鱼双极神经末梢的囊泡融合却没有影响。同样，另一种 F-actin 抑制剂细胞松弛素 D（cytochalasin D）的实验结果也不一致。这些矛盾的结果让 actin 在突触传递中的作用更加扑朔迷离，也让科学家们意识到，以往的研究方法可能存在一些问题，比如药物对 actin 细胞骨架的破坏程度不同，或者存在脱靶效应，而且不同细胞或细胞内不同的 actin 池对药物的反应也可能不同。

为了更深入、准确地探究 actin 在突触传递中的作用，美国国立神经疾病和中风研究所（National Institute of Neurological Disorders and Stroke）的 Xin-Sheng Wu、Zhen Zhang、Yinghui Jin 等研究人员开展了一项意义重大的研究。他们另辟蹊径，采用组织特异性基因敲除的方法，针对 actin 的 β 亚型（β-actin）和 γ 亚型（γ-actin）进行研究，同时结合多种先进的实验技术，如记录突触后 EPSC、测量突触前电容变化、利用 pH 敏感的突触素 - pHluorin（SypH）成像技术以及电子显微镜观察等，在大花萼型（calyx-type）和小常规海马突触中进行了全面而细致的探索。

经过一系列严谨的实验，研究人员得出了令人瞩目的结论：actin 在突触传递中起着双重作用。一方面，在单个动作电位激发时，actin 通过降低可释放囊泡（readily releasable vesicles）的释放概率，抑制基础突触传递；另一方面，在重复动作电位激发时，actin 通过减缓可释放囊泡池的消耗，从而减缓短期突触抑制（short-term synaptic depression），将对基础突触传递的抑制作用转变为促进作用，使得突触能够在较长时间内更有效地传递信息。这一发现为我们理解突触传递的调控机制提供了全新的视角，也为解释因 actin 细胞骨架受损而导致的神经疾病的发病机制提供了重要线索。例如，钾通道 Kv3.3 的突变会破坏神经末梢处 F-actin 的成核，可能增强基础突触传递，但抑制重复刺激时的突触传递，导致更快的短期突触抑制，这或许与脊髓小脑共济失调（spinocerebellar ataxia）的发生有关。

在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是基因敲除技术，通过培育特定的基因敲除小鼠，如将 Actb^LoxP/LoxP小鼠与 Krox20^Cre小鼠杂交，实现 β-actin 在特定组织（如大花萼型突触所在的下听觉系统）的敲除，同理培育 γ-actin 敲除小鼠，以此来研究 actin 亚型缺失对突触传递的影响；二是电生理记录技术，包括在脑片上记录 EPSC、mEPSC 以及通过全细胞膜片钳技术测量突触前膜电容变化，以此来分析囊泡释放和突触传递的电生理特性；三是荧光成像技术，利用 SypH 成像，在海马神经元突触中观察囊泡的释放情况；四是电子显微镜技术，通过对花萼型突触进行电子显微镜观察，分析囊泡的形态、数量以及与活性区的关系。

具体来看研究结果，在 β-actin 敲除实验中，研究人员发现：首先，在大花萼型突触（calyx of Held synapse）中，β-actin 敲除后，EPSC 幅度显著增加，mEPSC 频率也明显上升，但 mEPSC 幅度和上升速度没有变化，这表明 β-actin 敲除增加了单个动作电位释放的囊泡数量；其次，通过膜电容测量和分析发现，β-actin 敲除增加了可释放囊泡的释放概率（Prob_RRV），但不影响可释放囊泡池（RRP）的大小；电子显微镜观察进一步证实，β-actin 敲除后，花萼型突触中停靠囊泡（docked vesicles）的数量和直径均无明显变化。此外，在重复刺激实验中，β-actin 敲除加速了花萼型突触处 EPSC 的短期抑制。在海马突触研究中，研究人员发现 β-actin 敲除同样增加了单个动作电位诱发的 SypH 荧光变化（ΔF_Syph），即增加了囊泡释放概率，且之前研究还表明 β-actin 敲除会影响 RRP 的补充。γ-actin 敲除实验结果与 β-actin 敲除类似，也增加了 Prob_RRV。

综合研究结论和讨论部分，这项研究首次通过基因敲除的方法，全面揭示了 actin 在突触传递中的双重调控作用，为该领域的研究开辟了新的方向。其重要意义不仅在于深入阐释了突触传递的精细调控机制，让我们对神经元之间的信息传递过程有了更深入的理解，而且为后续研究 actin 相关神经疾病的发病机制和治疗策略提供了坚实的理论基础。未来，研究人员有望基于这些发现，进一步探索 actin 调控突触传递的分子机制，寻找潜在的治疗靶点，为相关神经疾病的治疗带来新的希望。