FMRP 调控海马神经元结构与 NMDA 受体突触含量：揭开脆性 X 综合征细胞机制的新面纱

《Journal of Molecular Neuroscience》：FMRP Controls Neuronal Architecture and Synaptic Content of NMDA Receptors in Cultured Hippocampal Neurons

脆性 X 综合征（FXS）是常见的遗传性智力障碍，由 Fmr1 基因转录沉默和脆性 X 信使核糖核蛋白（FMRP）缺失导致。研究人员用野生型（WT）和 Fmr1 基因敲除（KO）小鼠的原代海马神经元培养物，探究 FMRP 缺失的影响，发现 Fmr1 KO 神经元形态和受体分布改变，兴奋性降低，为 FXS 研究提供了新视角。

　　在神经科学的神秘领域中，脆性 X 综合征（Fragile X syndrome，FXS）宛如一座难以攻克的堡垒，吸引着无数科研人员探索其背后的奥秘。FXS 是一种 X 连锁神经发育障碍，也是最常见的遗传性智力障碍，影响着众多家庭。它主要由 Fmr1 基因的异常导致，使得脆性 X 信使核糖核蛋白（FMRP）缺失。FMRP 作为一种 RNA 结合蛋白，对大脑正常功能至关重要，它参与调节多种突触蛋白的合成。然而，尽管已知 FXS 患者存在电路过度兴奋的特征，但 FMRP 缺乏在细胞层面的自主效应却一直模糊不清。为了揭开这层神秘的面纱，来自葡萄牙科英布拉大学（University of Coimbra）的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Journal of Molecular Neuroscience》上，为我们理解 FXS 的发病机制带来了新的曙光。

研究人员主要采用了基因敲除小鼠模型、原代海马神经元培养、免疫细胞化学、多电极阵列记录等技术方法。他们从野生型（WT）和 Fmr1 基因敲除（KO）小鼠获取原代海马神经元培养物，通过免疫细胞化学技术标记相关蛋白，利用多电极阵列记录神经元的电活动。

研究结果如下：

1. FMRP 调节培养神经元的形态：对出生后 0 - 1 天的 WT 和 Fmr1 KO 雄性小鼠的原代海马神经元进行培养，在体外培养第 15 天（DIV15）进行免疫标记。发现 Fmr1 KO 神经元的树突复杂度降低，总树突长度（TDL）减少，分支点和端点数量减少，而胞体增大。同时，FMRP 似乎不参与轴突起始段（AIS）形态的调节，不过在 Fmr1 KO 神经元中，胞体面积与 AIS 长度、AIS 与胞体的距离存在正相关，这可能是神经元调节兴奋性的一种机制。
2. 成熟培养的 Fmr1 KO 神经元的突触密度不受影响：通过免疫标记 WT 和 Fmr1 KO 海马神经元的突触后标记蛋白 PSD95 和突触前标记蛋白囊泡谷氨酸转运体 1（vGluT1），分析发现两者在突触密度相关参数上无显著差异，表明突触密度未受 Fmr1 KO 的影响。
3. FMRP 特异性调节 GluA2 - AMPA 受体亚基的突触表达：研究 AMPA 受体亚基 GluA1 和 GluA2 在神经元表面的分布情况。结果显示，Fmr1 KO 神经元中 GluA1 的分布未受影响，而 GluA2 在神经元表面的表达增加，但在突触中的含量未改变，说明 FMRP 调节 GluA2 的表面含量，但不影响其突触含量。
4. Fmr1 KO 培养的海马神经元中 NMDA 受体分布受损：分析 NMDA 受体亚基 GluN2A 和 GluN2B 的分布，发现 Fmr1 KO 神经元中 GluN2A 在神经元质膜和突触中的含量增加，而 GluN2B 在突触中的含量降低，这种失衡可能影响树突对输入信号的处理和神经元的可塑性。
5. Fmr1 KO 海马神经元的自发放电活动减少：利用多电极阵列记录神经元的自发放电活动，发现 Fmr1 KO 神经元的平均放电率和每个爆发的尖峰数量减少，尽管爆发持续时间和频率与对照组相似，但这些变化表明 Fmr1 KO 海马神经元的放电特性和产生动作电位模式的能力发生了改变。

研究结论和讨论部分指出，FMRP 缺乏导致海马神经元树突缩短、复杂度降低、胞体增大，同时改变了 NMDA 受体亚基的分布，这些变化影响了神经元的兴奋性和可塑性。尽管本研究在细胞层面揭示了 FMRP 缺乏的影响，但仍有许多问题有待解决，比如这些细胞自主特征如何在更复杂的脑回路中整合，以及其他细胞类型如何影响神经元回路的兴奋性等。该研究为深入理解 FXS 的发病机制提供了重要依据，也为未来开发针对 FXS 的治疗策略奠定了基础，推动了神经科学领域对遗传性神经发育障碍的研究进程。