必需脂质通过富集膜相关凝聚体挽救自闭症小鼠模型的突触形态功能缺陷

【字体: 时间:2025年04月16日 来源:Cell Reports 7.5

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  本研究揭示必需脂肪酸DHA(二十二碳六烯酸)通过非经典FFAR4信号通路,促进突触支架蛋白PSD95与钾通道Kv1.2形成膜相关"半液滴"凝聚体,纠正Fmr1 KO小鼠的抑制性突触缺陷。该发现为神经发育障碍(NDDs)如脆性X综合征(FXS)提供了新型治疗策略,阐明脂质-蛋白质相分离在突触可塑性中的关键作用。

  

Highlights

研究发现DHA能催化Kv1.2-PSD95在质膜上的凝聚,这种作用不依赖脂质受体FFR4信号通路。在脆性X小鼠模型中,DHA通过将突触前PSD95-Kv1.2凝聚体重定位至中间神经元终末膜,成功挽救突触形态功能缺陷和刻板行为。这些发现揭示了必需脂质在将动态凝聚体转化为稳定突触凝聚体中的新机制。

Introduction

神经发育需要突触成分的精确时空合成、运输和聚集。近年研究发现突触活性区(AZ)和突触后密度(PSD)是生物分子凝聚体的重要位点,这些相分离结构响应神经元活动并支持突触可塑性需求。多不饱和脂肪酸(PUFAs)在突触中富集,对神经元发育和衰老至关重要。DHA作为最重要的Ω-3 PUFA(22:6ω-3),能直接调节多种离子通道功能。

研究以脆性X信使核糖核蛋白1(FMRP)敲除(Fmr1 KO)小鼠为模型,该模型小脑中间神经元(特别是篮状细胞)存在Kv1.2膜表达不足。这些电压门控钾通道对调节GABA释放和维持浦肯野细胞(PCs)的抑制性张力至关重要。FMRP缺失导致KCNA2/Kv1.2和DLG4/PSD95等突触mRNA翻译异常,引发脆性X综合征(FXS)——一种与自闭症谱系障碍(ASD)相关的顽固性神经发育障碍。

Results

DHA提升CHO细胞中Kv1.2膜表达且不依赖FFAR4受体信号

在稳定转染GFP-Kv1.2的CHO细胞中,30μM DHA处理48小时显著增加Kv1.2膜定位,同时减少胞质池分布。令人惊讶的是,FFAR4拮抗剂AH7614不能抑制这种重分布。电生理记录显示,短期DHA处理需联合内吞抑制剂Dynasore才能显著增加Kv1.2电流密度,表明DHA促进的膜定位需要C末端介导。

DHA通过与PSD95凝聚促进Kv1.2膜保留

体外重构实验显示,DHA诱导PSD95在脂滴周围形成球状凝聚体。加入含PDZ结合域的Kv1.2 C端肽段后,观察到更复杂的高级网状结构。在含5%-10% DHA的小单层脂质体(SUVs)上,PSD95呈现剂量依赖性凝聚,且Kv肽进一步增强这种作用。荧光寿命成像(FLIM)证实DHA促使PSD95-Kv1.2相互作用从胞质向质膜转移,形成吸附在膜内叶的"半液滴"。

破坏Kv1.2-PSD95互作重现Fmr1 KO突触缺陷

小脑切片实验中,TAT偶联的Kv1.2 C端肽段(Kv1.2-C)竞争性破坏内源性PSD95-Kv1.2互作,导致浦肯野细胞自发性抑制性突触后电流(sIPSCs)频率显著增加,重现了Fmr1 KO小鼠的突触表型。这证实PSD95-Kv1.2凝聚体对维持抑制性神经传递的关键作用。

DHA在体内外挽救Fmr1 KO缺陷

在原代Fmr1 KO皮层神经元中,DHA处理显著增加GFP-Kv1.2的膜定位和神经突分布。给5-7周龄小鼠喂食含0.5% DHA的饲料两周后,免疫荧光显示小脑Pinceau终末(篮状细胞抑制性突触)的Kv1.2免疫反应性和体积显著增加。三维重建显示DHA+组的Pinceau终末密度比低PUFA组增加约30%。

行为学检测发现,DHA补充显著减少Fmr1 KO小鼠的埋珠行为(刻板行为指标),且埋珠数量与Pinceau终末体积呈负相关。电生理记录显示,DHA+组浦肯野细胞动作电位发放频率更高、间隔更规律,GABAA受体拮抗剂能消除组间差异,证实DHA通过调节抑制性输入改善神经环路功能。

Discussion

该研究首次阐明必需脂质通过三种协同机制产生持久疗效:作为Kv1.2变构调节剂直接抑制神经终末过度兴奋;通过FFAR4依赖/非依赖途径降低促炎信号;最重要的是通过招募PSD95从胞质凝聚体库至膜区,改变脂质-蛋白质耦合凝聚体的功能景观。不同于传统脂筏机制,DHA和Kv1.2均位于非经典膜微区,PSD95棕榈酰化可能协同DHA促进膜锚定。

研究局限性包括未量化口服DHA的脑内浓度梯度,以及DHA对其他膜蛋白的广泛影响。但由于DHA已是广泛应用的食物补充剂,该发现为FXS等神经发育障碍提供了极具转化潜力的干预策略。未来研究可拓展至其他依赖PSD95-Kv1.2凝聚的神经精神疾病,并探索不同PUFA组合的协同效应。

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