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这篇研究聚焦于 α2δ 蛋白在哺乳动物大脑突触中的作用。通过构建三重条件敲除小鼠模型，发现其虽不影响突触发育和超微结构，但在调控 Munc13-1 水平、CaV2.1 丰度及突触增益方面意义重大，为相关脑疾病研究提供新思路。
研究背景
突触（Synapses）作为中枢神经系统（CNS）信息传递的基本单元，其发育、传输和可塑性由高度复杂的分子机制调控。细胞外分子在突触形成、发育和传递中起关键作用，人类相关基因突变与神经系统疾病有关。α2δ 蛋白是电压门控钙通道（CaV）的糖基化细胞外辅助亚基，在哺乳动物中有 4 种亚型（α2δ1–4） ，广泛表达于中枢神经系统，参与多种生理和病理过程。然而，α2δ 在天然神经元回路中的具体调控机制，以及其作用是特异性针对突触前还是突触后，仍存在诸多未知。
研究方法
为解决上述问题，研究人员创建了一种 Cacna2d1、Cacna2d2、Cacna2d3（Cacna2d1,2,3）三重条件敲除（CKO）小鼠模型，可在体内特定细胞类型和时间点，选择性敲除发育中哺乳动物谷氨酸能突触的 α2δ1、α2δ2 和 α2δ3。运用功能、分子和形态学等多种研究方法，深入探究 α2δ 在突触中的作用。
研究结果
- 突触形成和超微结构不受影响：利用 Cacna2d1,2,3 CKO 小鼠模型，研究人员以听觉通路中的谷氨酸能 Held 氏壶腹 / 斜方体内侧核（MNTB）神经元突触为研究对象。通过对 P1 小鼠的处理和后续分析发现，敲除 α2δ1–3 后，Held 氏壶腹的形态、突触数量以及突触前超微结构（如活性区（AZ）长度、突触小泡（SV）分布等）均未发生显著变化。这表明在哺乳动物体内，突触前 α2δ1–3 并非突触形成、维持突触数量和决定突触前超微结构的关键因素，与果蝇体内的研究结果不同。
- 影响 CaV2.1 丰度但不影响其聚类： 突触前 CaV2 的丰度和组织方式对突触强度和可塑性至关重要。研究发现，敲除 α2δ1–3 后，通过单分子定位研究和 SDS - 消化冷冻断裂复制品免疫金标记（SDS - FFRIL）技术检测，发现突触前 CaV2.1 通道数量显著减少约 80%，但 CaV2.1 的聚类情况（如聚类中粒子数量、相对分布以及粒子间凝聚力等）并未受到影响。这说明 α2δ 是突触前 CaV2.1 丰度的重要调节因子，但不参与调控 CaV2.1 的聚类。
- 正向调节 Munc13-1 水平：研究人员对突触前 AZ 蛋白组织和 CaV2.1 在突触前 AZ 内的定位进行研究时发现，敲除 α2δ1–3 后，RIM1/2 的水平和聚类未发生变化，而 Munc13-1 的水平降低约 2 倍，且其聚类和未聚类粒子的相关参数也有所改变。不过，CaV2.1 与 Munc13-1 之间的相对距离并未受影响。由此可见，突触前 α2δ 是 Munc13-1 水平的特异性正向调节因子，对 RIM1/2 水平则无明显调控作用。
- 调节突触增益而非 SV 释放动力学：突触强度受多种 CaV2 非依赖和依赖机制共同调控。在研究 α2δ 对这些机制的影响时发现，敲除 α2δ1–3 后，AP 诱发的释放初始突触强度显著降低，且短期可塑性发生改变，但 EPSC 波形的上升时间和半高宽等释放动力学参数未变。此外，自发释放的 mEPSC 频率增加，而 mEPSC 幅度和上升时间无明显变化。这表明 α2δ1–3 主要作为突触增益的正向调节因子，而非影响 SV 释放动力学。
研究讨论
该研究结果与当前关于 α2δ 功能的认知存在差异。以往研究中观察到的表型可能是由于轴突生长过程中 α2δ 缺失的补偿作用导致，并非 α2δ 在突触发育和维持中的真实功能。研究数据支持 α2δ 作为 CaV2 在质膜上的正向调节因子的观点，但不支持其作为耦合正向调节因子的假设。同时，研究表明 α2δ 并非突触前释放位点与突触后受体对齐以及维持 AMPA 受体丰度的关键因素。
此外，研究还发现 α2δ 是 Munc13 水平的正向调节因子，敲除 α2δ 会导致 mEPSC 速率增加。目前虽不清楚 Munc13-1 减少导致 mEPSC 速率增加的具体机制，但推测可能与 Munc13-1/RIM 异二聚体的形成有关。未来还需进一步研究 α2δ 调节 Munc13-1 水平的具体机制，以及这种调节是否具有 Munc13-1 特异性。由于 α2δ 具有独特的结构域，可能通过与其他信号分子相互作用来控制突触蛋白的丰度，未来研究可聚焦于 α2δ 的亚型特异性机制，以深入了解其在突触传递和神经元回路功能中的作用。
总体而言，该研究通过构建新型小鼠模型，深入探究了 α2δ 在哺乳动物大脑突触中的作用，明确了其调控角色，为理解突触生理和相关脑疾病的发病机制提供了新的视角和理论依据，也为后续研究指明了方向。
