J Neurosci︱周强课题组揭示突触外NMDARs双向调控抑制性神经元内在兴奋性
撰文︱姚露露
责编︱王思珍
谷氨酸受体（NMDAR）对大脑的生理和病理过程都很重要，在关键的大脑功能（例如学习和记忆）以及发育过程中神经元连接的改变都是必需的。另一方面，NMDAR在某些病理条件下的过度激活能诱发突触损失甚至神经元损失[1-3] 。然而，这些结论主要基于对兴奋性神经元上NMDAR的研究，而GABA能神经元上NMDARs的作用则知之较少[4]。
抑制性神经元虽然只占大脑皮层中约20%的神经元，但在信息处理、振荡、调谐和激发与抑制之间的适当平衡中起着关键作用[5]。 抑制性神经元中的NMDAR因其对许多精神疾病的病理学和治疗机制具有重要贡献而受到广泛关注，包括精神分裂症和抑郁症[6]。
2022年2月22日，北京大学深圳研究生院的周强课题组在Journal of Neuroscience在线发表了题为“Extrasynaptic NMDA receptors bidirectionally modulate intrinsic excitability of inhibitory neurons”的文章，阐述了NMDAR双向调节成年抑制性GABA能神经元的内在兴奋性，这种调控与GluN2C/2D亚基相关。论文第一作者为姚露露（目前就职于广州中医药大学）。
首先作者发现利用NMDAR的拮抗剂D-APV或NMDAR的增强调节剂M-8324能分别降低或增强抑制性神经元上的自发性动作电位（图1）、诱发性动作电位（图2）、兴奋性突触后电位（EPSP）-动作电位偶联（图3），表明NMDAR的确能够双向调控抑制性神经元的兴奋性。利用特异性调节剂靶向调控由不同亚基组成的NMDAR的功能，包括TCN-201 （GluN2A）、Pip18（GluN2B）、NAB-14（GluN2C/2D）和CIQ （GluN2C/2D），检测了对抑制性神经元固有兴奋性的影响，GluN2D-cKO的转基因小鼠的结果进一步明确了GluN2D亚基的贡献。
（图引自 Yao L. et al., J Neurosci, 2022）
图2 诱发性动作电位能分别被NMDAR（A2）拮抗剂或增强调节剂（C）所降低或增强。
（图引自 Yao L. et al., J Neurosci, 2022）
图3 EPSP-动作电位偶联能分别被NMDAR增强调节剂（A2&B）或拮抗剂（E）所降低或增强。
（图引自 Yao L. et al., J Neurosci, 2022）
已有报道提示突触外的NMDARs可能参与调控神经元的固有兴奋性[7]，但并没有直接的证据。为了更加直接研究这个问题，本研究利用了一个化合物，EU1794-4，因为之前证据表明它可能特异性地作用在突触外NMDARs [8]。为了证实该化合物的特异性，作者首先合成了与荧光基团相连接的EU1794-4（EU1794-4-Fluo），证实了EU1794-4的确能选择性地与突触外NMDAR结合。EU1794-4-Fluo增强了突触外NMDAR介导的反应（图5 F）。将EU1794-4-Fluo与原代神经元培养孵育，并与突触标记物突触蛋白进行共染，发现这两个标记物的荧光之间没有太多重叠，而EU1794-4-Fluo的荧光主要围绕突触素（synaptohysin）周围（图5 G），从而表明EU1794-4主要与突触外NMDAR结合。
图5 EU1794-4 结合在突触外NMDARs。
（图引自 Yao L. et al., J Neurosci,2022）
接下来，通过使用EU1794-4调控突触外NMDAR以观察对GABA能神经元的内在兴奋性中的作用，而发现EU1794-4显著地增强了GABA能神经元的自发性放电（图6 A）、EPSP-动作电位偶联（图6 B, C）以及电流诱导的动作电位发放（图6 D），从而证明了调控突触外NMDARs的功能可以明显调控抑制性神经元的固有兴奋性。
图6 突触外NMDARs对抑制性神经元上内在兴奋性的作用。
（图引自 Yao L. et al., J Neurosci, 2022）
在这项研究中，姚露露和同事们揭示了突触外NMDAR对抑制性/ GABA能神经元的内在兴奋性的重要贡献：（1）NMDARs双向调节这种兴奋性，因为激活增强而抑制降低它；（2）含GluN2C/2D的NMDAR亚基对这种调节有显著贡献；（3）突触外NMDARs在这种调节中起着关键作用。这些新发现对NMDAR在脑功能生理学和病理学的认识具有深远的影响。关于调控突触外NMDARs如何引起抑制性神经元内在兴奋性的机制值得进一步探究。
原文链接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2065-21.2022
通讯作者周强（后排右三）；第一作者姚露露 （后排左一）。
（照片提供自北京大学深圳研究生化学生物学与生物技术学院周强课题组）
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【4】Mol Neurodegener︱HIV治疗新突破！CCR5拮抗剂缓减了HIV诱导的AD样神经病变
【5】PNAS︱ 新发现！一种调节脑内神经元发育和促炎反应的小胶质细胞亚型
【6】J Neruosci︱新发现！嗅觉可塑性新机制：兴奋性轴突区域适应嗅觉系统的感觉剥夺
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参考文献（上下滑动查看）
1Hardingham, G. E. & Bading, H. Synaptic versus extrasynaptic NMDA receptor signalling: implications for neurodegenerative disorders. Nat. Rev. Neurosci. 11, 682-696, doi:10.1038/nrn2911 (2010).
2Paoletti, P., Bellone, C. & Zhou, Q. NMDA receptor subunit diversity: impact on receptor properties, synaptic plasticity and disease. Nat. Rev. Neurosci. 14, 383-400, doi:10.1038/nrn3504 (2013).
3Traynelis, S. F. et al. Glutamate receptor ion channels: structure, regulation, and function. Pharmacol. Rev. 62, 405-496, doi:10.1124/pr.109.002451 (2010).
4Pelkey, K. A. et al. Hippocampal GABAergic Inhibitory Interneurons. Physiol. Rev. 97, 1619-1747, doi:10.1152/physrev.00007.2017 (2017).
5Isaacson, J. S. & Scanziani, M. How Inhibition Shapes Cortical Activity. Neuron 72, 231-243, doi:10.1016/j.neuron.2011.09.027 (2011).
6Zhou, Q. & Sheng, M. NMDA receptors in nervous system diseases. Neuropharmacology 74, 69-75, doi:10.1016/j.neuropharm.2013.03.030 (2013).
7Sah, P., Hestrin, S. & Nicoll, R. A. Tonic Activation of Nmda Receptors by Ambient Glutamate Enhances Excitability of Neurons. Science 246, 815-818, doi:DOI 10.1126/science.2573153 (1989).
8Perszyk, R. et al. An NMDAR positive and negative allosteric modulator series share a binding site and are interconverted by methyl groups. Elife 7, doi:ARTN e34711
10.7554/eLife.34711 (2018).
制版︱王思珍
本文完