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突觸的"自我穩(wěn)壓"奧秘揭曉之Sema3a蛋白如何跨器官守護(hù)神經(jīng)元通訊

瀏覽次數(shù)：202　發(fā)布日期：2025-7-8　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

當(dāng)我們學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，大腦突觸會(huì)悄悄調(diào)整自身強(qiáng)度；當(dāng)神經(jīng)疾病破壞信號(hào)傳遞時(shí)，突觸竟能自我補(bǔ)償——這種神奇的"穩(wěn)態(tài)可塑性"是大腦韌性的核心。近期，《Neuron》期刊的突破性研究發(fā)現(xiàn)，Sema3a蛋白及其受體構(gòu)成的信號(hào)通路，竟是支配從肌肉到海馬突觸"自我穩(wěn)壓"的通用開關(guān)。該發(fā)現(xiàn)不僅解開了神經(jīng)科學(xué)20年謎題，更為阿爾茨海默病、癲癇等疾病的治療提供了全新靶點(diǎn)。

研究思路：
針對(duì)“不同突觸如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)調(diào)控”這一科學(xué)難題，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了閉環(huán)式研究體系：首先通過(guò)基因定位策略，利用Sema3a^K108N點(diǎn)突變小鼠模型鎖定關(guān)鍵蛋白，并結(jié)合重組蛋白修復(fù)技術(shù)驗(yàn)證其對(duì)突觸穩(wěn)態(tài)的急性調(diào)控功能；繼而采用雙模解碼手段，同步運(yùn)用電生理記錄突觸傳遞效能與超分辨率熒光動(dòng)態(tài)成像技術(shù)，毫秒級(jí)捕捉囊泡從"靜息池"向"釋放池"調(diào)度的關(guān)鍵過(guò)程；最終通過(guò)通路破譯方案，在海馬和神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）實(shí)施神經(jīng)特異性基因敲降（KD）切斷信號(hào)流，并借助跨物種（果蠅→小鼠）進(jìn)化比對(duì)，揭示該調(diào)控通路的深層保守性。

研究方法和結(jié)果：
1.Sema3a在神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）的PHP核心作用
方法：

電生理記錄小鼠膈肌NMJ量子釋放（QC）
應(yīng)用AChR拮抗劑箭毒（0.1μM）誘導(dǎo)PHP
Sema3a^K108N突變體vs野生型對(duì)比
添加重組Sema3a蛋白（100nM）功能回補(bǔ)

結(jié)果：
✅ 突變體PHP完全喪失（QC補(bǔ)償消失）
✅ Sema3a重組蛋白恢復(fù)PHP功能
✅ 免疫熒光證實(shí)Sema3a精準(zhǔn)錨定突觸前活性區(qū)

圖1 Sema3a 對(duì)小鼠神經(jīng)肌接頭處的 PHP 是必需的

2. 海馬神經(jīng)元中Sema3a的PHP必要性
方法：

RNAscope定位Sema3a在海馬CA1區(qū)表達(dá)
AAV-shRNA敲降（KD）神經(jīng)元Sema3a
鈣輸入-輸出范式標(biāo)準(zhǔn)化刺激強(qiáng)度

結(jié)果：
✅ Sema3a特異性表達(dá)于錐體神經(jīng)元
✅ KD后AMPAR阻斷（GYKI）無(wú)法誘導(dǎo)PHP
✅ 突觸傳遞基礎(chǔ)功能不受影響號(hào)

圖2 在成年小鼠大腦中表達(dá)的 Sema3a 對(duì) PHP 是必需的

3. Sema3a突變體的海馬PHP缺陷
方法：

Thy1-GFP標(biāo)記錐體神經(jīng)元三維重建
鈣輸入-輸出結(jié)合GYKI處理

結(jié)果：
✅ 突變體樹突復(fù)雜性降低
✅ PHP抑制呈基因劑量依賴性（雜合>純合缺陷）
✅ 外源Sema3a蛋白40分鐘急性修復(fù)PHP

圖3 Sema3a K108N 突變小鼠缺乏海馬體PHP

4. PHP驅(qū)動(dòng)囊泡釋放庫(kù)（RRP）擴(kuò)張
方法：

20Hz高頻刺激誘導(dǎo)囊泡耗盡
SMN模型估算RRP大小

結(jié)果：
✅ GYKI處理使RRP擴(kuò)大
✅ 突變體中RRP擴(kuò)張消失
✅ 突變型Sema3a蛋白阻斷RRP重組

圖4在 PHP 期間突觸小泡預(yù)備池發(fā)生穩(wěn)態(tài)擴(kuò)張

5. 光學(xué)成像揭示囊泡重分配機(jī)制
方法：

pH敏感熒光探針SyPHy活體成像
區(qū)分囊泡池：靜息池/釋放池/循環(huán)池
900次動(dòng)作電位刺激量化池動(dòng)態(tài)

結(jié)果：
✅ PHP觸發(fā)靜息池→釋放池轉(zhuǎn)運(yùn)
✅ Sema3a-KD完全阻斷重分配
✅ 釋放速率提升

圖5 PBNdl神經(jīng)元的一個(gè)亞群將腸道D-葡萄糖信息傳遞給CRF PVN神經(jīng)元

6. Sema3a調(diào)控跨模態(tài)抑制可塑性（CMIP）
方法：

0mV電壓鉗記錄抑制性突觸后電流（IPSC）
GYKI誘導(dǎo)興奮-抑制聯(lián)動(dòng)

結(jié)果：
✅ 野生型中GYKI增強(qiáng)抑制性傳遞
✅ 突變體CMIP完全喪失
✅ 抑制性突觸RRP同步擴(kuò)張依賴Sema3a

圖6 在 Sema3a K108N 突變海馬體中 CMIP 受阻

7.三維電鏡解析突觸超微結(jié)構(gòu)
方法：

40nm切片三維電鏡重建
量化活性區(qū)面積/囊泡錨定數(shù)

結(jié)果：
✅ PHP使活性區(qū)面積擴(kuò)大
✅ 錨定囊泡數(shù)增加
✅ Sema3a突變破壞結(jié)構(gòu)-功能關(guān)聯(lián)

圖7 Sema3a 對(duì)結(jié)構(gòu)性 PHP 是必需的

8. PlexinA4-ITGB1受體復(fù)合物驗(yàn)證
方法：

鄰近連接技術(shù)（PLA）檢測(cè)受體互作
原代神經(jīng)元shRNA雙重KD
ITGB1激活構(gòu)象抗體標(biāo)記

結(jié)果：
✅ PlexinA4-ITGB1形成突觸前復(fù)合體
✅ 雙重KD選擇性阻斷PHP
✅ PHP誘導(dǎo)ITGB1構(gòu)象激活
✅ 跨物種核心證據(jù)：果蠅NMJ同源通路驅(qū)動(dòng)囊泡重分配（討論節(jié)）

圖8 PlexinA4 和 ITGB1 對(duì) PHP 是必需的

研究結(jié)論：
本研究首次揭示Sema3a-PlexinA4-ITGB1軸是跨突觸類型的通用穩(wěn)態(tài)語(yǔ)言：其機(jī)制突破體現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)囊泡從靜息池向釋放池毫秒級(jí)重分配，同步維持突觸超微結(jié)構(gòu)中活性區(qū)面積與囊泡錨定數(shù)的精確關(guān)聯(lián)；在疾病破局層面，該通路為神經(jīng)退行性疾病提供全新干預(yù)靶點(diǎn)——阿爾茨海默病的突觸失效可通過(guò)Sema3a激動(dòng)劑修復(fù)，癲癇異常放電可經(jīng)ITGB1調(diào)控再平衡；進(jìn)化啟示揭示該通路從果蠅神經(jīng)肌肉接頭到人類海馬突觸的4億年保守性，印證"神經(jīng)韌性"是生命體的進(jìn)化剛需。基于此，臨床轉(zhuǎn)化前瞻包括：研發(fā)Sema3a鼻腔噴霧劑靶向增強(qiáng)阿爾茨海默病突觸穩(wěn)態(tài)，設(shè)計(jì)PlexinA4小分子調(diào)節(jié)劑精準(zhǔn)控制癲癇病灶放電，以及以囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)效率為生物標(biāo)志物開發(fā)神經(jīng)退行病變?cè)缙谠\斷新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：Peter H. Chipman, Unghwi Lee, Brian O. OrrRichard D. Fetter, and Graeme W. Davis. A unifying mechanism for presynaptic homeostatic plasticity at mammalian peripheral and central synapses, Neuron. Published online June 30, 2025. doi:10.1016/j.neuron.2025.05.030. IF: 15.0 Q1.

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