突觸后穩定結構Collybistin與神經精神疾病的研究進展

毛 瑞， 徐仕皓， 孫光文， 余瑩瑩， 王媛媛綜述， 楊文瓊審校

神經精神疾病復雜多樣，大多數難以治愈，且很多疾病的機制至今不清，找到新的治療靶點對于治療疾病極其重要。Collybistin是一種鳥苷二磷酸-鳥苷三磷酸交換因子，具有穩定抑制性突觸結構、參與突觸可塑性、樹突生長等作用，參與多種神經、精神疾病的發生發展過程，可能是治療神經精神疾病新的靶點，以下將對其展開綜述。

1 Collybistin的結構

Collybistin(CB)是由rho鳥嘌呤核苷酸交換因子9基因(ARHGEF9)編碼的鳥苷二磷酸-鳥苷三磷酸(GDP-GTP)交換因子[1]，它與GTP酶激活蛋白(GAP)和鳥苷酸解離抑制因子(GDI)一起起到調節小GTP酶的活化作用，屬于Dbl家族。大多數功能性Collybistin是由從氨基到羧基末端的SH3、DH和PH結構域組成[1]。它在N端SH3結構域受蛋白質-蛋白質相互作用的調節，還能結合神經連接蛋白2/4和GABAAR的α2亞基。DH結構域也稱RhoGEF結構域，介導與Gephyrin的相互作用，并催化小GTP酶Cdc42上的GDP-GTP交換，Cdc42在肌動蛋白重組中起重要作用。Collybistin在PH結構域可與磷酸肌醇結合，如磷酸肌醇3-磷酸(PI3P/PtdIns3P)和磷酸肌醇4-單磷酸(PI4P/PtdIns4P)[2]，小GTP酶TC10可能參與其中，它可以調控Collybistin與磷酸肌醇結合的特異性[3]。正常情況下，CB處于未激活的狀態，由于其自抑制SH3結構域而處于不活躍、封閉的結構中。這種構象不會干擾CB與Gephyrin的結合，但它能阻止CB的PH結構域與PI3P之間的相互作用，從而阻止了CB-Gephyrin復合物的膜插入[4]。

2 Collybistin的功能

2.1 參與抑制性神經突觸的形成 Collybistin與支架蛋白(Gephyrins，Gep)、神經連接蛋白(Neuroligins)、受體相互作用一起參與抑制性突觸GABA受體、甘氨酸受體與神經元突觸的結合[2]。在GABA能突觸，CB主要與神經連接蛋白2一起發揮作用，有研究發現，缺乏CB可以降低小鼠海馬和杏仁核Gephyrin和GABAAR聚類，相反，CB的過表達會導致培養海馬神經元和大腦皮質中含有過量Gephyrin和γ2的GABAAR簇[5～7]，然而，CB基因的破壞對大腦皮質內的Gephyrin或GABAAR聚類沒有影響，這也證明了Cb基因敲除對Gephyrin或GABAAR聚類具有區域特異性[8]。在甘氨酸能突觸，CB主要與神經連接蛋白4一起發揮作用，有研究發現，在體外環境下，CB共表達也可誘導Gephyrin/GlyR簇膜移位[5,9]，然而，在CB基因敲除后，突觸GlyRs簇完全保持不變，動物的運動功能和運動行為也完全保持不變[8]，這證明了CB可能具有突觸特異性。毫無疑問的是，CB在抑制性神經突觸的形成中發揮著重要作用，它與其他蛋白組成的突觸后遞質受體的精確空間結構是神經元之間的突觸傳遞的基礎。突觸效能的活性依賴性改變受體的數量和密度的改變有一定的關系。

2.2 突觸可塑性 Collybistin是抑制性突觸后膜形成和可塑性的重要決定因素，缺乏CB會導致mIPSC(miniature inhibitory postsynaptic currents，突觸后微電流)頻率的顯著降低，同時伴隨GABA能抑制、網絡興奮性發生顯著變化，并削弱空間學習能力[10]。此外，有研究發現，在ARHGEF9基因敲除的小鼠中去除CB表達會導致海馬突觸可塑性的改變，表現為對新環境的探索減少，空間學習受損，焦慮相關反應增加，認知能力缺陷和抽搐[1,11,12]。Jedlicka等人也可以驗證此觀點，他們在實驗中發現，Cb缺陷會損害齒狀回突觸長期可塑性的誘導，這與GABA能突觸中突觸gephyrin和GABAAR簇的顯著減少有關[11]。Papadopoulos等人對海馬CA1區突觸可塑性的分析表明，Cb缺乏導致LTP、LTD和去電位的顯著變化，原因是由于樹突狀GABA能抑制的減少改變了對LTP誘導持久突觸可塑性的閾值[8]，與此相一致的是，有報道發現，由于GABAAR介導的抑制活性的降低，GABA戒斷誘導的過度興奮會降低LTP誘導的閾值[8]。

2.3 樹突生長 神經元遷徙、樹突和樹突棘的生長也被發現與CB有關[13]。有研究發現，在海馬成體神經發生過程中，CB1可以調控神經元的遷移，而CB2對樹突的生長起著至關重要的作用[13]。此外，CB1還被發現可能在出生后神經元成熟的早期階段起主導作用，此時樹突生長和突觸形成發生快速變化[13]。Groot等人沉默了成人齒狀回GCs中CB的表達，證明了內源性CB可以促進神經元向SGZ遷移，限制了未成熟GCs的樹突生長[13]。Papadopoulos等人也可以證明以上觀點，他們在CB缺陷小鼠中發現，Gephyrin和GABAAR的突觸后聚集在樹突中被破壞了，從而會影響樹突的生長[8,11]。

2.4 肌動蛋白的細胞骨架 神經元形態的調控和活性依賴的突觸修飾涉及到肌動蛋白細胞骨架的重組。其中Cdc42對細胞骨架組織具有重要的作用,被認為是肌動蛋白細胞骨架的關鍵調節因子[14]。CB亞型也被發現可以間接影響肌動蛋白的細胞骨架。研究發現，它可能是Cdc42活性的負調控因子，可以通過隔離來阻止Cdc42的激活。結合CB的Gephyrin減少了被隔離Cdc42的數量，從而減少了Cdc42在肌動蛋白細胞骨架重構中的可用性[13]。

2.5 信號通路 參與信號通路的形成：Machado等人已經證明野生型CB與哺乳動物雷帕霉素靶標(MTOR)物理上相互作用，并抑制mTOR復合物1信號通路。MTOR復合體1信號通路的抑制是否與不同功能區ARHGEF9突變患者的不同臨床特征有關，有待進一步研究[1,15]。此外，Collybitin可能通過磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)驅動的級聯激活，誘導肌動蛋白細胞骨架重排，伴隨樹突分化和抑制突觸形成，因此，允許GlyRs和GABAARs的招募形成突觸后膜特化[16]。Papadopoulos等人也發現，由Ⅲ類磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K-C3)產生的PI3P核內體池對于CB介導的抑制性突觸后Gephyrin和GABAAR招募非常重要[17]。

2.6 參與真核生物的翻譯 有研究發現，Collybistin和Gephyrin是真核生物翻譯起始因子3(eukaryotic translation initiation factor 3，eIF3)復合物的新組成部分。真核生物的翻譯起始需要多個真核起始因子的參與，其中eIF3是最大、最復雜的eIFs，在翻譯起始及其調控中起核心作用。Sertie等人在293T細胞中，通過免疫共沉淀實驗發現，CB、Gephyrin和eIF3H似乎組裝成一個三聚體蛋白復合物發揮作用。他們推測CB可能通過依賴或者非依賴mTOR的方式參與其中，一方面，CB可能通過其GEF活性，激活mTOR信號通路，或是通過促進鳥嘌呤核苷酸在Rheb上的交換，Rheb是ras相關的GTPase，當與GTP結合時激活mTOR 酶的活性[18]；另一方面，CB可能直接影響eIF3的組裝或功能，具體機制仍有待研究[18]。

3 Collybistin與神經精神疾病

Collybistin功能障礙已被證實與自閉癥、癲癇、智力殘疾有關，此外，我們發現它可能也與阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的發病相關。

3.1 Collybistin與自閉癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder，ASD) ASD是一組神經發育障礙的總稱，包括社會溝通、社會互動的缺陷以及限制性重復行為。有臨床病例報道，編碼Collybistin的ARHGEF9基因點突變、基因重排、缺失等突變被發現與ASD有關[19]。此外，Collybistin被證明參與了哺乳動物雷帕霉素復合物1(mTORC1)信號通路的下調，類似于Gephyrin,增加的mTORC1活性被認為促進了ARHGEF9突變患者的智能障礙和ASD表型[19,15]。Bhat等人新發現，ARHGEF9的Xq11.1-11.2缺失可能是導致自閉癥譜系障礙臨床特征的原因[19]。

3.2 Collybistin與癲癇 癲癇是一種伴有多種危險因素和強烈遺傳易感性的常見的腦部疾病，多表現為大腦神經元突發性異常放電，導致短暫的大腦功能障礙。有研究發現，ARHGEF9的無效突變或破壞性突變與輕度癲癇有關，而錯義突變多與難治性癲癇相關。先前的一項臨床病例發現，DH區的突變比PH區的突變更容易使患者發生癲癇[20]。此外，Yao等人發現，ARHGEF9錯義突變的患者會表現出不同的發作類型和發作時間，提示部分變異也可能在癲癇性腦病等嚴重癲癇的發病機制中發揮額外的作用[1]。Harvey等人也可證明以上觀點，他們發現ARHGEF9在SH3結構域的錯意突變p.G55A會引起耐藥性癲癇，可能是由于體細胞和樹突捕獲的由Collybistin聚集的Gephyrin和受體引起的[9]。Hines等人在CBα2亞基結合區突變的小鼠中發現了一種獨特的抑制性突觸子集的丟失和抑制性突觸電流幅度的降低，這導致了癲癇發作和早期死亡的表型增加[21,10]。

3.3 Collybistin與 X連鎖智力障礙(X-linked mental retardation，XLID) XLID是一種與X基因連鎖的隱性遺傳相關的智力、適應、認知功能受限的疾病。有研究發現，ARHGEF9中的p.R356Q錯義突變可能是XLID的潛在原因，其機制可能是通過影響PH區的精氨酸殘基，進一步影響與磷酸肌苷的結合，導致不能將EGFP-Gephyrin易位到亞膜微聚集物中，從而破壞了GABA突觸上Gephyrin的聚集[2]。Marco等人在在一位患有嚴重智力障礙的女性患者中發現了ARHGEF9的X染色體倒置干擾[22]。Kalscheuer等人在t(X;18)易位的女性患者中發現了重度智力的表現，原因可能是這種易位破壞了ARHGEF9，導致截斷mRNA的產生[23]。此外，Gaetan等人發現ARHGEF9的Xq11.11微缺失可能也會導致智力障礙[24]。總之，這些發現都證明了ARHGEF9可能在認知發展中具有重要的作用。

3.4 Collybistin與阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種表現為進行性認知功能障礙和行為損害的神經退行性疾病。有研究發現，在AD的小鼠模型中，GABAAR和Gephyrin都呈現一種表達水平下降的表現。Luchetti等人發現，無論是AD病程早期還是晚期GABAAR的α1、α2亞基在前額葉皮質中表達都是減少的，而在AD病程晚期中可以觀察到GABAAR-α4、β2和δ亞基的下調[25]。此外，有研究在兩種不同的轉基因小鼠AD模型(ADTG2576 和TG-SwDI)的老年大腦中發現了Gephyrin 表達的下調[26,5]。那么與Gephyrin結合的突觸后穩定結構Collybistin在AD中的表達有什么變化？ARHGEF9的基因突變是否與AD相關仍有待進一步研究。

4 總結與展望

神經元突觸的功能及其效能的動態調節取決于突觸后神經遞質受體裝置的組裝。Collybistin在其中起著穩定抑制性神經突觸、調節突觸可塑性、參與樹突的生長、調節肌動蛋白細胞骨架的作用，此外它還可以參與信號通路的形成、參與真核生物的翻譯。我們的綜述發現，Collybistin的基因突變也與許多重要的疾病相關，但是目前，關于它的研究較少，需要進一步的深入研究。