突触后稳定结构Collybistin与神经精神疾病的研究进展

毛 瑞， 徐仕皓， 孙光文， 余莹莹， 王媛媛综述， 杨文琼审校

神经精神疾病复杂多样，大多数难以治愈，且很多疾病的机制至今不清，找到新的治疗靶点对于治疗疾病极其重要。Collybistin是一种鸟苷二磷酸-鸟苷三磷酸交换因子，具有稳定抑制性突触结构、参与突触可塑性、树突生长等作用，参与多种神经、精神疾病的发生发展过程，可能是治疗神经精神疾病新的靶点，以下将对其展开综述。

1 Collybistin的结构

Collybistin(CB)是由rho鸟嘌呤核苷酸交换因子9基因(ARHGEF9)编码的鸟苷二磷酸-鸟苷三磷酸(GDP-GTP)交换因子[1]，它与GTP酶激活蛋白(GAP)和鸟苷酸解离抑制因子(GDI)一起起到调节小GTP酶的活化作用，属于Dbl家族。大多数功能性Collybistin是由从氨基到羧基末端的SH3、DH和PH结构域组成[1]。它在N端SH3结构域受蛋白质-蛋白质相互作用的调节，还能结合神经连接蛋白2/4和GABAAR的α2亚基。DH结构域也称RhoGEF结构域，介导与Gephyrin的相互作用，并催化小GTP酶Cdc42上的GDP-GTP交换，Cdc42在肌动蛋白重组中起重要作用。Collybistin在PH结构域可与磷酸肌醇结合，如磷酸肌醇3-磷酸(PI3P/PtdIns3P)和磷酸肌醇4-单磷酸(PI4P/PtdIns4P)[2]，小GTP酶TC10可能参与其中，它可以调控Collybistin与磷酸肌醇结合的特异性[3]。正常情况下，CB处于未激活的状态，由于其自抑制SH3结构域而处于不活跃、封闭的结构中。这种构象不会干扰CB与Gephyrin的结合，但它能阻止CB的PH结构域与PI3P之间的相互作用，从而阻止了CB-Gephyrin复合物的膜插入[4]。

2 Collybistin的功能

2.1 参与抑制性神经突触的形成 Collybistin与支架蛋白(Gephyrins，Gep)、神经连接蛋白(Neuroligins)、受体相互作用一起参与抑制性突触GABA受体、甘氨酸受体与神经元突触的结合[2]。在GABA能突触，CB主要与神经连接蛋白2一起发挥作用，有研究发现，缺乏CB可以降低小鼠海马和杏仁核Gephyrin和GABAAR聚类，相反，CB的过表达会导致培养海马神经元和大脑皮质中含有过量Gephyrin和γ2的GABAAR簇[5～7]，然而，CB基因的破坏对大脑皮质内的Gephyrin或GABAAR聚类没有影响，这也证明了Cb基因敲除对Gephyrin或GABAAR聚类具有区域特异性[8]。在甘氨酸能突触，CB主要与神经连接蛋白4一起发挥作用，有研究发现，在体外环境下，CB共表达也可诱导Gephyrin/GlyR簇膜移位[5,9]，然而，在CB基因敲除后，突触GlyRs簇完全保持不变，动物的运动功能和运动行为也完全保持不变[8]，这证明了CB可能具有突触特异性。毫无疑问的是，CB在抑制性神经突触的形成中发挥着重要作用，它与其他蛋白组成的突触后递质受体的精确空间结构是神经元之间的突触传递的基础。突触效能的活性依赖性改变受体的数量和密度的改变有一定的关系。

2.2 突触可塑性 Collybistin是抑制性突触后膜形成和可塑性的重要决定因素，缺乏CB会导致mIPSC(miniature inhibitory postsynaptic currents，突触后微电流)频率的显著降低，同时伴随GABA能抑制、网络兴奋性发生显著变化，并削弱空间学习能力[10]。此外，有研究发现，在ARHGEF9基因敲除的小鼠中去除CB表达会导致海马突触可塑性的改变，表现为对新环境的探索减少，空间学习受损，焦虑相关反应增加，认知能力缺陷和抽搐[1,11,12]。Jedlicka等人也可以验证此观点，他们在实验中发现，Cb缺陷会损害齿状回突触长期可塑性的诱导，这与GABA能突触中突触gephyrin和GABAAR簇的显著减少有关[11]。Papadopoulos等人对海马CA1区突触可塑性的分析表明，Cb缺乏导致LTP、LTD和去电位的显著变化，原因是由于树突状GABA能抑制的减少改变了对LTP诱导持久突触可塑性的阈值[8]，与此相一致的是，有报道发现，由于GABAAR介导的抑制活性的降低，GABA戒断诱导的过度兴奋会降低LTP诱导的阈值[8]。

2.3 树突生长 神经元迁徙、树突和树突棘的生长也被发现与CB有关[13]。有研究发现，在海马成体神经发生过程中，CB1可以调控神经元的迁移，而CB2对树突的生长起着至关重要的作用[13]。此外，CB1还被发现可能在出生后神经元成熟的早期阶段起主导作用，此时树突生长和突触形成发生快速变化[13]。Groot等人沉默了成人齿状回GCs中CB的表达，证明了内源性CB可以促进神经元向SGZ迁移，限制了未成熟GCs的树突生长[13]。Papadopoulos等人也可以证明以上观点，他们在CB缺陷小鼠中发现，Gephyrin和GABAAR的突触后聚集在树突中被破坏了，从而会影响树突的生长[8,11]。

2.4 肌动蛋白的细胞骨架 神经元形态的调控和活性依赖的突触修饰涉及到肌动蛋白细胞骨架的重组。其中Cdc42对细胞骨架组织具有重要的作用,被认为是肌动蛋白细胞骨架的关键调节因子[14]。CB亚型也被发现可以间接影响肌动蛋白的细胞骨架。研究发现，它可能是Cdc42活性的负调控因子，可以通过隔离来阻止Cdc42的激活。结合CB的Gephyrin减少了被隔离Cdc42的数量，从而减少了Cdc42在肌动蛋白细胞骨架重构中的可用性[13]。

2.5 信号通路 参与信号通路的形成：Machado等人已经证明野生型CB与哺乳动物雷帕霉素靶标(MTOR)物理上相互作用，并抑制mTOR复合物1信号通路。MTOR复合体1信号通路的抑制是否与不同功能区ARHGEF9突变患者的不同临床特征有关，有待进一步研究[1,15]。此外，Collybitin可能通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)驱动的级联激活，诱导肌动蛋白细胞骨架重排，伴随树突分化和抑制突触形成，因此，允许GlyRs和GABAARs的招募形成突触后膜特化[16]。Papadopoulos等人也发现，由Ⅲ类磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K-C3)产生的PI3P核内体池对于CB介导的抑制性突触后Gephyrin和GABAAR招募非常重要[17]。

2.6 参与真核生物的翻译 有研究发现，Collybistin和Gephyrin是真核生物翻译起始因子3(eukaryotic translation initiation factor 3，eIF3)复合物的新组成部分。真核生物的翻译起始需要多个真核起始因子的参与，其中eIF3是最大、最复杂的eIFs，在翻译起始及其调控中起核心作用。Sertie等人在293T细胞中，通过免疫共沉淀实验发现，CB、Gephyrin和eIF3H似乎组装成一个三聚体蛋白复合物发挥作用。他们推测CB可能通过依赖或者非依赖mTOR的方式参与其中，一方面，CB可能通过其GEF活性，激活mTOR信号通路，或是通过促进鸟嘌呤核苷酸在Rheb上的交换，Rheb是ras相关的GTPase，当与GTP结合时激活mTOR 酶的活性[18]；另一方面，CB可能直接影响eIF3的组装或功能，具体机制仍有待研究[18]。

3 Collybistin与神经精神疾病

Collybistin功能障碍已被证实与自闭症、癫痫、智力残疾有关，此外，我们发现它可能也与阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的发病相关。

3.1 Collybistin与自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder，ASD) ASD是一组神经发育障碍的总称，包括社会沟通、社会互动的缺陷以及限制性重复行为。有临床病例报道，编码Collybistin的ARHGEF9基因点突变、基因重排、缺失等突变被发现与ASD有关[19]。此外，Collybistin被证明参与了哺乳动物雷帕霉素复合物1(mTORC1)信号通路的下调，类似于Gephyrin,增加的mTORC1活性被认为促进了ARHGEF9突变患者的智能障碍和ASD表型[19,15]。Bhat等人新发现，ARHGEF9的Xq11.1-11.2缺失可能是导致自闭症谱系障碍临床特征的原因[19]。

3.2 Collybistin与癫痫 癫痫是一种伴有多种危险因素和强烈遗传易感性的常见的脑部疾病，多表现为大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍。有研究发现，ARHGEF9的无效突变或破坏性突变与轻度癫痫有关，而错义突变多与难治性癫痫相关。先前的一项临床病例发现，DH区的突变比PH区的突变更容易使患者发生癫痫[20]。此外，Yao等人发现，ARHGEF9错义突变的患者会表现出不同的发作类型和发作时间，提示部分变异也可能在癫痫性脑病等严重癫痫的发病机制中发挥额外的作用[1]。Harvey等人也可证明以上观点，他们发现ARHGEF9在SH3结构域的错意突变p.G55A会引起耐药性癫痫，可能是由于体细胞和树突捕获的由Collybistin聚集的Gephyrin和受体引起的[9]。Hines等人在CBα2亚基结合区突变的小鼠中发现了一种独特的抑制性突触子集的丢失和抑制性突触电流幅度的降低，这导致了癫痫发作和早期死亡的表型增加[21,10]。

3.3 Collybistin与 X连锁智力障碍(X-linked mental retardation，XLID) XLID是一种与X基因连锁的隐性遗传相关的智力、适应、认知功能受限的疾病。有研究发现，ARHGEF9中的p.R356Q错义突变可能是XLID的潜在原因，其机制可能是通过影响PH区的精氨酸残基，进一步影响与磷酸肌苷的结合，导致不能将EGFP-Gephyrin易位到亚膜微聚集物中，从而破坏了GABA突触上Gephyrin的聚集[2]。Marco等人在在一位患有严重智力障碍的女性患者中发现了ARHGEF9的X染色体倒置干扰[22]。Kalscheuer等人在t(X;18)易位的女性患者中发现了重度智力的表现，原因可能是这种易位破坏了ARHGEF9，导致截断mRNA的产生[23]。此外，Gaetan等人发现ARHGEF9的Xq11.11微缺失可能也会导致智力障碍[24]。总之，这些发现都证明了ARHGEF9可能在认知发展中具有重要的作用。

3.4 Collybistin与阿尔茨海默病 阿尔茨海默病是一种表现为进行性认知功能障碍和行为损害的神经退行性疾病。有研究发现，在AD的小鼠模型中，GABAAR和Gephyrin都呈现一种表达水平下降的表现。Luchetti等人发现，无论是AD病程早期还是晚期GABAAR的α1、α2亚基在前额叶皮质中表达都是减少的，而在AD病程晚期中可以观察到GABAAR-α4、β2和δ亚基的下调[25]。此外，有研究在两种不同的转基因小鼠AD模型(ADTG2576 和TG-SwDI)的老年大脑中发现了Gephyrin 表达的下调[26,5]。那么与Gephyrin结合的突触后稳定结构Collybistin在AD中的表达有什么变化？ARHGEF9的基因突变是否与AD相关仍有待进一步研究。

4 总结与展望

神经元突触的功能及其效能的动态调节取决于突触后神经递质受体装置的组装。Collybistin在其中起着稳定抑制性神经突触、调节突触可塑性、参与树突的生长、调节肌动蛋白细胞骨架的作用，此外它还可以参与信号通路的形成、参与真核生物的翻译。我们的综述发现，Collybistin的基因突变也与许多重要的疾病相关，但是目前，关于它的研究较少，需要进一步的深入研究。