撰文 |咸姐

在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域，維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)是保證神經(jīng)元健康與功能的核心。分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）作為一種高度選擇性的溶酶體降解途徑，能識(shí)別并清除帶有特定KFERQ樣模序的蛋白，其活性隨衰老和在阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病中顯著下降。此前研究已證實(shí)，CMA的缺失會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元蛋白質(zhì)組失衡、蛋白聚集及認(rèn)知功能障礙，凸顯了其在對(duì)抗神經(jīng)退行性變中的保護(hù)作用。盡管CMA在清除錯(cuò)誤折疊蛋白、維持細(xì)胞代謝、DNA修復(fù)等多種生理過(guò)程中作用明確，但其是否以及如何直接調(diào)節(jié)神經(jīng)元的正常電生理活動(dòng)及突觸功能，至今仍不清楚。與此同時(shí)，神經(jīng)元作為高度特化的細(xì)胞，其信息傳遞依賴(lài)于突觸前膜的遞質(zhì)釋放與突觸后膜受體活動(dòng)的精密協(xié)調(diào)，而包括巨自噬在內(nèi)的其他自噬形式已被證明參與此過(guò)程的調(diào)控【1-3】。然而，CMA是否以獨(dú)特的方式影響突觸蛋白組，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性，并是否存在性別差異，尚缺乏深入研究。

近日，來(lái)自美國(guó)阿爾伯特·愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院的Ana Maria Cuervo團(tuán)隊(duì)在Nature Cell Biology上在線(xiàn)發(fā)表題為Chaperone-mediated autophagy regulatesneuronal activity by sex-specific remodelling of the synaptic proteome的文章，旨在揭示CMA在生理狀態(tài)下調(diào)控神經(jīng)元功能的全新角色，發(fā)現(xiàn)抑制小鼠CMA會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元過(guò)度興奮和癲癇易感性增加，且引發(fā)突觸功能的性別特異性失調(diào)，證實(shí)雌性可通過(guò)CMA直接降解突觸前蛋白，雄性則通過(guò)調(diào)控內(nèi)吞機(jī)制影響AMPA受體（AMPAR）水平，以此實(shí)現(xiàn)性別特異性突觸蛋白質(zhì)組重塑。重要的是，在老年和阿爾茨海默病模型小鼠中激活CMA，可有效改善其興奮性缺陷、癲癇易感性和認(rèn)知衰退。

為確定CMA在調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)中的可能作用，本文研究人員利用全身性（TL2AKO）和興奮性神經(jīng)元特異性（CKL2AKO）LAMP2A（CMA的限速成分）敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)CMA缺陷小鼠自發(fā)癲癇發(fā)作的發(fā)生率更高，且雄性發(fā)病率持續(xù)高于雌性；在給予化學(xué)致癇劑PTZ后，癲癇發(fā)作的嚴(yán)重程度顯著加劇、潛伏期縮短且生存率下降。同時(shí)，利用微電極陣列對(duì)原代培養(yǎng)的CMA缺陷神經(jīng)元進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)CMA缺失會(huì)引發(fā)神經(jīng)元放電頻率、簇狀放電活動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)同步化指數(shù)的異常增高，表明其內(nèi)在興奮性與網(wǎng)絡(luò)連接性均顯著增強(qiáng)。鈣成像實(shí)驗(yàn)顯示，這種過(guò)度興奮狀態(tài)與細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)密切相關(guān)，CMA缺陷神經(jīng)元在應(yīng)答去極化刺激時(shí)，其胞質(zhì)鈣離子水平異常升高，而線(xiàn)粒體的鈣離子攝取能力則嚴(yán)重受損，從而削弱了細(xì)胞的鈣緩沖能力。值得一提的是，CMA缺失導(dǎo)致來(lái)自雄性和雌性小鼠的原代神經(jīng)元胞內(nèi)鈣離子水平失調(diào)的模式有所不同，前者鈣離子峰值增幅更大，而后者表現(xiàn)出更為顯著的基線(xiàn)鈣離子水平升高。這些結(jié)果表明，在體外和體內(nèi)，神經(jīng)元中CMA的缺失導(dǎo)致神經(jīng)元過(guò)度興奮與癲癇易感性增加，并為特定的性別差異提供了證據(jù)。

隨后，研究人員探究了CMA缺失后突觸傳遞的結(jié)構(gòu)性或功能性改變是否導(dǎo)致了神經(jīng)元過(guò)度興奮。通過(guò)在急性海馬腦切片上進(jìn)行全細(xì)胞膜片鉗和場(chǎng)電位記錄，研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管神經(jīng)元的基本形態(tài)和被動(dòng)電生理特性未受影響，但CMA缺陷的雌性小鼠主要表現(xiàn)為突觸前功能增強(qiáng)，其AMPA受體介導(dǎo)的微小興奮性突觸后電流（mEPSC）頻率增加、對(duì)爆發(fā)性刺激的突觸抑制增強(qiáng)，并且NMDA受體介導(dǎo)的傳輸及其長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)顯著提升。相反，在雄性小鼠中，功能障礙主要體現(xiàn)在突觸后，表現(xiàn)為AMPA受體介導(dǎo)的mEPSC振幅增大和AMPA/NMDA受體電流比值升高。這些發(fā)現(xiàn)表明，CMA的喪失會(huì)通過(guò)截然不同的性別特異性機(jī)制導(dǎo)致神經(jīng)元過(guò)度興奮，即在雌性中通過(guò)增強(qiáng)突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放和NMDA受體功能，而在雄性中則通過(guò)強(qiáng)化突觸后AMPA受體的反應(yīng)性。

進(jìn)一步地，通過(guò)定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，雌雄小鼠大腦中依賴(lài)LAMP2A進(jìn)行溶酶體降解的CMA底物蛋白僅有少量重疊，絕大多數(shù)都各不相同。在雌性小鼠中，CMA特異性降解一系列突觸前蛋白，這些蛋白直接調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)的釋放；而在雄性小鼠中，CMA的底物則主要集中在突觸后功能相關(guān)的蛋白上，特別是內(nèi)吞機(jī)制的關(guān)鍵組件（如AP2復(fù)合物）以及cAMP-PKA信號(hào)通路分子（圖1）。

圖1 在雌性（左側(cè)）的突觸前區(qū)室和雄性（右側(cè)）的突觸后區(qū)室中，經(jīng)LAMP2A依賴(lài)性溶酶體降解的蛋白質(zhì)（紅色標(biāo)示）的示意圖

深入研究發(fā)現(xiàn)，CMA的缺失會(huì)導(dǎo)致Synapsin-I在雌性（而非雄性）小鼠的海馬組織中特異性累積，且這種累積并非源于其mRNA轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)。同時(shí)，Synapsin-I在雌雄兩性中均能通過(guò)溶酶體途徑降解，但其對(duì)LAMP2A的依賴(lài)性，即其作為真正的CMA底物，僅體現(xiàn)在雌性腦中。使用新型CMA藥理抑制劑CIM7進(jìn)行急性干預(yù)，能夠在雌性對(duì)照組腦片中重現(xiàn)Synapsin-I降解被阻斷的現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，CMA通過(guò)性別依賴(lài)的方式，特異性且直接地降解Synapsin-I等突觸前蛋白，其功能喪失會(huì)導(dǎo)致這些蛋白在雌性腦中聚集，導(dǎo)致突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放異常。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，CMA缺陷的神經(jīng)元對(duì)AMPA刺激表現(xiàn)出更強(qiáng)的鈣內(nèi)流反應(yīng)，且其神經(jīng)元突觸過(guò)程和細(xì)胞膜表面的GluA1（AMPAR亞基）水平均顯著增加。這種積累并非由于GluA1合成增多，而是因其內(nèi)吞作用受阻，導(dǎo)致其無(wú)法被有效運(yùn)送到溶酶體進(jìn)行降解。與對(duì)照組神經(jīng)元相比，誘導(dǎo)AMPAR內(nèi)吞的刺激或抑制其內(nèi)吞的藥物均在CMA缺陷的神經(jīng)元中不產(chǎn)生效應(yīng)。值得注意的是，這種由CMA缺失導(dǎo)致的GluA1表面累積和降解缺陷，在雄性中表現(xiàn)得更為顯著和一致。由此證明，CMA通過(guò)調(diào)控AMPAR的內(nèi)吞-溶酶體降解軸，從而精密控制其在突觸膜上的豐度，導(dǎo)致CMA缺陷雄性小鼠出現(xiàn)突觸后功能亢進(jìn)。進(jìn)一步地，研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)吞關(guān)鍵蛋白α-Adaptin（AP2復(fù)合物亞基）與CMA活性的溶酶體相關(guān)聯(lián)，但其LAMP2A依賴(lài)性的溶酶體降解僅在雄性小鼠腦中顯著發(fā)生，而在雌性中則未受影響；這種降解缺陷導(dǎo)致α-Adaptin在CMA缺陷的雄性大腦中形成聚集，從而損害了其介導(dǎo)的網(wǎng)格蛋白依賴(lài)的內(nèi)吞功能。此外，在CMA缺陷的雄性中，AMPAR特異性?xún)?nèi)吞適配器Picalm的mRNA轉(zhuǎn)錄上調(diào)，但其蛋白質(zhì)水平卻顯著下降，提示降解加速，而雌性則未出現(xiàn)此現(xiàn)象。雌性可能通過(guò)加速降解AMPAR運(yùn)輸?shù)恼蛘{(diào)控因子，來(lái)規(guī)避由CMA缺失引發(fā)的內(nèi)吞缺陷，從而避免AMPAR在細(xì)胞表面的累積。這種性別特異性的代償機(jī)制可能導(dǎo)致了CMA阻斷對(duì)雄性和雌性AMPAR及神經(jīng)元功能的不同影響。

最后，研究人員構(gòu)建了興奮性神經(jīng)元特異性過(guò)表達(dá)LAMP2A的小鼠模型，結(jié)合口服CMA激活劑CA77.1的小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在老年小鼠中，CMA的增強(qiáng)能夠有效逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的神經(jīng)元過(guò)度興奮性，不僅能將海馬CA1神經(jīng)元異常增強(qiáng)的長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性恢復(fù)至年輕水平、恢復(fù)去增強(qiáng)能力，還能顯著降低其對(duì)化學(xué)誘導(dǎo)癲癇的易感性，表現(xiàn)為發(fā)作嚴(yán)重程度、頻率和持續(xù)時(shí)間的全面減輕。同時(shí)，激活CMA能顯著提升老年小鼠在Y-迷宮測(cè)試中的短期記憶表現(xiàn)，并促進(jìn)其在旋轉(zhuǎn)棒測(cè)試中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力。這些結(jié)果表明，CMA的激活能夠有效改善衰老大腦的興奮性電生理缺陷，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)和記憶能力的提升。進(jìn)一步地，研究結(jié)果證實(shí)，興奮性神經(jīng)元中特異性CMA功能的喪失是導(dǎo)致阿爾茨海默?。ˋD）早期神經(jīng)元過(guò)度活躍的重要因素，而在此階段激活CMA能夠有效降低癲癇易感性，并改善AD小鼠模型的學(xué)習(xí)能力、短期記憶和生存率，而CMA激活的這種保護(hù)作用源于其對(duì)AD大腦中突觸蛋白質(zhì)組的重塑與校正，它能逆轉(zhuǎn)與谷氨酸受體信號(hào)、突觸發(fā)生和長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)等相關(guān)通路中蛋白質(zhì)的異常變化，并減少致病蛋白的聚集。

綜上所述，本研究證實(shí)了CMA通過(guò)性別特異性的突觸蛋白質(zhì)組重塑，成為神經(jīng)元興奮性和突觸功能的重要調(diào)節(jié)因子，并凸顯了激活CMA在衰老和神經(jīng)退行性疾病中調(diào)控突觸穩(wěn)態(tài)的治療潛力，不僅深化了對(duì)自噬與神經(jīng)功能關(guān)系的理解，更確立CMA作為干預(yù)年齡相關(guān)及神經(jīng)退行性認(rèn)知障礙的潛在新靶點(diǎn)。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01771-1

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

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2. Kaushik, S. & Cuervo, A. M. The coming of age of chaperone-mediated autophagy.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.19, 365–381 (2018).

3. Nikoletopoulou, V. & Tavernarakis, N. Regulation and roles of autophagy at synapses.Trends Cell Biol. 28, 646–661 (2018).

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