CCL2通过GluA1亚单位流量促进海马神经元兴奋性突触传递

2024-08-04 Sun
在《Neurosci. Bull.》上发表的最新研究论文《Chemokine CCL2 Promotes Excitatory Synaptic Transmission in Hippocampal Neurons via GluA1 Subunit Trafficking》中，来自包括中国科学院上海神经研究所、北京大学生命科学学院在内的多家研究机构的研究人员详细探讨了化学趋化因子CCL2如何通过调节GluA1亚单位的表面表达来促进海马神经元的兴奋性突触传递。
研究背景及目的化学趋化因子（Cytokines）是已知在免疫细胞发育、成熟以及疾病发生过程中发挥重要作用的小分子分泌蛋白。然而，化学趋化因子在中枢神经系统（CNS）中也能够调控突触传递和神经元兴奋性。据报道，TNF-α 在维持兴奋性突触强度方面起着重要作用，而IFN-γ 则可增强GABA能传递并提高CA3锥体细胞的兴奋性。先前的研究表明，CCL2（又称单核细胞趋化蛋白1，MCP-1）能够提高海马CA1和CA3 锥体细胞、初级体感皮层L2/3锥体细胞以及齿状回粒细胞的兴奋性突触传递。然而，CCL2如何具体调控这些过程的分子机制仍然不清楚。
研究方法研究团队采用了一系列体外和体内实验方法，以探索CCL2是如何通过其感受器CCR2调控GluA1的表面表达。具体实验流程包括：
1. 动物实验所有动物实验遵照美国国立卫生研究院的动物护理标准，并获得相关伦理委员会批准。实验中使用了CCR2敲除小鼠和大鼠的初级海马细胞培养物，以研究CCL2对GluA1表面表达的影响。
2. 药物处理在不同实验中应用了重组CCL2蛋白对培养的神经元进行处理，并考察了CCL2在调控GluA1表面表达中的作用。为诱导神经炎症，使用脂多糖(LPS)对小鼠进行腹腔内注射。
3. DNA构建和实时定量PCR（RT-qPCR）使用编码脊椎动物蛋白的DNA构建进行细胞转染，并通过RT-qPCR分析海马组织中CCL2、TNFα等多种炎症因子的表达水平。
4. 活细胞成像和电生理记录通过活细胞成像和电生理记录方法，研究团队探讨了CCL2对GluA1表面表达及突触传递的实时影响。引入含pH敏感绿色荧光蛋白（super ecliptic pHluorin，SEP）的GluA1构建，以直接观测GluA1在突触表面的表达和变化。
5. Western blot和免疫细胞化学采用Western blot技术量化海马组织中相关蛋白及其磷酸化水平，通过免疫细胞化学方法研究GluA1在神经元表面的表达区域和表达强度。
研究结果研究结果表明，外源性CCL2应用在培养的海马神经元中明显提高了GluA1 的表面表达，并且这种作用是通过CCR2 介导的。具体而言：
1. SEP-GluA1活细胞成像CCL2处理5分钟后，SEP-GluA1的斑点面积和荧光强度显著增加。这一效果在加入CCR2拮抗剂RS504393后被阻断，表明CCL2诱导的GluA1表面表达依赖于CCR2。
2. GluA1表面表达的免疫荧光染色CCL2处理显著增加了海马培养神经元表面GluA1的总面积和总强度，而在CCR2敲除小鼠中，这种增加被完全阻断。此外，LPS处理后的小鼠海马组织中，GluA1的膜相关水平以及Ser831和Ser845位点的磷酸化水平显著提高，这些效果在CCR2敲除小鼠中均被阻断。
3. Electrophysiology and Calcium Imaging通过全细胞膜片钳记录，CCL2显著提高了海马培养神经元的微小兴奋性突触后电流（mEPSCs）的频率，但在CCR2敲除小鼠中这些效果被阻断。此外，钙成像结果显示，CCL2处理大幅增加了海马神经元中钙瞬变的频率，这一过程通过Gαq信号通路介导，并由钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaMKII）活化。
研究结论与意义此研究阐明了CCL2通过CCR2和下游的Gαq、Ca^2+、CaMKII信号通路调节GluA1膜表达和兴奋性突触传递的机制。这一发现不仅深化了人们对化学趋化因子调控突触传递的分子机制的理解，还为未来探索与神经炎症相关的神经疾病的治疗策略提供了新的视角。
研究亮点该研究的亮点包括：
1. 精确解析了CCL2通过CCR2和CaMKII信号通路调节GluA1表面表达的分子机制。
2. 提供了体内和体外实验相结合的系统性研究方法，有助于全面评估CCL2在不同神经元类型中的作用。
3. 提出了一种在神经炎症状态下调控突触可塑性的全新调节通路。
这项研究揭示的机制可能广泛适用于多种神经元类型，并为深入研究化学趋化因子的作用机制及其在调控神经系统功能中的角色提供了重要借鉴。未来的研究可进一步探讨更多趋化因子和细胞因子在突触传递和神经兴奋性调控中的具体作用及其潜在的临床应用价值。