(南華大學附屬第一醫(yī)院麻醉科,湖南衡陽421001)

Reelin是一種細胞外基質(zhì)糖蛋白,其命名源于reeler鼠,這種基因突變鼠因為無法編碼表達reelin導(dǎo)致大腦皮層發(fā)育異常,而出現(xiàn)共濟失調(diào)等異常行為[1]。胚胎期主要由Cajal-Retzius細胞合成和分泌,在大腦發(fā)育過程中對神經(jīng)元遷移、定位發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。后來發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)細胞遷徙完成后,Cajal-Retzius細胞幾乎完全消失,但reelin仍持續(xù)存在發(fā)育成熟的大腦中,且主要由γ-氨基丁酸能神經(jīng)元分泌[2],reelin表達異常與阿茲默海病、精神分裂癥和雙向情感障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)[3],還會引起痛閾值的改變[4],可見reelin在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。突觸是神經(jīng)系統(tǒng)功能活動及傳遞信息的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。不少發(fā)現(xiàn)證實,reelin的信號通路參與了突觸可塑性的調(diào)節(jié),研究reelin與突觸的關(guān)系,對探究神經(jīng)病理性疼痛與情緒、記憶紊亂疾病的發(fā)病機理有重要意義?，F(xiàn)就reelin與突觸可塑性的關(guān)系進行綜述。

1 突觸可塑性相關(guān)機制

突觸可塑性,即突觸強度和傳遞效率隨外界環(huán)境變化而改變的能力,其主要表現(xiàn)形式為長時程增強(long-term potentiation,LTP)和長時程抑制(long-term depression,LTD),是研究學習、記憶的理想模型[5]。以興奮性突觸后膜的LTP為例,其發(fā)生機制主要由兩種谷氨酸離子受體相關(guān),即N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)和 α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor,AMPAR),前者是電壓依賴性門控的鈣離子通道,靜息電位下不開放,而后者是對Na+、K+在靜息電位下有著高通透性的離子通道,兩者常存在于同一樹突棘上。由NMDAR觸發(fā)AMPAR介導(dǎo)的LTP機制主要分以下幾步：①突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)(主要是谷氨酸鹽);②谷氨酸鹽與NMDAR結(jié)合,突觸后膜發(fā)生去極化,NMDAR通道激活;③大量鈣離子內(nèi)流激活以鈣調(diào)蛋白激酶CaMKII為主蛋白激酶;④樹突棘膨大;⑤AMPAR受體通過CaMKII介導(dǎo)的胞吐作用,插入突觸后膜;⑥鈉離子內(nèi)流驟增,突觸后動作電位形成[6-7]。這是LTP發(fā)生的經(jīng)典模型,近來也發(fā)現(xiàn)一些神經(jīng)突觸沒有AMPAR的存在,NMDAR可以單獨完成LTP的發(fā)生[8]。綜上可知,谷氨酸鹽受體在突觸可塑性的調(diào)節(jié)中是關(guān)鍵因素,而其余所有參與因素的改變也都可以影響突觸傳遞功效。

2 Reelin信號通路分子基礎(chǔ)

Reelin有兩種高親和性受體,分別是載脂蛋白E受體-2(apolipoprotein E receptors-2,ApoER2)和極低密度脂蛋白受體(very-low-density lipoprotein re-ceptor,VLDLR),Reelin與任一種受體結(jié)合后,可以使細胞質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白disable-1(Dab1)發(fā)生聚集,這種聚集激活了Src族激酶(Src family tyrosine kinases,SFK),一種催化受體或蛋白酪氨酸磷酸化的激酶,SFK同時促使Dab1與NMDAR受體的磷酸化,磷酸化的Dab1誘發(fā)了一連串級聯(lián)反應(yīng),從磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3′kinase,PI3K)被激活開始,直到糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)被蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)抑制才結(jié)束,GSK3β可以介導(dǎo)LTD的發(fā)生[9]。除了以上的經(jīng)典信號通路,reelin還可以與整合素家族(integrins)中的細胞粘附分子α3β1結(jié)合,這條通路主要參與調(diào)節(jié)神經(jīng)突的生長[10]。

3 Reelin通路與突觸可塑性

Weeber等[11]首次報道了reelin信號通路在調(diào)節(jié)突觸可塑性中的作用,他們用基因敲除鼠的海馬組織離體培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)LTP現(xiàn)象在缺少ApoER2的小鼠體內(nèi)的LTP作用明顯減弱,VLDLR缺乏的小鼠也有輕微衰減,外源性加入reelin后也并無改善,而正常鼠的海馬組織加入reelin后,LTP作用明顯增強。Rogers等[12]發(fā)現(xiàn)正常小鼠活體內(nèi)注射reelin,其海馬組織的LTP也出現(xiàn)了明顯的增強。以下是近年來對reelin調(diào)節(jié)突觸可塑性的機制的研究進展。

3.1 促進NMDAR磷酸化

Beffert等[13-14]經(jīng)過多項研究,不僅證明 reelin通過促進NMDR的磷酸化來增強LTP,還發(fā)現(xiàn)這個調(diào)節(jié)過程需要Src族激酶(Src family tyrosine kinases,SFK)和突觸后致密蛋白-95(Postsynaptic Density protein 95,PSD-95)的共同參與。Reelin-DAB1通路再激活 SFK,然后 SFK再催化 NMDR磷酸化,NMDAR磷酸化后會使離子通道對Ca2+的導(dǎo)電率增加,LTP因此得以增強。SFK建立了 ApoER2和NMDAR之間的功能連接,PSD-95則是兩者間的結(jié)構(gòu)連接。PSD-95是一種較穩(wěn)定的突觸后架構(gòu)蛋白,它一端與NMDAR相連,另一端可以與ApoER2胞漿段相連,這種連接使兩種受體的相互作用更穩(wěn)固。另外ApoER2的胞漿段必須存在exon-19編碼的氨基酸序列才能與PSD-95相連。

Reelin通路在調(diào)節(jié)NMDAR受體磷酸化時還聯(lián)合了其他通路,如血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)[15-16]也可以以磷酸化的形式激活 NMDAR,但必須有 Dab1的參與,而Dab1在缺乏reelin的條件下可以通過VEGF通路被磷酸化激活,說明reelin-Dab1通路和VEGF-Dab1通路可以分別單獨激活NMDAR,兩者對NMDAR的調(diào)節(jié)為互補或協(xié)同關(guān)系[17]。

3.2 抑制NMDAR的內(nèi)吞作用

Durakoglugil等[18]發(fā)現(xiàn) reelin可以遏制 Aβ導(dǎo)致的LTP和NMDAR的衰減。Aβ是淀粉樣蛋白前體(amyloid precursor protein,APP)的裂解產(chǎn)物,與阿爾茨海默病患者的發(fā)病密切相關(guān),Aβ使NMDAR去磷酸化,該受體去磷酸化后易發(fā)生細胞內(nèi)吞而在胞膜上消失[19]。Durakoglugil等的研究結(jié)果顯示,reelin激活的SFK能強化NR2A和NR2B磷酸化,從而阻止Aβ介導(dǎo)的NMDAR內(nèi)吞作用。在高濃度的Aβ條件下,reelin無法抗衡Aβ誘導(dǎo)的突觸功能衰減,Aβ甚至會干擾reelin的結(jié)構(gòu)表達以致破壞其下游信號通路[20]?？梢?Aβ和reelin在調(diào)節(jié)神經(jīng)元的傳遞時,相互制約,以維持突觸活動的穩(wěn)定。

3.3 改變谷氨酸鹽受體的構(gòu)型比例和數(shù)量

Qiu等[21]證明reelin能促進海馬CA1區(qū)的谷氨酸鹽神經(jīng)突觸的成熟,主要包括以下三方面：①上調(diào)NR2A/NR2B的比例。NMDAR是由兩個NR1亞單位和兩個NR2或NR3亞單位組成的四聚體,正常突觸發(fā)育過程中,NMDAR在由含NR2B為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹琋R2A為主,Reelin則會加速NR2B向NR2A的轉(zhuǎn)變。Campo等[22]也發(fā)現(xiàn)要維持 NMDAR中NR2B的低比例必須靠Reelin的持續(xù)分泌。②增加AMPAR和 NMDAR數(shù)量。Reeler鼠胚胎組織中AMPAR和NMDAR各自的數(shù)量都有衰減,補充reelin后,可以逆轉(zhuǎn)這種改變。③減少靜止突觸的數(shù)量。靜默突觸,即只含NMDAR沒有AMPAR的突觸,被認為是突觸發(fā)育階段的一種未成熟狀態(tài),reelin對靜默突觸的削減作用,也提高了 AMPAR/NMDAR的比例,從而增強了AMPAR介導(dǎo)的突觸后電位,Qiu等先前的研究[23]也證明了 reelin增強AMPAR傳遞功效的途徑,不同于NMDAR被SFK磷酸化,而是通過激活PI3K,來刺激更多的AMPAR在插入突觸后膜。

3.4 其他機制

Sabine等[24]發(fā)現(xiàn)reeler鼠突觸前的囊泡數(shù)量明顯增加,而導(dǎo)入外源性reelin后,囊泡數(shù)顯著減少,很可能與囊泡釋放增多有關(guān)。另外reelin-Dab這一經(jīng)典信號通路并不參與reelin調(diào)節(jié)囊泡釋放過程,而是通過reelin-integrins通路來實現(xiàn)的。調(diào)節(jié)突觸前囊泡的釋放可以影響突觸前可塑性,囊泡釋放增多,可以增強突觸前的LTP作用,反之,則LTD增強[25]?？梢?reelin對突觸功能的影響不僅表現(xiàn)在突觸后膜的受體上,還可能參與調(diào)節(jié)突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。

Reelin還參與了突觸的形態(tài)調(diào)節(jié)。Niu等[26]證實了reelin通過與ApoER2/VLDLR結(jié)合激活Dab1這條信號通路促進樹突棘生長,導(dǎo)入外源性reelin可以逆轉(zhuǎn) reeler鼠的樹突棘下調(diào)。后來Pujadas等[27]發(fā)現(xiàn)reelin的過度表達在強化LTP的同時,也可使樹突棘更加膨大。樹突棘的形成和穩(wěn)定需要AMPAR介導(dǎo)的電流,NMDAR的激活也可以促進樹突棘的生長[28]。

4 結(jié) 語

綜上所述,谷氨酸鹽受體是reelin對突觸可塑性的調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點,而促進NMDAR的磷酸化是其核心步驟。NMDAR磷酸化本身可以增強突觸的傳遞效率,還可以啟動其他途徑鞏固這一作用：①增加突觸后膜AMPAR的數(shù)量;②抑制NMDAR的內(nèi)吞;③促進樹突棘的生長。但reelin對突觸的調(diào)節(jié)作用還有很多機制尚不清楚,如reelin是主要由GABA能神經(jīng)元分泌,GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì),研究大多涉及reelin對興奮性突觸的研究,而reelin對抑制性神經(jīng)突觸是否存在影響仍是個迷;reelin抑制NR2B的表達,會削弱對突觸的傳遞作用,這是一種負反饋調(diào)節(jié)還是一種另外的生理調(diào)節(jié)機制?缺乏reelin導(dǎo)致的突觸囊泡減少,是由于神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生過少,還是由于釋放過多,還沒有直接證據(jù),這些都有待今后的進一步研究。

[1]D'Arcangelo G,Miao GG,Chen SC,et al.A protein related to extracellular matrix proteins deleted in the mouse mutant reeler[J].Nature,1995,374(6524)：719-723.

[2]Alcantara S,Ruiz M,D'Arcangelo G,et al.Regional and cellular patterns of reelin mRNA expression in the forebrain of the developing and adult mouse[J].J Neurosci,1998,18(19)：7779-7799.

[3]Teixeira CM,Martin ED,Sahun I,et al.Overexpression of reelin prevents the manifestation of behavioral phenotypes related to schizophrenia and bipolar disorder[J].Neuropsychopharmacol,2011,36(12)：2395-2405.

[4]Wang X,Babayan AH,Basbaum AI,et al.Loss of the reelin-signaling pathway differentially disrupts heat,mechanical and chemical nociceptive processing[J].Neuroscience,2012,226：441-450.

[5]張永杰,唐冬梅,徐桂萍.突觸可塑性分子機制的相關(guān)研究[J].醫(yī)學綜述,2012,18(8)：1141-1143.

[6]Citri A,Malenka RC.Synaptic plasticity：multiple forms,functions,and mechanisms[J].Neuropsychopharmacol,2008,33(1)：18-41.

[7]Rochefort NL,Konnerth A.Dendritic spines：from structure to in vivo function[J].Embo Rep,2012,13(8)：699-708.

[8]Hunt DL,Castillo PE.Synaptic plasticity of NMDA receptors：mechanisms and functional implications[J].Curr Opin Neurobiol,2012,22(3)：496-508.

[9]Lakatosova S,Ostatnikova D.Reelin and its complex involvement in brain development and function[J].Int J Biochem Cell Biol,2012,44(9)：1501-1504.

[10]Schmid RS,Jo R,Shelton S,et al.Reelin,integrin and DAB1 interactions during embryonic cerebral cortical development[J].Cereb Cortex,2005,15(10)：1632-1636.

[11]Weeber EJ,Beffert U,Jones C,et al.Reelin and ApoE receptors cooperate to enhance hippocampal synaptic plasticity and learning[J].J Biol Chem,2002,277(42)：39944-39952.

[12]Rogers JT,Rusiana I,Trotter J,et al.Reelin supplementation enhances cognitive ability,synaptic plasticity,and dendritic spine density[J].Learn Mem,2011,18(9)：558-564.

[13]Beffert U,Weeber EJ,Durudas A,et al.Modulation of synaptic plasticity and memory by Reelin involves differential splicing of the lipoprotein receptor Apoer2[J].Neuron,2005,47(4)：567-579.

[14]Chen Y,Beffert U,Ertunc M,et al.Reelin modulates NMDA receptor activity in cortical neurons[J].J Neurosci,2005,25(36)：8209-8216.

[15]楊向紅.生長因子的協(xié)同作用與新血管形成的研究進展[J].中國動脈硬化雜志,2011,19(1)：1-5.

[16]王芳,范平,白懷.血管生成抑制蛋白Vasohibin的研究進展[J].中國動脈硬化雜志,2011,19(3)：282.

[17]Howell KR,Hoda MN,Pillai A.VEGF activates NR2B phosphorylation through Dab1 pathway[J].Neurosci Lett,2013,552：30-34.

[18]Durakoglugil MS,Chen Y,White CL,et al.Reelin signaling antagonizes beta-amyloid at the synapse[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(37)：15938-15943.

[19]Wang ZC,Zhao J,Li S.Dysregulation of synaptic and extrasynaptic N-methyl-D-aspartate receptors induced by amyloid-beta[J].Neurosci Bull,2013.

[20]Cuchillo-Ibanez I,Balmaceda V,Botella-Lopez Aet al.Beta-amyloid impairs reelin signaling[J].PLoS One,2013,8(8)：e72297.

[21]Qiu S,Weeber EJ.Reelin signaling facilitates maturation of CA1 glutamatergic synapses[J].J Neurophysiol,2007,97(3)：2312-2321.

[22]Campo CG,Sinagra M,Verrier D,et al.Reelin secreted by GABAergic neurons regulates glutamate receptor homeostasis[J].PLoS One,2009,4(5)：e5505.

[23]Qiu S,Zhao LF,Korwek KM,et al.Differential reelin-induced enhancement of NMDA and AMPA receptor activity in the adult hippocampus[J].J Neurosci,2006,26(50)：12943-12955.

[24]Hellwig S,Hack I,Kowalski J,et al.Role for Reelin in neurotransmitter release[J].J Neurosci,2011,31(7)：2352-2360.

[25]Yang Y,Calakos N.Presynaptic long-term plasticity[J].Front Synaptic Neurosci,2013,5：8.

[26]Niu S,Yabut O,D'Arcangelo G.The Reelin signaling pathway promotes dendritic spine development in hippocampal neurons[J].J Neurosci,2008,28(41)：10339-10348.

[27]Pujadas L,Gruart A,Bosch C,et al.Reelin regulates postnatal neurogenesis and enhances spine hypertrophy and long-term potentiation[J].J Neurosci,2010,30(13)：4636-4649.

[28]馮波,胡鵬,王蓉.突觸后致密區(qū)與突觸可塑性[J].首都醫(yī)科大學學報,2010,31(1)：84-87.