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IF=52!东南大学-多伦多团队研究荣登《STTT》:解密社交记忆的“分子剪刀”机制

发布时间:2025-12-25 14:39:47

记忆的奥秘始终引人探寻,社会记忆作为动物记住同种个体的关键能力,其缺陷与阿尔茨海默病、自闭症等多种脑部疾病密切相关,而介于短期记忆(秒至分钟级)和长期记忆(数小时以上)之间,那数十分钟至数小时的记忆维持机制,至今仍是尚未破解的谜题。

2025年11月24日,东南大学生命科学与技术学院刘安、谢维团队联合加拿大多伦多大学病童医院加正平团队在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊上发表题为 Social memory maintenance relies on social interaction-induced proteolytic products of neuroligin 1 的研究论文。该文章表明腹侧海马体(vHPC)的社交活动激活α/γ-分泌酶并切割突触黏附蛋白NLG1,释放出可溶性胞内片段NLG1-CTD,通过其羧基端PDZ结合域(PBD)启动下游cofilin(肌动蛋白结合蛋白)磷酸化信号通路,进而增强树突棘结构,调节突触可塑性,对社会记忆的维持起到至关重要的作用。抑制该切割过程会损害记忆,而补充模拟该片段功能的Tat-PBD肽则能有效挽救记忆缺陷。该机制将细胞外社会信号、细胞内蛋白水解事件与突触结构功能重塑系统性地联系起来,为理解记忆的编码与维持提供了新视角。

 

 

γ-分泌酶介导的细胞内水解参与社会记忆维持

基于社交行为可激活vHPC脑区α-分泌酶(ADAM10)并切割NLG1的前期发现,为探究该通路是否引发组织的蛋白质组重塑,研究通过SDS-PAGE和考马斯亮蓝染色证实,社交刺激后vHPC组织中分子量小于50kDa的总蛋白含量(图1a、b)及其占总蛋白的比例(图1c、d)均显著增加;且细胞质中该分子量范围内的胞质蛋白比例也同步上升(图1e-g),提示细胞内水解作用增强。质谱分析鉴定出55种显著上调的蛋白(变化倍数>1.2,图1h、i),经生物信息学分析确认这些上调蛋白中包含了NLG1、NRXN1和CDH2等已知的α-及γ-分泌酶底物(图1j),GO功能富集显示其主要与突触相关过程有关。

为探究分泌酶对社交记忆的作用,研究在vHPC双侧植入套管,恢复一周后,分别注射生理盐水、α-分泌酶抑制剂(GI)和γ-分泌酶抑制剂MRK-560(MRK),一小时后进行三箱社交实验(图1k)。三组小鼠经10分钟适应期后均更多探索陌生小鼠S1,表现出正常的社交偏好(图1m);后续记忆形成测试中,仅GI注射组丧失了对新异小鼠(SFT)的探索偏好,提示α-分泌酶活性对社会记忆形成至关重要(图1n);形成测试后40分钟的记忆维持测试显示,生理盐水组仍能区分熟悉鼠(S1)与新异鼠(SFT’),而GI和MRK注射组均丧失此辨别能力,表明两组均存在社会记忆维持受损(图1o)。综上,社交刺激促进vHPC中α-和γ-分泌酶底物的水解,社会记忆形成依赖α-分泌酶活性,γ-分泌酶专门参与社会记忆维持,且该过程不依赖新蛋白质合成。

 

图1 社交互动促进腹侧海马体(vHPC)中的蛋白水解

 

社交刺激促进vHPC中的突触传递
为探究vHPC突触功能的改变是否伴随短期社会记忆维持,研究将刺激电极置于vCA1的辐射层(SR),记录该区域电刺激诱导的vCA1锥体神经元兴奋性突触传递(图2a、b),结果显示社交刺激后场兴奋性突触后电位(fEPSP)显著增加(图2c、d),微小兴奋性突触后电流(mEPSCs)的振幅和频率均显著增加(图2e-g),提示接受社交刺激的小鼠vCA1锥体神经元出现类长时程增强(LTP)的兴奋性突触传递增强。为明确兴奋性突触传递增强与γ-分泌酶活性的关联,社交刺激前向vHPC注射γ-分泌酶抑制剂MRK-560,一小时后进行考马斯亮蓝染色和电生理记录(图2h),结果显示MRK处理后,社交刺激不再导致vCA1区域细胞质蛋白水平增加(图2i、j)或突触传递增强(图2k、l),且高频电刺激(HFS,4×100Hz)诱导的LTP早期和晚期表达异常(图2n-o-q),这表明社交刺激和高频电刺激诱导的vHPC突触传递增强依赖γ-分泌酶活性。
 

图2 MRK阻断社交诱导的突触传递增强

 

抑制vHPC神经元中的NLG1损害社会记忆维持

为探究γ-分泌酶的关键底物,前期研究已证实NLG1是α-和γ-分泌酶的共同底物,其胞内水解片段可通过羧基端PBD序列调控树突棘形成与LTP振幅,且社交互动后MS实验中也观察到vHPC组织中NLG1胞内域片段(NLG1-CTD)水平升高(图1i),因此推测NLG1-CTD的积累可能在社会记忆维持和突触传递增强中起关键作用。为验证此猜测,通过WB检测显示(图3a),社交刺激后30和60分钟后,vHPC组织中NLG1胞内域片段(NLG1-CTD)显著升高,全长NLG1无明显变化(图3b-d),且社交刺激后30分钟vHPC细胞质中NLG1-CTD水平也显著升高(图3e-g)。为明确vCA1神经元中NLG1的功能,研究向floxed Nlg1小鼠(NLG1f/f)vHPC区域双侧注射兴奋性神经元特异性CaMKII驱动的Cre病毒(rAAV-CaMKII-CRE2A-EGFP,图3h、i),待病毒注射6周确保内源性NLG1完全降解后,结果显示全长NLG1和NLG1-CTD均显著减少,全长NLG3无变化(图3j、k)。三箱行为测试(图3l)表明,NLG1条件性敲除(cKO)不影响雌雄小鼠的社交偏好和记忆形成(图3m、n),但特异性损害雌雄小鼠的社会记忆维持(图3o)。综上,社交刺激促进vHPC区域NLG1的水解,抑制NLG1会阻止短期社会记忆维持,但不影响其形成。
 

图3 腹侧海马区NLG1发生蛋白水解,且为社会记忆维持所必需

 

NLG1的水解促进社会记忆维持

为验证NLG1水解对社会记忆维持的必要性,研究构建了一个缺失674-694位氨基酸序列的NLG1突变体NLG1-ΔS(可阻止ADAM10识别与与顺序性水解,但保留膜转运能力)(图4a)。随后,分别向NLG1 cKO小鼠的vHPC注射突变体NLG1(AAV-HA-NLG1-ΔS)或野生型NLG1(AAV-HA-NLG1-full)病毒(图4b-d)。三箱社交实验结果显示,二者均不影响小鼠的社交偏好或短期社会记忆形成(图4f,g)。然而,只有在NLG1被抑制后,NLG1-full(而非NLG1-ΔS)能够恢复社会记忆的维持能力(图4h)。这些发现表明,NLG1的水解过程对社会记忆的维持具有关键作用。为探究NLG1水解产物NLG1-CTD对社会记忆维持的作用,我们将表达其胞内片段(AAV-DIO-NLG1-CTD)及缺失功能域PBD的突变体(AAV-DIO-NLG1-CTD-ΔPBD)的病毒分别注入NLG1cKO小鼠vHPC脑区中(图4i-l),一周后行为行社会记忆测试,结果显示,仅表达完整NLG1-CTD能有效挽救小鼠的社会记忆维持缺陷(图4m-o)。综上,NLG1水解产生的CTD及其PBD结构是社会记忆维持的关键。
 

图4 社交记忆维持依赖NLG1的蛋白水解及NLG1-CTD的生成

 

 

PBD肽抑制cofilin活性并参与社会记忆维持

为探究NLG1羧基端PBD基序对社会记忆维持的机制,我们构建了两种生物素化的细胞膜穿透肽Tat-PBD(活性)和对照Tat-REV(图5a)。在MRK预处理小鼠与S1社交后立即向双侧vHPC注射穿透肽(图5b),结果显示Tat-PBD主要分布于vHPCCA1SR区域,在外侧内嗅皮质(LEC)或丘脑(Thal)等相邻区域信号较弱(图5c),且仅即时注射可挽救MRK抑制的社会记忆维持(图5d)。为验证PBD肽能否逆转MRK对高频刺激诱导长时程增强(HFS-LTP)的抑制,实验在HFS施加后立即向灌流的人工脑脊液(ACSF)中加入10μMTat-PBD肽,结果显示,Tat-PBD能特异性挽救LTP的维持阶段(图5e,h),但对LTP的早期表达阶段无恢复作用(图5e,f)。这表明,Tat-PBD肽能模拟NLG1-CTD的功能,对LTP维持及社会记忆的调控具有关键作用。

前期研究证实NLG1-CTD能促进cofilin磷酸化,从而稳定肌动蛋白、增强突触传递。为明确社会记忆维持是否依赖cofilin活性调控,我们检测了社交互动后不同时间点vHPC中cofilin的磷酸化水平(图5i),发现社交后p-cofilin(而非总cofilin)水平显著升高(图5j-l),提示社会记忆维持伴随cofilin磷酸化增加(活性降低)。稀疏标记实验证实社交刺激可通过该机制促进vCA1神经元树突棘成熟与密度增加,提升突触可塑性。向WT小鼠社交后立即注射cofilin激活肽Tat-S3(阻止磷酸化),结果显示社会记忆维持被阻断(图5m、n);同时注射Tat-S3会阻断Tat-PBD对MRK诱导记忆缺陷的挽救作用(图5o、p)。这表明PBD肽参与社会记忆维持的功能依赖cofilin活性降低。

 

图5 社交记忆维持依赖PDZ结合域(PBD)序列及cofilin的失活

 

 

PBD肽挽救连续社交任务中的社会记忆维持缺陷

为探究连续社交中的记忆维持机制,我们设计了小鼠连续社交任务:受试者依次与两只陌生小鼠(S1、S2)互动,间隔为2分钟或10分钟,随后评估记忆形成(10分钟后)与维持(60分钟后,图6a)。结果显示,10分钟间隔时小鼠可正常形成并维持对S1、S2的记忆,而2分钟短间隔时,小鼠虽能形成对两者的短期记忆(图6b),却无法维持对S2的记忆(图6c),进一步检测vHPC中NLG1-CTD水平发现(图6d),2分钟间隔组中S1+S2组的NLG1-CTD水平与S1单独组相近(均高于非社交组,图6e),而10分钟间隔组中S1+S2组的NLG1-CTD水平显著高于S1单独组(图6f),提示短间隔可能阻碍NLG1-CTD的充分产生。为验证此假设,我们在2分钟间隔组小鼠接触S2后立即注射Tat-PBD肽,一小时后检测(图6g)发现,社交互动虽能增加vCA1神经元树突棘密度和成熟度,但S1+S2组未较S1单独组进一步提升(图6h、i),而注射Tat-PBD后成熟树突棘比例显著增加(图6j),且行为学上挽救了对S2的记忆维持缺陷(图6k)。综上,短时间连续社交中第二个对象的记忆维持受损,源于NLG1-CTD/PBD可利用性不足导致的树突棘可塑性平台期,而Tat-PBD肽可有效挽救该缺陷。
 

图6 PBD肽挽救短时程连续社交任务中的记忆维持缺陷

 

 

  总    结   

本研究阐明了从社交体验到记忆巩固的一条完整分子通路:社交激活诱导vHPC中CaMKII活性上调→促进α/γ-分泌酶顺序性水解NLG1→释放NLG1-CTD→通过PBD域抑制cofilin活性→稳定树突棘→记忆维持,该通路填补了记忆维持阶段的机制空白。Tat-PBD肽为阿尔茨海默病、自闭症等认知障碍的治疗提供了全新靶点,也解释了序列学习中“首因效应”的分子逻辑。

 

-本文使用的工具病毒布林凯斯均可提供-

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