Nat子刊丨情感和应激相关神经精神疾病的重要靶点：GluK1 KARs

PV中间神经元（PV INs）在局部抑制性回路中扮演着关键角色，它们的发育成熟与大脑中成年型网络动态的开始相吻合。谷氨酸能信号传导调控了独特的PV IN表型的出现，但涉及的受体机制尚未完全阐明。

基于此，2024年6月28日芬兰赫尔辛基大学Sari E. Lauri研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“GluK1 kainate receptors are necessary for functional maturation of parvalbumin interneurons regulating amygdala circuit function”揭示了GluK1红藻酸受体对于调节杏仁核回路功能的PV中间神经元功能性成熟是必需的。

GluK1红藻酸受体，也称为GluR5受体，是一种离子型谷氨酸受体的特殊类型。这些受体在中枢神经系统中扮演着至关重要的角色，通过促进快速突触传递这一基本神经元交流过程，影响学习、记忆及多种认知功能。谷氨酸作为一种主要的兴奋性神经递质，通过结合这些受体能够开启离子通道，允许特定离子（如钠和钾离子）跨膜流动，进而引发神经元的兴奋性变化。因此，KAR在神经信号传递、学习、记忆以及多种神经生物学过程中都发挥着重要作用。在成年期缺乏GluK1的PV INs中观察到了自发性兴奋性突触活动的减少。有趣的是，仅在成年期PV INs中失活GluK1的表达就足以消除其高放电率并降低PV表达水平，这表明GluK1在PV IN成熟状态的动态调节中发挥作用。在没有GluK1的情况下，PV INs的功能障碍扰乱了激发性与抑制性突触输入之间的平衡，并导致了前额叶皮质（mPFC）与BLA之间静息态功能性连接的异常发展。在行为层面上，PV INs中缺乏GluK1与过度活跃和对新奇事物的恐惧增加相关联。

这些结果表明，GluK1 KARs在调控PV IN功能跨越整个发育阶段中起着至关重要的作用，并提出GluK1作为潜在治疗靶点的可能性。

图一 GluK1亚基包含的KARs参与了BLA中到PV中间神经元的谷氨酸能突触传递

在成年小鼠基底BLA中的PV神经元中存在KARs，为了探究GluK1 KARs在发育中杏仁核中的PV神经元中也同样存在，记录了来自16至18日龄PV-tdTomato小鼠的PV神经元在刺激皮质传入纤维时产生的兴奋性突触后电流（EPSCs），并研究了这些电流对含GluK1亚单位受体的拮抗剂ACET的敏感性。应用ACET明显降低了EPSC峰值幅度。随后，通过药理学方法分离了在PV神经元中的KAR介导的EPSC成分。在存在GABAA、GABAB和NMDA受体拮抗剂的条件下，使用GYKI53655阻断了幼年和成年BLA PV神经元中AMPA-KAR EPSC。该研究表明GluK1 KARs在BLA的神经回路中不仅是存在的，而且在功能上参与到促进谷氨酸介导的兴奋性传递过程中，尤其是在调控PV抑制性神经元的输入。

图二 GluK1调节PV的表达及BLA中PV中间神经元的密度

在证实GluK1 KARs在幼年期参与BLA中至PV INs的突触传递后，研究人员进一步探究了在PV INs中缺失GluK1如何影响其成熟过程。使用了一种条件性敲除小鼠模型，该模型在PV INs中特异性缺乏GluK1 KAR表达（PV-Grik1−/−），并分析了PV阳性细胞密度及PV标记强度，对比对照组（Grik1tm1c）和PV-Grik1−/−雄性小鼠BLA中的PV阳性细胞密度，发现基因型有明显影响。在成年和幼年阶段，PV-Grik1−/−小鼠相比于对照组，PV阳性细胞密度均较低。无论是成年还是幼年的PV-Grik1−/−小鼠，其PV阳性细胞IOD与各自对照组相比均显著降低。研究人员还发现GluK1敲除对PV表达的影响并不依赖于性别。为了更深入地了解在缺乏GluK1的情况下PV IN的成熟情况，研究了Kv3.1钾通道的表达，这种通道对于快速放电表型的产生至关重要。为此，将P60的雄性对照和PV-Grik1−/−小鼠用PV和Kv3.1b抗体共染色。Kv3.1的染色主要与PV共定位，并且与PV相似，Kv3.1b标记的IOD在PV-Grik1−/−切片中与对照组相比显著降低。此外，进一步探究GluK1的缺失是否影响了PV IN中其他KAR亚单位GluK2/3和GluK5的表达水平。尽管在PV-Grik1−/−切片中对抗GluK2/3的染色相比于对照组略有降低，但在GluK2/3或GluK5标记的IOD上，对照组和PV-Grik1−/−组之间并未检测到显著差异。在GluK1条件性敲除小鼠品系（Grik1tm1c）的BLA中注射PV-EGFP（对照）或PV-CRE-EGFP（BLA-PV-Grik1−/−）的AAV病毒，并在注射后2-3周进行PV免疫染色。注射了PV-CRE-EGFP的雄性小鼠在BLA中，EGFP阳性的PV+细胞密度和IOD均显著降低。综上所述，GluK1 KARs在BLA中对PV中间神经元成熟过程的重要影响，强调了它们在情绪行为、认知功能以及相关精神疾病病理生理学中的潜在作用。

图三 GluK1基因敲除干扰了PV中间神经元的谷氨酸输入

研究者随后探究了GluK1缺失是否影响PV INs的谷氨酸输入，通过在PV-Grik1−/−和对照组（PV-Cre）小鼠中，利用Cre依赖性的EGFP表达来识别BLA区域中的PV INs，并进行全细胞记录，以检测自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）。记录显示，与对照组相比，成年PV-Grik1−/−的PV INs中的sEPSCs频率和幅度显著降低。有趣的是，这种效应在雌性中似乎比雄性中更为明显。当在成年期通过使用AAV-PV-CRE-EGFP病毒在Grik1tm1c小鼠中局部敲除GluK1时，观察到PV INs的谷氨酸输入也发生了类似变化。与对照组相比，BLA-PV-Grik1−/−神经元的sEPSC频率显著降低，而幅度无显著差异。GluK1敲除对sEPSC频率的影响在LA和BA的PV INs中非常相似。各组之间的sEPSC幅度没有差异。这些数据显示，在成年阶段，GluK1的表达对于维持PV INs的谷氨酸输入是必要的。而在幼年期未观察到这种效应，这可能是由于早期可塑性窗口期间存在有效的稳态补偿机制。

总结

该研究已经证明了GluK1 KARs在BLA中PV INs的功能和神经化学成熟过程中的重要性。缺乏GluK1的情况下，PV INs的功能障碍与BLA网络功能的紊乱及行为改变相关联。这些结果阐明了GluK1 KARs和PV INs在构建BLA神经网络中的作用，并为设计针对GluK1及PV IN功能障碍相关疾病的高效治疗手段提供了方向。因此，针对GluK1 KARs和PV INs的靶向治疗策略可能为治疗因这些成分功能失调而导致的一系列神经精神疾病打开新的大门，比如通过恢复正常的神经递质平衡、改善网络连通性或增强特定脑区的功能性成熟，以期达到缓解症状或治愈疾病的目的。其中既涉及KARs也涉及PV INs，例如情绪和焦虑障碍以及精神分裂症。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-024-02641-2

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