Nature | NRXN1 剪接紊乱如何导致神经元突触功能异常

撰文 | 阿童木

神经连接素（Neurexins）是位于突触前膜的细胞黏附蛋白，负责组织和维持突触功能。近年来研究发现，3个Neurexin基因（NRXN1、NRXN2 和 NRXN3）通过复杂的选择性剪接显著扩展了蛋白质间的相互作用能力，使其能与多种突触后配体结合。NRXN1 的 α 亚型（NRXN1α）在不同脑区和细胞类型中表达具有明显的空间和细胞类型特异性，但其在特定细胞背景下的功能仍未完全明晰【1】。

NRXN1 基因的拷贝数变异，尤其是外显子缺失，在普通人群中虽较罕见，却常与精神分裂症、自闭症、癫痫等多种神经精神疾病有关【2】。此前动物模型研究显示 NRXN1 缺失可导致突触变化，但杂合缺失对行为影响较小；而在人源神经元中，NRXN1+/− 表现出更明显的突触传递异常，提示其在人脑中可能具有独特功能【3】。虽然已有研究揭示了其细胞类型特异性缺陷，但具体是否与NRXN1特定剪接亚型相关仍未可知。

在人源诱导多能干细胞（hiPS）分化得到的前脑神经元中，可观察到与人脑一致的 NRXN1α 剪接多样性。然而，无论缺失发生在 5′ 还是 3′ 区域，NRXN1+/− 神经元中的野生型 NRXN1α 表达均下降，但 3′ 缺失可产生数十种新型突变剪接亚型【4】。单独过表达野生型 NRXN1α 可改善患者神经元活性下降，而表达这些突变亚型则抑制对照神经元活性，提示5′ 缺失主要导致功能丧失，而 3′ 缺失则可能引发获得性功能变化。由于神经连接素调控谷氨酸能与 GABA 能突触的平衡，这一信号通路可能在多种神经精神疾病中发挥关键作用【5】。厘清 NRXN1 剪接异常如何在不同细胞类型中改变神经元功能，仍是实现精准治疗的关键一步。

2025年4月9日，西奈山的伊坎医学院Kristen J. Brennand、Paul A. Slesinger和Gang Fang等合作在

Nature

Phenotypic complexities of rare heterozygous neurexin-1 deletions

为明确 NRXN1+/− 对不同类型神经元的影响，作者诱导 hiPS 分化为兴奋性谷氨酸能（iGLUT）与抑制性 GABA 能（iGABA）神经元，分析了 5′ 和 3′ 缺失的具体效应。结果显示，5′-Del 主要通过减少 α 外显子表达及 β→α 剪接造成功能丧失；3′-Del 则引发突变亚型及异常剪接连接。两类神经元的剪接模式基本一致，仅 SS3 存在差异，提示其保守性高。差异表达分析发现 STAR 家族剪接调控蛋白异常表达，类器官模型亦证实 NRXN1+/− 会广泛影响神经发育与突触通路。

接下来，作者通过多电极阵列与膜片钳技术进一步揭示 NRXN1 缺失对神经元活动的影响。在 iGLUT 神经元中，两种缺失均导致自发网络活动显著下降，但膜电特性无显著变化，表明异常并非源于电生理本身。在 iGABA 神经元中，早期（WPI2）活动增强，晚期（WPI6）下降，可能与 GABA 激活去极化有关，说明NRXN1+/− 缺失引起的神经活动异常具有时间和细胞类型依赖性，且不完全依赖于被动或兴奋性膜特性。

进一步分析突触传递与突触数量发现，iGLUT 神经元中 sEPSC 和 mEPSC 频率下降，与突触前相关基因（如 CBLN2、LRRTM4）表达减少一致。相反，iGABA 神经元表现出突触传递增强、突触数量上升，并伴随 NLGN1、CASK 等基因表达变化。5′-Del 更偏向影响兴奋性通路，而 3′-Del 同时干扰兴奋与抑制，反映出不同剪接扰动在功能缺失与获得方面的机制差异，NRXN1 在调控神经“兴奋-抑制”平衡的的过程中发挥了关键作用。

为验证NRXN1剪接异常是否是功能缺陷的直接原因，作者通过 shRNA 分别模拟了 5′-Del 和 3′-Del 效应。前者通过敲低 WT 外显子9 重现 iGLUT 神经元突触传递下降、iGABA 神经元突触传递增强的特征；后者则通过敲低外显子 20-24 剪接连接，使两类神经元中突变亚型显著减少，突触活动恢复至近似正常水平。结果提示，不同剪接路径异常直接导致了细胞类型特异性的突触功能障碍。

最后，作者探讨了基于NRXN1剪接调控的治疗干预策略。在 5′-Del 模型中，通过 β-雌二醇诱导上调 NRXN1α 表达，改善了 iGLUT 神经元中的神经活动和突触传递；而在 3′-Del 模型中，反义寡核苷酸（ASO）针对突变亚型剪接点可显著降低其表达，恢复剪接模式平衡与突触功能。该策略不仅有效逆转 NRXN1 剪接异常带来的功能障碍，且在人脑组织中亦检测到潜在靶点，体现了其临床应用前景。

综上所述，本研究系统解析了NRXN1 杂合缺失在人源兴奋性和抑制性神经元中的功能影响，发现不同缺失位点分别导致功能丧失或获得，通过改变 NRXN1 的剪接方式引发细胞类型特异的突触活动异常。作者进一步通过 shRNA 和 ASO 手段验证了这些异常可被逆转，揭示 NRXN1 剪接多样性在神经发育和突触稳态中的关键作用，并提出基于剪接调控的干预策略。本研究为相关精神疾病的精准治疗提供了新的靶点和思路。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08864-9

制版人： 十一

参考文献

1. De Wit, J. & Ghosh, A. Specification of synaptic connectivity by cell surface interactions.Nat. Rev. Neurosci.17, 22–35 (2016).

2. Ching, M. S. L. et al. Deletions of NRXN1 (neurexin‐1) predispose to a wide spectrum of developmental disorders.Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet. 153B, 937–947 (2010).

3. Pak, C. et al. Human neuropsychiatric disease modeling using conditional deletion reveals synaptic transmission defects caused by heterozygous mutations in NRXN1.Cell Stem Cell17, 316–328 (2015).

4. Flaherty, E. et al. Neuronal impact of patient-specific aberrant NRXN1α splicing.Nat. Genet.51, 1679–1690 (2019).

5. Boxer, E. E. & Aoto, J. Neurexins and their ligands at inhibitory synapses. Front. Synaptic Neurosci. 14, 1087238 (2022).

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