为何我们一遇到新环境就心跳加速？加州大学团队揭示GluA1胞质尾区调控AMPAR转运及新奇反应门控机制

2025年11月22日，加州大学Javier Díaz-Alonso团队在《Molecular Psychiatry》杂志发表：The GluA1 cytoplasmic tail regulates intracellular AMPA receptor trafficking and synaptic transmission onto dentate gyrus GABAergic interneurons, gating response to novelty，揭示了GluA1的胞质尾区调控AMPA受体的细胞内转运以及向齿状回GABA能中间神经元的突触传递，从而调控对新奇刺激的反应。

GluA1亚基由精神分裂症相关基因 GRIA1 编码，其胞内羧基末端结构域（CTD）在活动依赖性的AMPA受体（AMPAR）转运及认知情感功能中起关键作用。尽管该结构域在CA1锥体神经元LTP中的作用已被广泛研究，其在其他突触类型和GluA1依赖过程中的功能仍不清楚。本研究利用一种GluA1 CTD组成性截短的小鼠模型（ΔCTD GluA1）系统解析该结构域在AMPAR定位、功能及行为调控中的作用。结果表明，CTD截短影响了AMPAR亚基的表达与细胞内转运；ΔCTD小鼠虽无记忆缺陷，却表现出新奇环境诱导的过度活动、齿状回颗粒细胞（DG GC）过度兴奋及其他行为异常。该研究将GluA1功能划分为CTD依赖性和非依赖性两类，揭示GluA1 CTD作为关键调控枢纽以细胞类型特异性方式调节AMPAR功能。

图一 AMPAR亚基的表达水平和亚细胞分布受到GluA1羧基末端结构域缺失的影响

作者利用ΔCTD GluA1小鼠探究GluA1 CTD在AMPAR转运、突触类型特异性的突触传递与可塑性、认知功能、新奇刺激处理及其他行为中的作用。首先，作者检测了GluA1 CTD截短是否影响AMPAR亚基的表达水平。

结果：

与野生型相比，ΔCTD GluA1小鼠前脑裂解液中GluA1蛋白水平显著降低，但在突触体富集组分中无差异，提示CTD缺失降低了GluA1的表达或稳定性，但不影响其突触定位。相反，GluA2在全脑和突触组分中均显著上调，GluA3不变，GluA4在突触中轻微升高。使用识别GluA1氨基末端的抗体发现：野生型GluA1主要定位于树突，在胞体几乎无信号；而ΔCTD GluA1在胞体明显累积，表明其从胞体向树突的转运受损。定量分析显示，CA1锥体神经元和齿状回颗粒细胞中ΔCTD GluA1的胞体/树突比值显著升高。GluA2在CA1也出现类似重分布（类似GluA1敲除表型）但在齿状回无变化。在CA1辐射层和齿状回分子层（主要兴奋性输入区），ΔCTD GluA1的突触样点状结构密度显著减少；PSD-95密度仅在CA1下降，齿状回不变。尽管如此，GluA1与PSD-95的共定位未受影响，说明其突触锚定基本正常。此外，GluA2和GluA3在上述区域的突触分布及共定位均无改变，提示AMPAR亚基组成未发生明显代偿性重组。胞体中AMPAR亚基的累积符合内质网滞留特征。GluA1 CTD缺失影响AMPAR亚基的表达与细胞内转运，但突触处的受体组成总体保持完整。

图二 ΔCTD GluA1小鼠表现出新奇环境诱导的过度活动

在表明GluA1 CTD截短会影响AMPAR表达水平和亚细胞分布后，作者进一步探究GluA1依赖的认知与行为调控是否需要该结构域。既往研究表明，GluA1敲除小鼠存在空间工作记忆缺陷，但长期记忆完好甚至增强；同时，新奇环境诱导的过度活动是其最显著的行为表型之一。为评估GluA1 CTD在空间新奇处理中的作用，在旷场实验中比较了WT与ΔCTD GluA1小鼠的运动行为。

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结果：

纯合ΔCTD GluA1雄性小鼠的新奇诱导活动显著加剧，而中心活动比例、直立次数与WT相当，仅精细动作减少。在另一批实验中，雄性和雌性ΔCTD GluA1小鼠均表现出同样加剧的过度活动，而杂合子小鼠无此现象。接着，作者评估GluA1 CTD对认知功能的影响。此前已知GluA1 CTD截短不影响空间参考记忆。在Y迷宫空间新奇偏好测试中，WT与ΔCTD GluA1小鼠（无论性别）对新异臂的偏好程度相似，但ΔCTD GluA1小鼠穿越臂次数更多。在物体位置记忆任务中，ΔCTD GluA1小鼠初次进入环境时活动增强。经4天适应后，过度活动消失，表明其能正常习惯化。然而，在训练和测试阶段，其总活动量和物体探索时间仍显著高于WT小鼠。值得注意的是，ΔCTD GluA1小鼠对位移物体的辨别能力反而优于WT小鼠且这种优势与探索时间或活动量无关。在新物体识别任务中，两组小鼠对新物体的辨别能力相当。鉴于ΔCTD GluA1小鼠整体表现出更强的物体探索倾向可能掩盖潜在的记忆缺陷，作者进行了配对控制实验：将每只ΔCTD GluA1小鼠与一只WT小鼠配对并限制其训练时间，使其探索时间与配对WT小鼠一致。结果发现，尽管ΔCTD GluA1小鼠未能习惯化环境并持续过度活动，但在匹配探索时间后对新物体的偏好与WT小鼠相同。综上，ΔCTD GluA1小鼠虽表现出新奇诱导的过度活动，但其短期新物体识别记忆完好，与GluA1完全敲除小鼠不同，说明GluA1介导的某些行为（如过度活动）依赖CTD，而记忆功能则不依赖该结构域。

图三 ΔCTD GluA1小鼠重现了生殖系GluA1敲除小鼠的其他行为特征

接下来，作者研究了仅GluA1 CTD截短是否足以引发其他与分裂情感性障碍相关的行为异常。

结果：

在高架十字迷宫实验中，ΔCTD GluA1雄性小鼠在整个测试过程中探索开放臂的时间比例显著增加。与此一致，其进入开放臂的次数和移动距离也明显增多，而封闭臂的进入次数和移动距离则无变化。此外，ΔCTD GluA1小鼠在迷宫中的总移动距离也高于野生型对照。为进一步探究ΔCTD GluA1小鼠表现出的焦虑样行为降低，进行了明暗箱转换实验。结果显示，雄性和雌性ΔCTD GluA1小鼠进入暗区（安全区）的潜伏期延长，但两区域的总停留时间无明显差异。此外，在强迫游泳实验（用于评估啮齿类动物的绝望样行为）中，ΔCTD GluA1雄性和雌性小鼠的不动时间均少于野生型对照，这一表型同样与先前报道的GluA1敲除小鼠一致。这些结果表明，GluA1的CTD结构域对其介导的新奇刺激处理至关重要，并参与调控风险评估、趋近行为和/或焦虑相关反应。

图四 ΔCTD GluA1小鼠在旷场暴露后DG GC激活显著增强

为揭示GluA1 CTD调控新奇刺激处理的神经生物学机制，作者进一步鉴定那些以GluA1 CTD依赖方式响应新奇环境的神经元群体。为此，在小鼠暴露于新奇环境（旷场）两小时后，检测了c-Fos表达（作为神经元激活的指标）。

结果：

在野生型雄性和雌性小鼠中，暴露于新奇环境后多个脑区的c-Fos阳性细胞数量均增加。当小鼠处于饲养笼中时，野生型与ΔCTD GluA1小鼠背侧海马的c-Fos标记细胞数量无显著差异。然而，在旷场暴露后，ΔCTD GluA1小鼠（无论性别）的齿状回颗粒细胞和CA3锥体神经元中的c-Fos诱导显著增强，明显高于野生型小鼠。相比之下，CA1区的c-Fos表达在两组间增幅相似。这些结果与先前在GluA1敲除小鼠中报道的现象高度一致，表明CTD对于GluA1依赖性的海马神经活动调控特别是在应对新奇环境时具有关键作用。

综上所述，本研究全面阐明了GluA1 CTD在AMPAR亚基表达水平、细胞内转运、细胞类型特异性突触传递以及GluA1依赖的情感和记忆过程中的作用。研究发现GluA1 CTD是AMPAR复合物中的一个关键元件，能够调控兴奋性突触对抑制性中间神经元的输入强度，并提示ΔCTD GluA1小鼠可能有助于研究分裂情感性障碍及其他精神疾病的某些特征。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03328-y

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