Cell Death Differ：重医肖飞/田鑫团队揭示巴豆酰化修饰参与颞叶癫痫调控的新机制

来源：brainnews

近日，重庆医科大学附属第一医院神经内科肖飞、田鑫团队在Cell Death and Differentiation发表题为 Crotonylation of STXBP1 exacerbates seizure susceptibility by impairing GABAergic synaptic transmission 的研究论文，阐明了巴豆酰化修饰通过调控STXBP1的K98位点功能参与SNARE复合物的组装影响突触囊泡释放，进而调节神经元兴奋性和癫痫易感性的具体机制，为颞叶癫痫的治疗提供了新思路。

为探究巴豆酰化修饰在颞叶癫痫发生中的具体作用，作者通过腹腔注射巴豆酸钠增强小鼠体内的蛋白修饰水平，并对癫痫易感性进行了系统评估。结果发现，海马区蛋白的巴豆酰化水平升高，不仅显著加剧了小鼠的癫痫易感性，还直接损害了抑制性突触的传递。进一步研究表明，这一调控作用并非通过传统的组蛋白修饰调控基因表达实现，而是独立于转录过程的非组蛋白依赖性途径，提示巴豆酰化可能通过直接修饰突触相关蛋白，参与了癫痫发生的病理过程。

为了系统性地寻找在癫痫形成过程中被巴豆酰化修饰调控的关键蛋白，作者首先对海马组织进行了巴豆酰化修饰组学检测。结果发现，突触囊泡循环相关的蛋白家族是此次修饰调控的主要对象。其中，一个关键靶点——STXBP1蛋白上的第98位赖氨酸（K98）引起了团队的高度关注，在癫痫潜伏期，该位点的巴豆酰化水平出现了显著下调。这一变化究竟只是疾病的伴随现象，还是推动病程发展的“罪魁祸首”之一？为了回答这个问题，研究人员构建了Stxbp1K98Q点突变小鼠，这种小鼠可以增强STXBP1 K98位点的巴豆酰化状态。

随后的分子机制研究发现，当STXBP1的K98位点发生巴豆酰化修饰后，它与SNARE复合体核心蛋白STX1B的结合不再紧密，两者的相互作用显著减少。并导致两者在突触前活性区的精准定位也随之减少。这意味着，STXBP1巴豆酰化修饰可能通过影响蛋白间的相互作用，损害了突触前SNARE复合物的正常组装。进一步的电生理实验表明，STXBP1 K98cr（即巴豆酰化修饰）主要损害了神经元的自发性神经递质释放，且这种损害对抑制性神经传递的影响尤为突出。

总结来看，这项研究揭示，在癫痫潜伏期，STXBP1 K98位点的巴豆酰化水平下调，干扰了其与STX1B的结合与定位，进而特异性地损害了抑制性（GABA能）囊泡的释放。这一过程打破了大脑神经网络中兴奋与抑制的平衡，最终可能成为驱动癫痫发生的关键一环。

在明确了STXBP1 K98cr对抑制性突触传递的损害后，作者进一步探究了这一位点修饰是否真正推动癫痫的发生发展。研究团队首先在PTZ诱导的急性惊厥模型中进行了验证。结果显示，虽然Stxbp1K98Q突变小鼠与对照组的总体点燃率相似，但在点燃进程的早期阶段，突变组小鼠在每个10分钟观察窗口内的累积点燃数量明显更高，且达到完全点燃所需的时间更短、所需药物剂量也更低。这表明，STXBP1 K98cr修饰显著降低了癫痫发作的阈值。进一步，作者构建了慢性颞叶癫痫模型，并通过连续脑电图记录评估小鼠的自发性癫痫发作情况。结果显示，Stxbp1K98Q小鼠的日均癫痫样放电频率显著高于对照组，表明STXBP1 K98cr不仅增加了癫痫易感性，还加剧了慢性期的癫痫负担。综合来看，STXBP1 K98位点的巴豆酰化修饰通过削弱抑制性突触释放，打破了神经网络的兴奋/抑制平衡，最终成为癫痫易感性增加和病程加重的重要推手。

为探究STXBP1 K98cr在癫痫发生中的调控机制，研究人员聚焦于潜在的去巴豆酰化酶和巴豆酰化修饰转移酶。首先，目前已知的去巴豆酰化酶（HDAC1/2/3/8及SIRT1-3）并非癫痫中STXBP1巴豆酰化水平下调的关键调控因子。随后，研究团队对已知介导巴豆酰化修饰的酰基转移酶进行了筛选，包括p300、CREB结合蛋白、MOF以及p300/CBP相关因子。结果显示，p300是调控STXBP1巴豆酰化修饰的关键酶，而癫痫模型中STXBP1巴豆酰化水平的降低可能源于其与p300相互作用的减少。

文章结论与讨论

本研究聚焦于翻译后修饰的动态调控，揭示了蛋白质巴豆酰化在癫痫发生中的关键作用。作为一种新型修饰，巴豆酰化的病理意义已从组蛋白表观调控扩展到非组蛋白功能调节。在本研究中，与组蛋白巴豆酰化的全局性转录效应不同，作者的发现表明非组蛋白靶点（如STXBP1 K98）的位点特异性巴豆酰化通过精确调控突触囊泡动力学，直接参与癫痫潜伏期的病理重塑。这些发现极大地推进了巴豆酰化在癫痫中作用的认识。

重庆医科大学附属第一医院神经内科博士后刘燕、博士研究生宋菲、硕士研究生郭妍麟为论文的共同第一作者，重庆医科大学附属第一医院神经内科肖飞教授、老年科田鑫教授为本文的通讯作者。