Nature｜3171种蛋白，只为真相！星形胶质细胞或是神经元活性的“备用刹车”系统

大脑中大多数突触被星形胶质细胞的细小分支包裹着，这种连接可作为功能性突触的一部分。尽管对于星形胶质细胞通过分泌蛋白控制抑制性突触形成的机制研究比较清楚，但是星形胶质细胞与突触之间的连接如何调控抑制性突触的形成尚未知。

星形胶质细胞与突触之间的连接就像一个黑盒子，被很多蛋白填满了。因此需要将这个黑盒子曝光，让各种蛋白质显现出来。这就需要借助邻近标记(Proximity labeling, PL)技术：将一个具有邻近标记功能的酶与目标蛋白融合，通过酶催化的共价修饰将邻近的蛋白标记上生物素，从而进行蛋白质相互作用研究,其中使用biotin ligase(生物素连接酶)的技术称为iBioID邻近标记技术。

2020年11月11日杜克大学医学院细胞生物学系Cagla Eroglu和Scott H. Soderling联合团队对这个技术进行升级,形成化学遗传iBioID邻近标记技术实现对星形胶质细胞和神经元之间的胞外连接的标记，揭示了星形细胞和神经元NRCAM桥接这两种细胞，并通过抑制性突触支架蛋白gephyrin维持抑制性突触的稳定性。

化学遗传iBioID技术的原理示意图

研究人员将注射携带表达在星形胶质细胞表面的TurboID和表达在神经元表面上的Split-TurboID的AAV病毒，这样相当于在星形胶质细胞和神经元上分别安装了纽扣, 注射生物素连接酶后把这两个纽扣扣在一起了：只有在仅在神经元和星形胶质细胞之间的接触部位TurboID片段进行重组。

通过对神经元突触前、后标志物发现TurboID和Split-TurboID能够很好的和这些突触前、后结构进行共标，也就是说纽扣扣对了位置。化学遗传iBioID技术几乎可以完全将星形胶质细胞和神经元之间的胞外连接呈现出来。

通过蛋白组学分析发现约3171种蛋白存在于星形胶质细胞和神经元之间的间隙之间。先前研究表明黏附分子在调控突触的形成和星形胶质细胞形态过程中发挥关键作用，因此研究人员将Teneurin-2（TENM2），teneurin-4（TENM4）和NRCAM（神经元细胞粘附分子）作为星形胶质细胞和神经元之间的候选桥接分子。

究竟是谁成为最终候选桥接分子？敲除TENM4后成年小鼠皮层的星形胶质细胞体积减小，其分支进入神经纤维的比例也降低，而敲除TENM2并无影响。而敲除NRCAM后星形胶质细胞核神经元的接触反而增加。不能因为你长得正（正向调控）我就选择你，研究人员反其道而行之，最终决定将靶蛋白定位在叛逆分子NRCAM，不要问为什么这样选择，什么都敌不过我喜欢。

随后免疫荧光实验表明星形胶质细胞上NRCAM定位于兴奋性突触和抑制性突触上，特异性敲除NRCAM后并不影响星形胶质细胞分支和兴奋性突触之间的距离，但是星形胶质细胞分支和兴奋性突触之间的距离明显增加。然而在给与人来源的NRCAM可以修复上述障碍，这些结果表明NRCAM介导星形胶质细胞和抑制性突触之间的粘附。

在成年小鼠中特异性敲除星形胶质细胞上NRCAM后皮层抑制性突触数量减少，微小抑制性突触电流也在降低，而在给与人来源的NRCAM可以防止抑制性突触数量的丢失。星形胶质细胞的NRCAM可与神经元gephyrin形成复合物是维持抑制性突触的关键因素。

总的来说，本文揭示了星形胶质细胞和突触之间的关键连接分子NRCAM，维持抑制性突触的稳定，更进一步完善星形胶质细胞和神经元的信息交流机制。之前已有研究发现小胶质细胞可以抑制神经元活性，在本文中星形胶质细胞可能也具有这种潜质。

【参考文献】

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2926-0