社交互动诱导神经连接蛋白1裂解产物维持社会记忆的新机制

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Social memory maintenance relies on social interaction-induced proteolytic products of neuroligin 1

　　本研究针对社会记忆维持机制不清的科学问题，聚焦神经连接蛋白1(NLG1)的蛋白水解过程及其产物在记忆巩固中的作用。研究人员通过行为学、电生理和分子生物学技术，发现社交互动激活腹侧海马区α/γ-分泌酶依赖的NLG1裂解，产生的细胞内片段NLG1-CTD通过PDZ结构域调控cofilin信号通路，进而促进树突棘成熟和突触可塑性。该研究揭示了从细胞外信号转导到细胞内骨架重编程的完整记忆维持机制，为自闭症谱系障碍(ASD)等社交记忆缺陷疾病提供了新的治疗靶点。

　　

当我们第一次见到某人就能在数小时甚至数天后依然记得对方，这种神奇的社会记忆能力背后隐藏着怎样的神经机制？在阿尔茨海默病、自闭症等神经精神疾病中，社会记忆的缺损又是如何发生的？这些问题的答案一直困扰着神经科学家。尽管研究已知海马体在社会记忆形成中起关键作用，但记忆从短暂存在到持久巩固的维持过程，特别是持续数十分钟到数小时的短时记忆如何转化为长时记忆，仍是未解之谜。

近日发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究论文"Social memory maintenance relies on social interaction-induced proteolytic products of neuroligin 1"为我们揭开了这一过程的神秘面纱。由An Liu、Xingcan Li等研究人员组成的团队发现，小鼠之间的社交互动能够触发腹侧海马区神经连接蛋白1(NLG1)的蛋白水解过程，产生的细胞内片段NLG1-CTD通过调控细胞骨架蛋白cofilin，进而促进树突棘成熟和突触强化，最终实现社会记忆的维持。

研究人员综合运用了多种关键技术方法：通过三室社交行为实验评估小鼠社会记忆能力；利用脑片电生理技术记录腹侧海马CA1区突触传递效能；采用蛋白质印迹(Western blot)和质谱分析检测蛋白表达和裂解情况；通过立体定位注射技术实现海马特定脑区的病毒表达和药物干预；运用免疫组织化学和共聚焦显微镜进行树突棘形态分析。研究使用的基因工程小鼠包括NLG1条件性敲除小鼠和Amigo2-Cre转基因小鼠，所有动物实验均遵循东南大学动物护理委员会批准的 protocols。

社交刺激促进腹侧海马蛋白水解

研究发现，小鼠与陌生同伴的社交互动能显著激活腹侧海马区的α-分泌酶和γ-分泌酶。通过考马斯亮蓝染色和质谱分析，研究人员发现社交刺激后腹侧海马组织中分子量小于50 kDa的蛋白片段明显增加，其中包括NLG1、神经连接蛋白1(NRXN1)和钙黏蛋白2(CDH2)等分泌酶底物的裂解片段。这些蛋白片段与突触囊泡循环和突触后膜组装等过程相关，提示社交互动可能诱导腹侧海马的突触重组和可塑性变化。

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社交刺激增强腹侧海马突触传递

电生理记录显示，社交刺激后60分钟，腹侧海马CA1区椎体神经元的兴奋性突触传递显著增强。场兴奋性突触后电位(fEPSP)的输入输出曲线右移，微型兴奋性突触后电流(mEPSC)的振幅和频率均增加，而微型抑制性突触后电流(mIPSC)无显著变化。同时，社交行为后钙调蛋白依赖性蛋白激酶II(CaMKII)和AMPA受体亚基GluA1第831位丝氨酸(S831)的磷酸化水平升高，这些都是长时程增强(LTP)形成和表达的标志。抑制CaMKII活性不仅阻断了ADAM10的成熟，也损害了社会记忆的形成和维持。

NLG1在腹侧海马神经元中对社会记忆维持至关重要

Western blot结果显示，社交刺激后30和60分钟，腹侧海马组织中NLG1-CTD水平显著升高，而全长NLG1蛋白水平变化不明显。在兴奋性神经元中条件性敲除NLG1后，小鼠的社会记忆形成正常，但维持受损。这种缺陷可通过重新表达全长NLG1或NLG1-CTD片段来挽救，而缺失蛋白酶切位点的NLG1突变体(△S)则无此效果。同样，敲低NLG1也损害了社交诱导的突触传递增强。这些结果表明NLG1蛋白水解对其在社会记忆维持中的功能至关重要。

NLG1裂解促进社会记忆维持

为了明确NLG1蛋白水解的具体作用，研究人员构建了缺失α-分泌酶识别位点的NLG1突变体(NLG1-△S)。在NLG1条件性敲除小鼠腹侧海马中表达NLG1-△S无法挽救社会记忆维持缺陷，而表达野生型NLG1则可以。进一步研究发现，表达NLG1的细胞内片段(NLG1-CTD)能挽救记忆维持缺陷，但缺失PDZ结合域(PBD)的突变体(NLG1-CTD-△PBD)则无此效果。这些结果证实NLG1蛋白水解产生的NLG1-CTD通过其PBD基序在社会记忆维持中发挥关键作用。

PBD肽抑制cofilin活性并参与社会记忆维持

研究人员设计了细胞膜穿透性Tat-PBD肽，模拟社交行为后NLG1-CTD的生成。在γ-分泌酶抑制剂MRK处理的 mice 中，社交互动后立即注射Tat-PBD肽能挽救社会记忆维持缺陷。电生理记录显示，Tat-PBD肽也能挽救MRK对高频刺激诱导LTP维持相的抑制。机制上，NLG1-CTD通过其PBD域促进cofilin磷酸化，抑制其剪切活性。社交刺激后腹侧海马区cofilin磷酸化水平升高，而NLG1敲除或cofilin激活肽Tat-S3处理均损害社会记忆维持。同时，社交互动促进vCA1神经元树突棘密度和成熟度增加，这些结构变化与cofilin失活相关。

PBD肽恢复连续社交任务中的记忆维持缺陷

在连续社交任务中，当两只陌生鼠呈现间隔仅2分钟时，被试鼠能形成但对第二只鼠的社会记忆维持受损；而间隔10分钟时，记忆维持正常。蛋白水平检测显示，2分钟间隔组的NLG1-CTD水平与仅接触一只鼠组相似，无进一步增加；而10分钟间隔组NLG1-CTD水平更高。注射Tat-PBD肽能克服树突棘成熟度平台期，挽救对第二只鼠的记忆维持缺陷。这表明短时间内连续社交互动可能耗尽NLG1蛋白水解相关资源，导致后续社交信息编码受损。

PBD肽恢复NLG1缺陷小鼠的新物体记忆维持

研究还发现，NLG1-CTD/PBD在背侧海马CA1区依赖的新物体识别记忆中也发挥作用。探索新物体后，背侧海马NLG1-CTD和cofilin磷酸化水平升高。条件性敲除dCA1兴奋性神经元中的NLG1损害新物体识别记忆，而注射Tat-PBD肽能恢复这种缺陷。

本研究系统阐明了社交互动通过激活dCA2神经元和vHPC CaMKII，触发α-和γ-分泌酶依赖的NLG1裂解，产生NLG1-CTD片段，进而通过PBD域抑制cofilin活性，促进树突棘强化和突触可塑性，最终维持社会记忆的完整机制。这一发现不仅连接了记忆形成、维持和LTP维持的生理过程，为理解序列位置效应中的首因效应提供了分子解释，也为治疗社交记忆缺陷相关脑疾病提供了新的靶点思路。该研究创新性地揭示了从细胞外信号转导到细胞内骨架重编程的完整记忆维持通路，为神经科学领域提供了重要的理论突破。