《Molecules and Cells》：Orchestrating synaptic strength by neuroligin-confined nanoscale organization
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这篇综述深入探讨了神经连接蛋白（Nlgns）通过形成纳米团簇来精细调控突触结构与功能的核心机制。文章系统总结了不同Nlgn亚型（Nlgn1, Nlgn2, Nlgn3, Nlgn4）在兴奋性（如NMDARs, AMPARs）和抑制性（如GABAARs）突触中，如何通过与突触前神经连接蛋白（Nrxns）的特异性相互作用、竞争性配体（如Cbln1, LRRTMs）以及相分离等机制，构建并维持突触后致密区（PSD）的纳米级结构，从而精确“调谐”突触强度。文章进一步指出，这种纳米团簇的紊乱与自闭症谱系障碍（ASD）等突触病（synaptopathy）密切相关，为理解脑疾病的病理机制提供了新的纳米尺度视角。
引言
化学突触是神经元之间高度区室化的亚微米级特殊连接结构。近年来，超分辨显微成像技术的突破，使得科学家得以窥见突触的纳米级架构。研究表明，突触蛋白并非均匀分布，而是形成纳米尺度的团簇，即突触纳米团簇。这些纳米团簇精准地对齐突触间隙两侧的突触前活性区（AZ）和突触后致密区（PSD） machinery，确保神经递质释放能精确对准突触后受体，从而保障突触传递的保真度。在脊椎动物中，神经连接蛋白（Nlgns）是关键的突触后细胞粘附分子，在维持突触功能中扮演核心角色。近期研究发现，Nlgns自身也形成纳米团簇，并调控其他突触蛋白的纳米尺度分布，提示其通过纳米团簇组织来“指挥”突触强度。
亚型特异性功能：Nlgns对突触受体纳米结构的调控
神经连接蛋白1 (Neuroligin 1)
Nlgn1主要分布于兴奋性突触，对NMDA受体（NMDAR）介导的突触传递至关重要。基因敲除研究证实，Nlgn1缺失会选择性减弱海马、皮层和小脑等多个脑区的NMDAR反应。超分辨成像显示，过表达或内源性标记的Nlgn1在兴奋性突触形成纳米团簇，并与PSD-95紧密共定位。一个与自闭症谱系障碍（ASD）相关的点突变（Arg473Cys-Nlgn1，为大鼠中人类Arg451Cys-Nlgn3的同源突变）会导致NMDAR介导的电流显著增强，并伴随NMDAR簇集的增加，表明其通过改变与Nrxn的结合影响了NMDAR的分布。有趣的是，内源性Nlgn1也被发现存在于小篮状结构（cerebellar pinceau）甚至抑制性突触中，提示其功能可能超出传统的兴奋性突触传递。
神经连接蛋白2 (Neuroligin 2)
Nlgn2则几乎专一性地分布于GABA能抑制性突触，负责聚集GABAA受体亚基（如α3和γ2）。Nlgn2的缺失会破坏GABAA受体的簇集，损害抑制性突触后结构的形成和抑制性传递。高分辨率显微镜揭示，Nlgn2在抑制性突触形成纳米团簇，并与支架蛋白Gephyrin紧密关联。快速去除Nlgn2的胞外域会导致RIM1/2和GABAA受体的纳米尺度弥散和错误定位，从而损害抑制性传递。这表明Nlgn2通过稳定关键突触蛋白的纳米团簇来维持抑制性突触传递。
神经连接蛋白3/4 (Neuroligin 3/4)
Nlgn3的突变与ASD密切相关。在Held钙球结 synapses，Nlgn3特异性调控AMPA受体（AMPAR）而非NMDAR介导的突触传递。Nlgn3敲除导致AMPAR反应幅度减小、动力学变慢，其深层机制是GluA和PSD-95团簇的密度降低但体积增大。Nlgn3被发现同时存在于兴奋性和抑制性突触，其分布受不同磷酸化状态的影响。Nlgn4则与甘氨酸能突触功能相关，其缺失会减少甘氨酸受体数量并减慢微型抑制性突触后电流（mIPSCs）。此外，Nlgn3和Nlgn4X在人类神经元的生长锥边缘也形成纳米团簇，但其体内功能尚不明确。
Nlgn-Nrxn纳米结构的调节因子
Nrxn纳米团簇
Nlgns的突触前配体Nrxns同样形成纳米团簇。Nrxn1在兴奋性突触形成离散的纳米团簇，其数量和大小随发育而增加，并受神经元活动和ADAM10介导的胞外域切割的动态调节。不同的Nrxn亚型（如Nrxn1和Nrxn3）可能形成互不重叠的纳米团簇，分别选择性地与各自的突触后配体相互作用，从而差异性地调节NMDAR和AMPAR电流。
配体竞争与协同
Nlgns与Nrxns的相互作用受到二者可变剪接的精细调控。例如，小脑蛋白1（Cbln1）特异性结合含有S4插入片段的Nrxn（Nrxn(+S4)），并与突触后GluD1受体共同作用。在小脑皮层，Cbln1通过与Nlgn1竞争性结合Nrxn(+S4)来调节Nlgn1纳米团簇的大小和数量。类似地，亮氨酸重复序列跨膜蛋白（LRRTM1/2）则结合不含S4插入的Nrxn（Nrxn(-S4)）。在不同脑区，Nlgn1和LRRTM1的纳米团簇关系各异：在海马CA3区，它们因Nrxn(-S4)富集而重叠；而在大脑皮层，因同时存在Nrxn(+S4)和Nrxn(-S4)，它们的团簇则相互分离。这种由突触前Nrxn亚型决定的组合，可能最终影响突触后NMDAR和AMPAR纳米团簇的特性和空间分布。
Nlgn纳米团簇调谐突触强度
维持纳米团簇的完整性对突触传递至关重要。Nlgn1敲除选择性减弱NMDAR电流，而过表达则增强AMPAR簇集。在Held钙球结，Nlgn3的缺失不改变每个突触中PSD-95纳米团簇的数量，但导致PSD-95和GluA1的团簇体积增大、密度降低。计算模拟表明，突触后电流的幅度强烈依赖于突触前释放位点与AMPAR纳米团簇的空间对应关系。发生在团簇区域外的释放事件只能产生微弱的、难以检测的电流。因此，Nlgn3通过限制AMPAR在纳米团簇内，确保释放的神经递质能高效激活受体，从而塑造了突触反应的幅度和动力学。
纳米团簇的多样性与可塑性
纳米团簇的大小、内容和位置并非一成不变，而是受发育和神经元活动的动态调控。平均而言，每个海马突触含有3~5个PSD和AZ纳米团簇，直径约80纳米。Nlgn3的缺失使得PSD-95和GluA1的纳米团簇变得更大、更稀疏，允许突触后蛋白侧向扩散远离释放位点，这从纳米尺度解释了突触反应减弱的原因。在果蝇中，打断dNlgn1与Nrx1结合的突变会导致突触前T形带结构异常和AZ支架蛋白直径增大，表明Nlgn在协调突触前后纳米组织中的核心作用。
纳米团簇与相分离
突触蛋白纳米团簇的稳定性依赖于组分蛋白间的相互作用。纯化的支架蛋白（如PSD-95, Shank3）在体外可通过液-液相分离形成凝聚体。近期研究发现，PSD-95和Shank3形成的相分离凝聚体呈玻璃态，Shank3的寡聚化使PSD凝聚体更具刚性，而ASD相关的Shank3突变则会软化凝聚体并损害突触可塑性。这些凝聚体可能通过区室化作用稳定受体组装并富集信号分子。然而，体内纳米团簇仅包含数百个蛋白拷贝，其形成机制可能不仅仅是简单的相分离，还涉及特异的结合机制和精确的时空调控。用脂肪醇破坏相分离会缩小RIM1/2和Munc13等形成的纳米团簇，并扰乱动作电位依赖的神经传递，这提示相分离机制对维持纳米团簇的功能至关重要。
展望与未来方向
对Nlgns及其结合伙伴在纳米尺度调控突触功能的理解已取得显著进展，但仍面临挑战：阐明纳米团簇促进突触形成和成熟的精确生化机制，以及疾病相关基因突变如何改变纳米团簇的特性仍是未来研究的重点。利用内源性标记技术、超分辨显微镜和条件性基因敲除模型，我们将能深入探究单个纳米团簇的分子组成、决定其内容和大小的因素，以及它们在发育和活动依赖条件下的动态调控规律，最终揭示Nlgns如何在生理和病理条件下“指挥”突触强度，为脑疾病提供新的诊治思路。
