神经趋化因子Orion通过胶质细胞受体Draper调控果蝇蘑菇体神经元重塑的机制研究

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Neuron-secreted chemokine-like Orion interacts with the glial receptor Draper during mushroom body neuronal remodeling in Drosophila

本研究发现，在果蝇（Drosophila）变态过程中，神经元分泌的趋化因子样蛋白Orion与胶质细胞吞噬受体Draper（Drpr）直接相互作用，调控蘑菇体（Mushroom Body, MB）γ神经元的轴突修剪。通过基因敲除（如drprindel3和orionnull等位基因）和功能获得性实验（如膜锚定Orion-CD2），研究证实Drpr是Orion在神经元重塑中的关键受体，为神经退行性疾病中噬斑清除机制提供了新见解。

　　

引言

在动物界，神经元重塑是优化神经突靶向的关键发育机制，对神经环路的成熟和功能至关重要。果蝇（Drosophila）变态过程中，蘑菇体（Mushroom Body, MB）γ神经元的重塑需要神经元趋化因子样蛋白Orion的参与，该蛋白促进星形胶质细胞浸润和吞噬作用。吞噬受体Draper（Drpr）是神经元重塑多个方面的关键调控因子，参与神经突修剪和胞体清除。本研究旨在探讨Drpr是否为Orion在MB神经元重塑中的胶质细胞受体。

材料与方法

研究采用果蝇遗传学工具，包括orion^null突变体（orion¹和orion^ΔC）、drpr^indel3和drpr^Δ5等位基因，以及UAS-orion-CD2-myc等转基因品系。通过201Y-GAL4（特异性表达于MB γ神经元）和repo-GAL4（泛胶质细胞表达）驱动转基因表达，结合免疫荧光（使用抗-Fas2、抗-Dlp、抗-myc和抗-Drpr抗体）、Western blot和共聚焦显微镜成像，分析表型和蛋白定位。统计方法包括Fisher精确检验和Mann-Whitney U检验。

结果与讨论

drpr^indel3纯合突变体表现出与orion^null高度相似的MB修剪缺陷表型，包括未修剪的γ轴突和大量轴突残骸积累，且表型外显率达100%。相反，drpr^Δ5突变仅导致部分表型（约15-28% MB出现异常），Western blot证实drpr^indel3为蛋白完全缺失型等位基因，而drpr^Δ5仍残留Drpr表达。此外，NimC1¹;eater¹双突变体不影响MB重塑，提示Drpr在神经元残骸清除中具有特异性功能。

为验证Orion与Drpr的直接相互作用，研究构建了膜锚定型Orion-CD2。在第三龄幼虫中，MB神经元表达Orion-CD2可显著招募胶质细胞标志物Drpr进入γ轴突束，而可溶性Orion无此效应。在蛹期6小时（APF），Orion-CD2表达引发MB背侧叶“无头”表型，该表型在drpr^indel3背景下完全挽救，且在神经元中异位表达Drpr也可逆转表型，表明Orion-CD2通过滴定内源性Drpr导致功能异常。

胶质细胞中表达Orion-CD2同样干扰MB修剪，造成轴突残留和背侧叶增厚，而共表达Drpr可挽救该缺陷。这些遗传互作支持Orion与Drpr的直接结合模型：神经元分泌的Orion与胶质细胞Drpr互导正常修剪；膜锚定Orion异常滞留于神经元或胶质细胞膜时，会竞争性抑制内源性配体-受体相互作用，从而破坏重塑过程。

结论

研究通过表型分析、蛋白定位和遗传滴定实验，证实Drpr是Orion在果蝇MB神经元重塑中的胶质细胞受体。这一发现不仅阐明了神经元-胶质细胞对话在发育中的关键机制，也为理解神经退行性疾病中噬斑清除障碍提供了新视角。