《Cellular and Molecular Neurobiology》：HDAC Inhibition Reshapes Splicing of Synaptic Plasticity-Related Genes and Neural Network Dynamics
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本研究探讨了组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂如何通过染色质重塑，影响神经元中突触可塑性相关基因的可变剪接（AS）模式，并探索其与神经网络功能的相关性。研究人员发现，HDAC抑制剂TSA处理可广泛且动态地改变参与突触组织和信号转导基因的外显子组成，这些分子变化最终导致神经网络活动的同步性增强和神经元兴奋性升高。该研究在表观遗传调控、可变剪接动力学和突触功能之间建立了新的机制联系，为理解神经系统疾病及开发干预策略提供了新见解。
我们的大脑之所以能够学习、记忆并适应环境，很大程度上依赖于神经元之间连接点——突触——的可塑性变化。这种变化背后，是基因组信息被精细调控和表达的复杂过程。其中，可变剪接（Alternative Splicing, AS）是一种关键的转录后调控机制，它允许单个基因通过不同组合方式剪接其RNA，从而产生多种功能各异的蛋白质，极大地丰富了神经元的蛋白质组多样性，对细胞分化、突触形成与功能至关重要。
与此同时，表观遗传调控，如组蛋白的化学修饰，通过改变染色质结构来影响基因的转录活性，是连接环境信号与基因表达的重要桥梁。组蛋白去乙酰化酶（Histone Deacetylase, HDAC）是维持染色质紧凑状态、抑制基因转录的关键酶类。HDAC抑制剂（HDACi）因其能够松弛染色质、促进基因表达，已被研究作为潜在的神经精神疾病治疗药物，但其对神经元可变剪接这一精细调控层的影响，以及这种影响如何最终转化为神经网络功能的变化，此前并不清楚。这构成了一个关键的科学问题：表观遗传层面的全局扰动，是如何精准地影响局部RNA剪接事件，并最终重塑神经环路的动态的？
为了解决这一问题，发表在《Cellular and Molecular Neurobiology》上的一项研究，以大鼠原代神经元培养体系为模型，系统探讨了广谱HDAC抑制剂曲古抑菌素A（Trichostatin A, TSA）诱导的全局染色质重塑，如何改变突触可塑性相关基因的可变剪接模式，并探究了这些分子变化与神经网络活动之间的功能关联。
为开展此项研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，他们使用大鼠原代皮层神经元培养物作为研究模型。其次，通过转录组学测序（RNA-Seq）全面分析了TSA处理前后神经元中基因表达和可变剪接的变化。接着，利用定量聚合酶链式反应（Quantitative PCR, qPCR）对筛选出的关键基因的可变剪接异构体进行了验证。最后，为了将分子变化与功能表型联系起来，他们在神经元中表达了基因编码的钙离子传感器GCaMP6s，并通过活细胞钙成像技术，长时间监测了神经网络的自发活动动态。
研究结果
HDAC抑制诱导突触可塑性基因发生广泛的动态可变剪接变化
通过对转录组数据的分析，研究人员发现，长时间的TSA处理在突触可塑性相关基因中引发了广泛且动态的可变剪接变化。这些变化不仅通过转录偶联机制发生，也涉及转录后调控机制。研究表明，TSA处理优先改变了那些参与突触组织和信号转导基因的外显子组成。
qPCR验证关键突触功能基因的可变剪接改变
为了确认转录组学的发现，研究团队采用qPCR技术，对一组精选的、编码重要突触功能蛋白的基因的可变剪接事件进行了验证。这些基因包括：
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细胞粘附分子：如神经连接蛋白1（Nrxn1）和神经连接蛋白2（Nrxn2），它们对于突触的特异性形成和功能至关重要。
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支架蛋白：如SH3和多重锚定蛋白重复结构域蛋白2（Shank2）和Discs大同源物相关蛋白1（Dlgap1），它们在突触后致密区组织受体和信号分子。
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谷氨酸受体：如离子型谷氨酸受体AMPAR亚基4（Gria4），负责快速的兴奋性神经传递。
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信号分子：如突触Ras GTP酶激活蛋白1（Syngap1）和蛋白激酶C zeta型（Prkcz），参与突触内的信号转导通路。
qPCR结果证实了这些基因在TSA处理后发生了显著的可变剪接模式改变，表明HDAC抑制能特异性调节突触相关基因的剪接程序。
分子剪接重排与延迟的神经网络重组相关
为了探究上述分子变化是否与神经网络的功能输出相关，研究人员进行了钙成像实验。他们发现，TSA诱导的可变剪接等分子重排，伴随着时间上延迟的、显著的神经网络重组。具体表现为：
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在处理19小时后，神经元活动的同步化程度显著增加。
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在处理48小时后，神经元的兴奋性普遍升高。
这张图示了研究的核心发现：HDAC抑制剂通过染色质重塑改变可变剪接，并最终影响神经网络活动。
研究结论与意义
本研究建立了一个新颖的机制性联系，将表观遗传调控（HDAC介导的染色质重塑）、可变剪接动力学和突触功能三者串联起来。研究结果表明，HDAC抑制剂能够通过改变染色质可及性，广泛影响突触可塑性相关基因的剪接决策，这种剪接层面的“重新布线”并非立即生效，而是在约一天后引发神经网络活动的深刻重组，表现为同步化和兴奋性的增强。这为理解HDAC抑制剂如何增强突触可塑性提供了全新的分子和细胞机制解释。
更重要的是，该发现为理解与剪接失调相关的神经系统疾病（如自闭症谱系障碍、精神分裂症、阿尔茨海默病等）的分子基础提供了新视角。许多神经精神疾病相关基因（如本研究中验证的Shank2, Syngap1, Nrxn1等）本身也是重要的可变剪接靶点。本研究提示，表观遗传环境的异常可能通过扰乱这些关键基因的正常剪接程序，进而导致神经网络功能缺陷。因此，针对特定剪接事件或表观遗传读写器的调控，可能成为未来神经系统疾病治疗的新方向。这项工作不仅深化了我们对大脑可塑性调控网络的认识，也为开发基于表观遗传和RNA加工的治疗干预策略奠定了重要的理论基础。
