對孤兒受體GluD的新發現

　　谷氨酸離子型受體一共有四大家族，分別為N-甲基-D-天冬氨酸受體（NMDAR）、海人藻酸受體 (KAR) 、α-氨基-3 羥基-5 甲基-4 異惡唑受體（AMPAR）和離子型孤兒δ受體 (GluD）。一般來說，這些谷氨酸受體與離子通道偶聯，形成受體通道復合物并介導突觸信號在神經網絡中的快速傳遞。

　　有趣的事情是，其中GluD受體被稱之為孤兒受體。之所以稱為孤兒，是因為雖然這個受體的基因序列與離子型谷氨酸鹽受體相似，但卻不被谷氨酸鹽配體門控并且離子通道也不會打開。基于這個原因，這個類型的受體長期以來并未得到相應的關注和研究。然而，最近的分子及結構研究發現這個GluD受體家族在突觸形成和突觸維持中起關鍵作用，并與神經疾病有關，包括精神分裂癥、認知缺陷、自閉癥和神經發育。

　　GluD受體家族一共有兩個成員，GluD1和GluD2。GluD2主要在小腦高度表達，參與突觸形成和突觸的長時程抑制，并調控運動技能學習和協調功能。GluD1在通腦表達，包括大腦皮層、海馬、紋狀體和杏仁核。目前，GluD1受體的研究表明，它的氨基片段區會與cerebellin（Cbln）蛋白結合，而Cbln會與突觸前的Neurexin（Nrxn）家族結合。因此就構成了一個有趣的復合物，存在于突觸間隙中并連接前突觸和后突觸。大規模測序表明這個復合物的功能障礙與自閉癥發生發展有密切關系。在遺傳因素里，突觸連接蛋白Neurexin 家族蛋白的突變或缺失和自閉癥的直接相關。然而，對于該復合物的功能研究才剛剛浮出水面。

　　針對這個復合物，作者首先對Nrxn家族有了新的認識。簡單地來說，Neurexin 家族包含有三個基因，分別為Nrxn1、Nrxn2和 Nrxn3。不僅如此，外顯子區域的基因序列包含了6個選擇性剪接位點（alternative splicing site, SS），這意味著通過這6個片段的不斷組合變化可以制造出成千上萬種不同的蛋白，也因此可能產生不同的功能。其中SS4的功能受到較多的關注，是因為當SS4表達時，NrxnSS4+則結合突觸后的Cblns-GluDs突觸連接分子蛋白復合物。

　　2019年6月5日，斯坦福大學的Thomas C. Südhof研究組的Jinye Dai（戴金葉，第一作者）在Neuron上發表文章Alternative Splicing of Presynaptic Neurexins Differentially Controls Postsynaptic NMDA and AMPA Receptor Responses，發現相同的Nrxn家族卻具有很不一樣的功能：Nrxn1SS4+的表達上調NMDAR介導的突觸傳遞，而Nrxn3SS4+的表達則下調AMPAR介導的突觸傳遞（詳見BioArt報道：Neuron | 可變剪接對于不同突觸傳遞的影響）。那么，這其中的分子信號傳遞的機制會是什么？最有可能的信號傳遞是否就是NrxnSS4+-Cblns-GluDs復合物？

　　時隔兩年，2021年6月16日，Thomas C. Südhof研究組的Jinye Dai（戴金葉，第一作者及共同通訊作者）在Nature發表文章GluD1 is a signal transduction device disguised as an ionotropic receptor，利用基因型小鼠、CRISPR/CAS9基因敲除技術、以及電生理技術，發現這個蛋白復合物參加了兩個不同方向的功能調控：Nrxn1SS4+-Cbln2-GluD1 信號通路調控NMDA受體；Nrxn3SS4+-Cbln2-GluD1信號通路調控AMPA受體。

　　令人疑惑的是，同一個受體怎么調控兩個不同方向的功能。為了尋找到答案，作者提出了兩個假設。第一，是不是受體跨膜區的構象變化進行功能的轉變？第二，是不是細胞內C端的尾巴通過綁定不同的內源蛋白從而進行不同功能的調控。

　　為了回答第一個問題，作者將受體的配體結合區以及跨膜區替換成不具任何功能的CD4跨膜片段。有意思的是，GluD1受體的跨膜區雖然有著與AMPA/NMDA受體相似的結構，但對信號傳遞沒有任何的影響。

　　為了回答第二個問題，作者對GluD受體的c端尾巴進行剪切和突變，發現尾巴的兩個不同片段（包含5-13個氨基酸）對其功能起到決定性的作用。其中一個片段（主要是Serine一個磷酸化位點）調控NMDA受體，而另一個片段 (主要是Histidine 和Arginine兩個位點)則調控AMPA受體。

　　該發現不僅僅是對GluD孤兒受體有了新的認識，更是對突觸間粘附分子信號傳遞以及谷氨酸離子型受體的傳統信號傳遞概念進行了突破。同時，這個發現也無疑為后續的研究提供了新的思路，并且開拓了我們對突觸粘附分子對突觸功能的決定性作用有了更全面的了解。這固然對神經疾病的理解也有著重要意義。