撰文︱刘安

社交行为是动物生存和繁衍的基础，社交记忆则帮助动物识别同类，并促进社会交往和群体合作。社交记忆的缺失会损害个体的社交行为，影响生物群体的生态，从而削弱其生存适应性。已有研究表明，海马与社交记忆的形成密切相关。然而，在海马中，社交记忆维持的潜在机制仍然知之甚少。

东南大学生命科学与技术学院、“发育与疾病相关基因”教育部重点实验室谢维教授和加正平教授课题组联合揭示了自闭症关联分子神经连接蛋白1（Neuroligin 1, NLG1）通过其剪切产物调控社交记忆维持的机制。该成果发表在国际学术期刊Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=52.7），题目为“Social memory maintenance relies on social interaction-induced proteolytic products of neuroligin 1”。

之前有研究发现，社交刺激会导致腹侧海马（vHPC）α-分泌酶成熟形式——去整合素金属蛋白酶10（ADAM10）的表达水平升高。随后研究人员发现，社交刺激可能通过增强ADAM10的活性，促进腹侧海马蛋白的水解。NLG1这类跨膜突触蛋白的胞外段可先被MMP9或α-分泌酶（ADAM10）切割脱落，剩余跨膜片段再经γ-分泌酶酶切，释放胞内可溶性片段。因此通过套管，分别抑制腹侧海马α-分泌酶和γ-分泌酶的活性之后，检测小鼠社交记忆的形成和维持。结果显示仅抑制α-分泌酶活性，可阻断社交记忆形成；而抑制γ-分泌酶的活性时，会特异性损伤小鼠社交记忆的维持，而不损伤记忆形成。

图1 γ-分泌酶特异性调控社交记忆的维持

为探究社交记忆的维持是否伴随着腹侧海马突触功能的变化，研究者们通过离体电生理技术，发现社交刺激能够增强vCA1锥体神经元兴奋性突触传递；而抑制γ-分泌酶活性则会阻断这种增强效应。与此同时，抑制γ-分泌酶活性还可损伤长时程增强（LTP）的早期表达与晚期维持。

图2 社交刺激促进腹侧海马的突触传递

先前的研究表明，NLG1既是α-分泌酶也是γ-分泌酶的底物。研究人员发现，在社交刺激后30分钟和60分钟时，NLG1的C端胞内结构域（NLG1-CTD）的水平显著高于对照组。因此，为了探究vCA1神经元中NLG1的缺失是否损害社交记忆的维持，研究人员将兴奋性神经元特异性的CaMKII-Cre-GFP病毒注射到NLG1^f/f小鼠的vCA1，以选择性敲除腹侧海马兴奋性神经元中的NLG1 (NLG1-cKO)。结果显示，NLG1-cKO小鼠可正常形成社交记忆，但不能维持。此外，抑制NLG1的水解同样会导致小鼠的社交记忆维持受损。研究人员进一步发现，在NLG1-cKO小鼠的腹侧海马重新表达NLG1的胞内水解产物——CTD及其核心功能区段PDZ结合基序（PBD）可以挽救敲除小鼠的社交记忆维持缺陷。 

图3 社交记忆维持依赖NLG1蛋白水解和NLG1-CTD生成

为了进一步探究NLG1-PBD的功能，研究人员根据NLG1-PBD序列设计了PBD多肽，通过套管将PBD多肽注射到腹侧海马。结果发现，PBD多肽可以挽救由于抑制γ-分泌酶活性所造成的社交记忆维持障碍以及LTP维持受损。此外，研究人员发现，在社交刺激后30分钟和60分钟，丝切蛋白（cofilin）的磷酸化水平显著高于对照组。随后，为了探究腹侧海马cofilin的磷酸化是否与社交记忆的维持有关，研究人员通过套管给药的方式抑制腹侧海马cofilin的磷酸化，结果显示，小鼠社交记忆的维持受损；并且PBD多肽无法挽救因抑制腹侧海马cofilin的磷酸化所造成的社交记忆维持障碍。这表明，PBD多肽维持社交记忆的功能依赖cofilin活性的降低（促进其磷酸化）。

图4 PBD多肽抑制cofilin蛋白活性并参与社交记忆的维持

该研究进一步验证了背侧海马CA2区（dCA2）的上游调控作用：通过化学遗传学特异性抑制dCA2锥体神经元活性后，社交刺激不再能诱导腹侧海马成熟型ADAM10表达上调、NLG1剪切以及cofilin磷酸化，同时小鼠的社交记忆形成与维持均出现障碍。这一结果表明，dCA2锥体神经元的活性是腹侧海马中上述分子事件的必要前提——dCA2的兴奋性信号既启动了依赖α-分泌酶的初始蛋白水解（与记忆形成相关），又通过维持γ-分泌酶剪切产物NLG1-CTD的持续产生来支持记忆的维持，从而构成了‘dCA2启动→vHPC执行’的完整社交记忆调控通路。 

图5 dCA2锥体神经元是腹侧海马社交记忆调控通路的上游开关

总结

该项研究揭示的机制可概括为一种可能具有普适性的突触“破-破-立”重塑模型。揭示学习行为产生后，腹侧海马谷氨酸能突触发生蛋白剪切酶和突触蛋白依赖的结构重塑，从而介导记忆形成与维持，从结构可塑性角度回答了记忆维持的分子基础，同时也为认知障碍治疗提供新的思路。 

图6 NLG1参与社交记忆维持的工作模式图

东南大学生命科学与技术学院刘安副研究员和博士研究生李星灿为该论文的共同第一作者，谢维教授、加正平教授为本文的共同通讯作者。东南大学生命科学与技术学院任巧云博士、吕丹丹博士、李默怡副研究员、王亚楠副研究员共同参与了本项研究，研究生庄玫、张婧蕾、吴淼、卞星洁、朱诚炎、杨琇屺为本论文共同作者。

通讯作者团队简介：

谢维，东南大学首席教授，福耀科技大学生命与健康科学学院院长。国家自然科学基金委青年基金（A）获得者，教育部“CJ学者”，国务院特殊津贴专家。先后承担国家“973”课题，国家科技创新2030-“脑计划”重大项目（首席），国家自然科学基金委杰青、重点、重大研究计划、国际合作，以及“产学研”项目等。实验室长期关注：1）脑发育与脑疾病机制研究；2）社交行为神经编码机制研究；3）突触结构和功能机制研究；4）疾病诊治技术与干预措施研发。谢维教授团队长期诚聘具有神经生物学、发育/遗传学、免疫学、生物信息学、脑机接口工程、临床等背景的研究员/副研究员和博士后，待遇从优。多点招收（学/专）博士研究生。有意者请联系：liu_an@seu.edu.cn。

加正平，博士，加拿大健康科学院院士，东南大学生命科学与技术学院教授、国家高层次人才、加拿大国家首席科学家、多伦多大学生理系正教授、多伦多病童医院资深科学家，以及多伦多大学生理系神经科学平台主任。加正平院士长期致力于学习记忆和脑疾病的神经基础和可塑性机制的研究，特别在谷氨酸受体及Rho信号转导，分子机制及动物模型建立和应用方面做出了一系列既有理论意义又有潜在应用价值的突破性及原创性的重大贡献，主要发表在国际权威杂志如Neuron、Nature Neuroscience、Nature Communications、Nature Nanotechnology、Molecular Cell、PNAS、Sci Adv等。世界上数百个著名实验室已广泛采用加正平教授的动物模型（包括mGluR5、GluA1、GluA2、GluA3、LIMK1、PAK1、PAK3、ROCK2等），极大的推动了生命医学基础研究和临床应用，相关研究成果发表于Cell、Nature、Science、Nature Neuroscience等国际顶级期刊。加正平院士团队长期招聘具有神经生物学背景兴趣广泛的研究员、副研究员、博士后和科研助理，待遇优厚。有意者请联系：108109156@seu.edu.cn。

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