近日，转化精神病学权威期刊《Translational Psychiatry》在线发表了复旦大学人类表型组研究院、医学遗传研究院安宇团队，联合华东师范大学董毅团队的研究论文，题为“Impact of NRSN2 Deficiency on Memory: Altered Excitatory Synaptic Plasticity Associated with Reduced Expression of NMDA Receptor Subunits and impaired LTP in the hippocampus”。 该研究在Nrsn2敲除小鼠模型上，借助行为学实验、Western blot、高尔基染色及膜片钳电生理技术，首次发现Nrsn2缺失小鼠的突触可塑性受影响，空间记忆能力受损，初步揭示了NRSN2在神经发育、学习与记忆过程中的调控作用。
20p13 微缺失综合征人类 20 号染色体短臂末端（20p13 区段）发生染色体微小片段缺失所导致的疾病，其主要表型包括运动发育迟缓、语言发育迟缓、智力障碍、癫痫等。NRSN2基因位于20p13区段，被认为是20p13微缺失综合征的候选致病基因，但目前NRSN2缺失在神经系统中引发的功能效应尚不明确。全基因组关联分析研究提示NRSN2与神经系统疾病存在相关性，如抑郁症、孤独症、阿尔兹海默症。过往的研究表明Neurensin家族NRSN2的同源基因NRSN1在神经发育、再生和可塑性期间的神经突延伸中起着关键作用，并且参与海马记忆形成过程中的基因负调控。这提示了我们NRSN2可能在神经发育和认知功能方面也发挥一定的作用。
在该项研究中，安宇团队早前通过CRISPR-Cas9构建了Nrsn2全敲除小鼠并在该模型小鼠上进行了一系列行为学实验。相较于野生型小鼠，Nrsn2-/-小鼠在步态实验中表现初轻度运动功能缺陷，并且在水迷宫实验和被动回避实验中表现出空间学习记忆和恐惧记忆显著功能缺陷（图1）。
图1 Nrsn2-/-小鼠空间记忆、恐惧记忆和运动功能受损
为了进一步探究小鼠记忆功能受损的原因，研究团队通过高尔基染色观察了Nrsn2-/-小鼠海马CA1锥体神经元和小脑浦肯野细胞的发育情况，未观察到显著差异。但是蛋白免疫印迹（Western Blot）结果显示Nrsn2-/-小鼠海马组织中NMDA受体关键亚基GluN1和GluN2A的蛋白表达水平显著降低（图2），这提示了团队Nrsn2基因缺失可能影响海马的突触功能。海马是大脑负责空间学习、情景与恐惧记忆的核心脑区，而NMDA受体是一种既受电压门控也受递质门控的双重门控通道，介导了与学习记忆功能密切相关的海马CA3-CA1神经环路的长时程增强效应（LTP）。
为此，本研究联合董毅团队开展电生理实验，记录Nrsn2-/-小鼠海马CA1锥体神经元、小脑浦肯野细胞的自发兴奋性突触后电流（sEPSC）与自发性抑制突触后电流（sIPSC），同时检测了海马 CA3-CA1 通路的长时程增强效应（LTP）。实验结果表明海马CA1锥体神经元和小脑浦肯野细胞的sEPSC的频率降低并且相同的刺激强度下 Nrsn2-/-小鼠的场兴奋性突触后电位（fEPSP）未出现与野生小鼠相同的增强幅度，提示其长时程增强（LTP）功能受损（图3）。
图3 Nrsn2基因敲除损伤突触后信号传递与CA3-CA1 突触的长时程增强效应
本研究证实Nrsn2基因在学习与记忆过程中发挥关键作用，对神经发育的具有重要意义。研究发现，Nrsn2基因敲除小鼠的空间记忆与长时记忆缺陷可能与小鼠的突触功能，如谷氨酸受体表达紊乱、长时程增强（LTP）受损等异常相关。鉴于NRSN2 可参与多条分子调控通路，后续研究可进一步探究该基因如何调控 NMDA 受体与 AMPA 受体的膜转运及蛋白稳定性，从而深化人们对突触可塑性调控机制的理解。本研究为阐明 20p13 微缺失综合征患者智力障碍表型背后的分子机制提供了重要依据。
该研究是复旦大学多团队紧密合作的成果。复旦大学人类表型组研究院、医学遗传研究院安宇副教授，华东师范大学董毅教授为本文共同通讯作者。2021级硕士生韦嘉璐、吴永康为共同第一作者。
