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脆性X染色体综合征（FXS）由脆性X智力迟钝蛋白（FMRP）表达缺失引起，是最常见的遗传性智力迟钝疾病之一。FXS的代谢型谷氨酸受体（mGluR）理论认为，由于FMRP缺失而增强的mGluR依赖的长时程抑制（mGluR-LTD）与异常的突触可塑性和自闭症样行为有关，但目前对其潜在的分子机制仍知之甚少。 小窝蛋白-1（Cav-1）是一种功能广泛的膜脂筏脚手架蛋白，参与多种细胞过程，对神经结构和功能可塑性有重要调节作用。在海马神经元中，Cav1被发现与I组mGluRs结合并共定位。对Cav1 KO小鼠的研究表明，Cav1是mGluR1/5与下游信号级联的正常耦合和mGluR-LTD的诱导所必需的。由于Cav1在胆固醇转运和稳态中的重要作用，这些发现提示胆固醇稳态的改变可能影响Cav1的表达和几种神经退行性疾病的发病机制。然而，Cav1通过胆固醇在mGluR-LTD中的调节作用尚不清楚。 在此背景下，2023年3月1日，中国唐都医院Qi Yang课题组在Molecular Neurobiology发文揭示了小窝蛋白-1介导的胆固醇积累导致Fmr1 KO小鼠mGluR-LTD和认知能力异常。
首先，课题组用选择性I组mGluR激动剂DHPG诱导急性分离的海马脑切片的mGluR-LTD，电生理记录结果显示：在青年小鼠（p28-p35）中，当DHPG被洗去时，Fmr1 KO小鼠的fEPSP斜率显著低于WT组，证明了Fmr1 KO青年小鼠海马的mGluR-LTD异常强化。
过去研究报道，Fmr1 KO小鼠的mGluR-LTD的异常强化是由于蛋白质合成增强。课题组通过对不同年龄的小鼠进行WB实验，发现小鼠海马中的FMRP水平在出生后的第一、二周较高，然后逐渐下降，Cav1的表达在出生后逐渐增加，并在FMRP的表达消失时达到峰值，暗示FMRP直接与Cav1 mRNA 相互作用，FMRP在发育过程中负调控Cav1的翻译。进一步的WB结果显示：在出生后第五周时，Fmr1 KO小鼠海马和突触体中Cav1的表达显著高于WT鼠。
此外，除了Cav1蛋白外，Fmr1 KO小鼠mTOR和ERK的磷酸化水平也显著高于WT鼠，且与WT鼠不同，DHPG并不会进一步上调这些蛋白在Fmr1 KO小鼠中的表达。这些发现表明，在Fmr1 KO小鼠中，依赖于mGluRs的Cav1表达异常。
那么恢复Cav1的正常表达是否能缓解Fmr1 KO小鼠的异常表型呢？ 课题组由此通过shRNA敲除了Fmr1 KO小鼠过量的Cav1，发现其mGluR-LTD的异常强化被显著缓解。WB结果显示Fmr1 KO小鼠胞内的GLUA2含量显著增加，而膜上的GLUA2含量显著减少，表明GluA2的内吞作用增强，而敲除过量的Cav1后可以抑制此内吞作用的异常。此外，课题组还发现过表达Cav1将进一步增强Fmr1 KO小鼠GluA2的内吞作用。这些结果表明， Cav1以动力依赖的方式介导GluA2内吞作用，其异常表达导致了Fmr1 KO小鼠海马中mGluR-LTD的异常强化。
胆固醇高度集中在小窝区域，而Cav1直接与胆固醇结合，这种蛋白质-脂质相互作用被认为是小窝形成的必要条件。课题组发现2周龄和5周龄的WT小鼠和KO小鼠的血清或海马中的总胆固醇水平相同，但5周龄的Fmr1 KO小鼠的游离胆固醇水平显著低于WT小鼠，表明Fmr1 KO小鼠中过量的胆固醇积累。同样，filipin III染色也显示5周龄KO小鼠CA1区胆固醇浓度增加。这些数据支持了海马体中过量的胆固醇积累促进了小窝的形成，在某些情况下促进了GluA2的内化的观点。
最后，课题组使用胆固醇结合剂甲基-β-环糊精（Mβ-CD）消耗细胞表面的胆固醇后，发现Mβ-CD抑制了DHPG诱导的Fmr1 KO小鼠海马GluA2过度内吞，而高浓度的胆固醇逆转了Mβ-CD对GluA2内吞作用的影响。这些数据表明，DHPG诱导的GluA2迁移依赖于神经元小窝的结构完整性。 行为学结果显示：与WT鼠相比， Fmr1 KO小鼠在旷场中央停留时间和旷场内总移动距离显著增加，表现出过度活跃表型；其穿越水迷宫目标平台的次数显著减少，表现出空间记忆认知障碍；其被恐惧线索诱导的僵直时间减少，表现出情景记忆缺陷；此外，Mβ-CD给药缓解了上述行为学障碍。
总之，本文的研究表明，Fmr1 KO小鼠海马中mGluR-LTD的异常与Cav1的过表达和AMPA受体内吞有关；胆固醇积累有助于冗余的小窝的形成，这为mGluR触发的Cav1与GluA2的偶联提供了平台；此外，Mβ-CD消耗胆固醇可恢复AMPA受体的迁移，并改善Fmr1 KO小鼠的行为障碍。该研究从mGluR理论的角度阐明了Cav1在FXS病理中的重要作用，并为FXS提出了一种新的、安全的治疗策略。  https:///10.1007/s12035-023-03269-z |
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