近日，上海科技大学生命科学与技术学院王彤课题组联合校内外合作者，在《美国科学院院刊》（PNAS）在线发表题为“Linear Ubiquitination of NMDA Receptor GluN2A Subunit Facilitates the GluN2B-to-GluN2A Switch and Synaptic Maturation”的研究论文：首次从分子机制层面阐明线性泛素化轴通过选择性稳定NMDA受体（N-甲基-D-天冬氨酸受体）GluN2A亚基，在大脑发育关键时期驱动NMDA受体亚基组成由 GluN2B向GluN2A的转换，从而促进兴奋性突触成熟。该发现为理解认知发育的分子基础提供了新的视角，也为相关神经发育障碍的干预研究提示了潜在的分子靶点。
NMDA受体是兴奋性神经元突触后膜的关键分子，参与介导学习与记忆相关的突触可塑性。在前脑兴奋性神经元中，该受体通常由两个必需的GluN1亚基与两个GluN2亚基（GluN2A和/或GluN2B）组装成异源四聚体。出生后早期的关键发育阶段（小鼠约为出生后首月，人类约为出生后第一年），前脑兴奋性突触快速生成并走向成熟，同时NMDA受体亚基组成发生显著转换：从新生期GluN2B占主导，迅速转变为以GluN2A为主；成年期GluN2A在前脑NMDA受体总量中可占65%以上。这一转换被认为对认知发育至关重要，但其驱动机制未明。值得注意的是，在发育过程中GluN2B蛋白水平相对稳定，而GluN2A蛋白水平可上升数百倍；相比之下，GluN2A的mRNA表达量仅约增加10倍。这提示翻译后修饰（post-translational modifications, PTMs）很可能参与调控发育关键期GluN2A蛋白的快速积累，从而推动亚基转换进程。
本研究发现，在新生小鼠前脑发育关键时期，线性泛素化轴（由E3线性泛素连接酶复合物LUBAC与去线性泛素化酶OTULIN共同构成）的活性出现短暂性上调，具体表现为LUBAC催化亚基HOIP表达上调而OTULIN表达下调。进一步研究发现，在发育关键期强制降低线性泛素化轴活性会导致突触发育受损，并在成年期引发认知功能缺陷。在机制层面，体内外生化实验证明GluN2A是线性泛素化轴在发育关键期的重要底物之一。GluN2A C末端的六个赖氨酸位点可发生线性泛素化修饰，该修饰有助于稳定 GluN2A蛋白并促进其突触定位；相反，破坏这一修饰会使GluN2A更易经溶酶体途径降解。在功能挽救实验中，过表达野生型GluN2A可逆转OTULIN过表达引起的突触发育缺陷；而线性泛素化缺陷型GluN2A-6KR 突变体不仅无法挽救表型，甚至进一步加重缺陷。上述结果共同支持：线性泛素化轴通过选择性稳定GluN2A，驱动GluN2B向 GluN2A的亚基转换，从而促进突触成熟（图1）。
图1：线性泛素化轴稳定 GluN2A 亚基并促进GluN2B→GluN2A转换和突触发育。
本研究首次揭示了线性泛素化轴在神经系统发育中的关键功能，阐明其通过亚基特异性调控GluN2A蛋白稳定性来驱动NMDA受体亚基转换与突触成熟的分子机制，为理解神经突触发育与认知成熟的分子基础提供了新思路。NMDA受体功能异常与自闭症谱系障碍、精神分裂症、智力障碍等多种疾病相关，围绕该机制开展的调控策略研究，或可为未来疾病干预提供新的方向。
上海科技大学王彤教授、储元元助理研究员、刘艳芬教授和中国科学院生物与化学交叉研究中心何凯雯教授为该论文的共同通讯作者。上海科技大学生命科学与技术学院助理研究员储元元、2023级博士研究生徐逸雯及中国科学院生物与化学交叉中心博士生黄茂清为该论文的共同第一作者。上海科技大学为论文的第一完成单位和通讯单位。
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