突触是神经元的特化结构和神经元信息传递的枢纽，包含突触前活性区、突触间隙和突触后致密带三个重要结构功能区域。突触前活性区是突触传递的起始区域，以SNARE蛋白为核心的递质释放大分子机器通过形成SNARE复合体来释放能量，驱动突触囊泡与质膜的互作和膜融合，完成神经递质的释放。在大脑学习和记忆过程中，突触前可塑性机制可表现为突触前活性区突触囊泡的增多和突触囊泡释放递质能力的增强。在此过程中，递质释放大分子机器的组装和功能活性如何受到细胞内外信号的调控尚不清楚。另一方面，存在于突触间隙的突触黏附因子紧密耦联突触前活性区和突触后致密带，介导突触前、后来源的信号，双向调节突触前神经递质释放和突触后递质受体分布和活性。目前报道，突触黏附因子可介导突触后来源的逆向信号，调控突触前骨架组装、突触囊泡的转运和募集等。然而，在学习和记忆中，该逆向信号是否直接调节突触囊泡与质膜的融合，从而改变突触囊泡释放递质能力，目前尚无报道。
2024年5月17日，华中科技大学马聪教授、鲁友明教授、刘剑峰教授和李岩教授团队合作在Science Advances杂志上发表了题为“Phosphorylation of Doc2 by EphB2 modulates Munc13-mediated SNARE complex assembly and neurotransmitter release”的研究文章。该研究发现了突触黏附因子EphrinB3–EphB2介导的突触间逆向信号通路，其通过调控突触前Doc2磷酸化影响Munc13的时空功能活性，进而调节SNARE复合体的组装和神经递质释放能力。
以SNARE蛋白为核心的递质释放大分子机器还包括Munc13和Doc2等突触前膜蛋白。Munc13是SNARE复合体组装的关键启动元件。Doc2作为一类Ca2+感受器，被报道可与Munc13协同调控神经递质释放。研究人员首先以Munc13-1和Doc2B为切入点，全面提供了Munc13-1与Doc2B的互作信息：发现Doc2B通过Mid（Munc13-interacting-domain）结构域结合Munc13-1的活性中心，严格抑制Munc13-1启动SNARE复合体组装的功能活性。随后，为寻找解除Doc2B抑制效应的机制，研究人员筛选到具有酪氨酸激酶活性的突触黏附因子EphB2与Doc2B在组织、细胞和突触水平存在共定位，并鉴定了EphB2在突触前活性区定位。进一步研究发现，EphB2特异性磷酸化Doc2B的Y36位点，该磷酸化通过减弱Doc2B与Munc13-1的互作，解除了Doc2B对Munc13-1功能活性的抑制，有效恢复SNARE复合体组装。最后，神经元电生理和小鼠行为学实验发现，突触黏附因子EphrinB3（EphB2的配体之一）可特异性增强EphB2激酶活性，进而提升Doc2B的磷酸化水平，有效加强神经递质释放效能和突触前可塑性，维持小鼠正常的学习和记忆。该结果表明，突触黏附因子EphB2在突触前的激酶活性和Doc2B的磷酸化水平直接影响Munc13-1启动SNARE复合体的组装的能力，完成对神经递质释放能力和突触可塑性的高效调节。
综上，该研究发现了一条由突触黏附因子EphrinB3–EphB2介导的突触间逆向信号通路，该通路可通过调控突触前活性区SNARE复合体的组装来高效调节神经递质释放。相较于EphrinBs–EphBs通路在突触发育中的传统认知功能，该研究揭示了该通路在突触传递中的重要功能机制。另外，本研究提示，突触内外信号可以通过调控突触前递质释放大分子机器的组装和功能活性来实现对神经递质释放更加直接和快速的调节。
华中科技大学博士生张弘和雷梦诗为本文共同第一作者，马聪教授和鲁友明教授为本文的共同通讯作者。研究工作得到华中科技大学刘剑峰教授和李岩教授的指导和帮助。此外，该研究获得了国家科技重大专项，国家自然科学基金等项目的资助。
原文链接：http://doi.org/10.1126/sciadv.adi7024
