突触后可塑性

突触后可塑性（Postsynaptic Plasticity）是突触可塑性的主要形式之一，特指由突触后细胞的功能与结构改变所介导的、突触传递效能的持久性变化。其核心特征是突触后膜上受体（特别是离子型谷氨酸受体）的数量、亚型组成、分布及功能的改变，以及相关信号转导通路和细胞骨架的适应性改建。长时程的突触后可塑性被认为是学习与记忆最主要的细胞与分子基础。

1. 定义与核心类型
突触后可塑性通常根据其持续时间和效应方向进行分类，其中最核心的两类是：

• 长时程增强（Long-Term Potentiation, LTP）：突触传递效能发生长时程、输入特异性的增强。

• 长时程抑制（Long-Term Depression, LTD）：突触传递效能发生长时程、输入特异性的减弱。
  这些变化可以持续数小时、数天，甚至更久，涉及从受体转运、局部蛋白翻译到基因转录的多个层次。

2. 经典海马CA3-CA1突触的LTP与LTD分子机制
此通路是研究突触后可塑性的经典模型，以NMDA受体（NMDAR）作为关键触发器和AMPA受体（AMPAR）作为主要效应器。

• 诱导：

  • LTP：高频刺激使突触后膜强烈去极化，解除镁离子对NMDAR通道的阻滞，Ca²⁺和Na⁺内流。大量Ca²⁺内流是关键触发信号。

  • LTD：低频刺激引起适度、持久的突触后去极化，导致NMDAR介导的少量但持续的Ca²⁺内流。

• 细胞内信号转导：

  • 不同的Ca²⁺信号模式（幅度、持续时间、空间分布）激活不同的下游钙调蛋白（Calmodulin）依赖的激酶。

  • LTP通路：高钙激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII），这是LTP诱导和维持的核心分子。CaMKII被激活后发生自磷酸化，获得不依赖钙的持续活性，并移位至突触后致密区（PSD）。

  • LTD通路：低钙倾向于激活钙调磷酸酶（Calcineurin， PP2B），进而激活磷酸酶（如PP1），导致去磷酸化事件。

• 表达机制（核心环节）：

  • AMPAR的数量与功能调控：这是突触后效能改变最直接的表现。

    • LTP：主要机制是AMPAR的插入与锚定。激活的CaMKII磷酸化多种PSD蛋白（如Stargazin/TARPs），促进储存在胞内囊泡中的AMPAR转运至突触后膜并稳定插入。同时，AMPAR的单通道电导也可能增加。

    • LTD：主要机制是AMPAR的内吞与移除。通过磷酸酶介导的AMPAR亚基（如GluA2）去磷酸化，以及PSD支架蛋白的修饰，启动网格蛋白依赖的内吞，将突触后膜的AMPAR移走。

  • 结构可塑性：长期的LTP/LTD常伴随树突棘（Dendritic Spine）形态的改变（LTP导致棘头增大、颈部缩短；LTD导致棘头缩小甚至消失），涉及肌动蛋白细胞骨架的重排。

3. 其他形式与位点

• 非NMDAR依赖的LTP/LTD：例如，小脑浦肯野细胞上的平行纤维-LTD由代谢型谷氨酸受体和AMPA受体共同触发，是运动学习的关键。

• 抑制性突触的可塑性：GABA能突触的效能也可发生LTP和LTD，通过改变GABA_A受体的内吞/插入或氯离子转运体功能来实现，对兴奋-抑制平衡至关重要。

• 同突触与异突触可塑性：发生在被激活的突触本身称为同突触可塑性；邻近未激活突触发生的可塑性称为异突触可塑性，对于神经元整合空间信息很重要。

4. 功能意义

• 信息存储：被认为是赫布理论（“一起激发的神经元连在一起”）的细胞实现机制，是关联性学习（如经典条件反射）和空间记忆形成的基石。

• 神经网络优化：LTP强化重要的连接，LTD削弱无关或错误的连接，共同优化神经回路，提高信息处理效率。

• 发育关键期：突触后可塑性（尤其是LTD）是大脑发育过程中神经通路精确化修剪的关键机制。

5. 研究方法

• 电生理学：细胞外场电位记录或全细胞膜片钳记录，直接测量LTP/LTD的诱导和表达。

• 生物化学与成像：

  • 使用磷酸化特异性抗体检测信号分子（如p-CaMKII）的激活。

  • 使用pHluorin标记的AMPAR或单分子成像（如PALM/STORM）观察受体在突触的实时动态。

  • 双光子显微镜观察树突棘在体动态变化。

• 分子遗传学：基因敲除/敲入、点突变（如GluA1 S831A/S845A磷酸化位点突变）验证特定分子的功能。

6. 病理关联
突触后可塑性机制紊乱是多种神经系统疾病的共性特征：

• 阿尔茨海默病：早期出现突触功能障碍，LTP受损而LTD增强被认为是认知衰退的早期事件。

• 智力障碍与自闭症谱系障碍：许多相关风险基因编码的蛋白（如FMRP, SHANK, Neuroligin）是突触后信号复合体的关键组分。

• 精神分裂症：谷氨酸能突触功能（尤其是NMDAR功能）低下和可塑性异常是主流假说之一。

• 药物成瘾：在奖赏回路（如伏隔核）中，药物诱导异常的突触后可塑性，形成持久的成瘾记忆。

关键词（Keywords）

• 突触后可塑性 Postsynaptic Plasticity

• 长时程增强 Long-Term Potentiation (LTP)

• 长时程抑制 Long-Term Depression (LTD)

• AMPA受体 AMPA Receptor (AMPAR)

• NMDA受体 NMDA Receptor (NMDAR)

• 钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II Ca²⁺/Calmodulin-Dependent Protein Kinase II (CaMKII)

• 树突棘 Dendritic Spine

参考文献

1. Nicoll, R. A. (2017). A Brief History of Long-Term Potentiation. Neuron, *93*(2), 281–290.

2. Malenka, R. C., & Bear, M. F. (2004). LTP and LTD: an embarrassment of riches. Neuron, *44*(1), 5–21.（经典综述）

3. Huganir, R. L., & Nicoll, R. A. (2013). AMPARs and synaptic plasticity: the last 25 years. Neuron, *80*(3), 704–717.

4. Bliss, T. V., Collingridge, G. L., & Morris, R. G. (2007). Synaptic plasticity in the hippocampus. In The Hippocampus Book (pp. 343–474). Oxford University Press.

5. Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (Eds.). (2013). Principles of Neural Science (5th ed.). McGraw-Hill.（中译本：《神经科学原理》）

6. Citri, A., & Malenka, R. C. (2008). Synaptic plasticity: multiple forms, functions, and mechanisms. Neuropsychopharmacology, *33*(1), 18–41.