Synaptic System--VGLUT作為谷氨酸能神經元標記物的研究進展

谷氨酸是哺乳動物中樞神經系統的主要興奮性神經遞質，在學習、認知和記憶等基本過程中發揮著關鍵作用。谷氨酸轉運蛋白可分為兩大類：興奮性氨基酸轉運蛋白（EAATs）和囊泡谷氨酸轉運蛋白（VGLUTs）。在大腦中，EAATs通過將谷氨酸重新攝取到膠質細胞和神經元中，從突觸間隙和細胞外區域清除谷氨酸，而VGLUTs則負責將谷氨酸從神經細胞的細胞質裝載到突觸小泡中。

VGLUT家族包含3個成員，分別是VGLUT1（也稱為BNPI）、VGLUT2（也稱為DNIP）和VGLUT3（見表1）。所有谷氨酸轉運蛋白（EAATs和VGLUTs）均為多跨膜蛋白，具有多達12個跨膜結構域。

谷氨酸通過VGLUTs轉運到突觸小泡中依賴于由V型H+-ATP酶建立的質子梯度。質子流入小泡會導致腔內pH值下降和膜電位變化，從而驅動谷氨酸的轉運。谷氨酸與單價陽離子（首選K+，但也可以是H+等）一起被泵入小泡，而氯離子則與H+一起從小泡中運出（見圖1）。

圖1：谷氨酸進入突觸小泡的過程

谷氨酸進入突觸小泡的過程受神經元內谷氨酸的可用性、H+離子梯度和腔內氯離子濃度的調節（見圖2）。

 圖2：谷氨酸能神經元突觸間隙中的囊泡循環

該圖展示了突觸間隙中谷氨酸進入突觸小泡的潛在調節機制。步驟1：在適當刺激后，谷氨酸通過胞吐作用釋放到突觸間隙中，同時釋放的H+導致pH值升高，進而使VGLUTs發生變構失活。步驟2：小泡內吞后，高濃度的細胞外氯離子（Cl-）被困在小泡內。V-ATP酶開始將H+（**+**）泵入小泡，降低pH值，從而重新激活VGLUTs。它們開始將谷氨酸轉運到小泡中，同時將氯離子從小泡中運出。步驟3：隨著越來越多的谷氨酸和H+被納入小泡，腔內pH值不斷下降。步驟4：小泡內充滿了谷氨酸，且幾乎失去了所有氯離子。這種腔內氯離子的缺失被認為通過影響傳導性來消除VGLUTs的變構激活，從而防止小泡被“過度填充”谷氨酸。否則，這種“過度填充”將導致能量浪費的泄漏。

中樞神經系統中VGLUT的分布

VGLUT2、VGLUT3以及更為豐富的VGLUT1在中樞神經系統中表達于不同的互補神經元亞群中。這種差異性表達模式在大鼠大腦的mRNA水平上已經顯現。

 圖3：大鼠大腦中VGLUT1-3 mRNA的分布

VGLUT1和VGLUT2均可在相同的大腦區域中找到，但VGLUT1在皮質區域更為普遍，而VGLUT2在皮質下區域更為常見，這也可以從圖4中看出。VGLUT1和VGLUT2是大腦中主要的VGLUT亞型，它們表達于兩種功能不同的谷氨酸能突觸亞群中，這些突觸在神經遞質釋放概率和突觸可塑性方面存在差異以及圖5。此外，VGLUT1和VGLUT2與其他主要神經遞質（如5-羥色胺（5-HT）、GABA、多巴胺（DA）或乙酰膽堿（ACh））均不共定位。相比之下，VGLUT3作為非典型亞型，表達量較VGLUT1和VGLUT2稀少，并且常常與使用其他“經典”神經遞質（如5-羥色胺、乙酰膽堿或GABA）的神經元共表達。實際上，在某些神經元群體中，例如紋狀體膽堿能中間神經元，VGLUT3在胞體-樹突區域大量存在。

 圖4：小鼠大腦中VGLUT1和VGLUT2的定位

直接免疫染色固定的小鼠腦切片，使用Sulfo-Cyanine 5偶聯的小鼠抗VGLUT1（135 011C5，綠色）和Sulfo-Cyanine 3偶聯的小鼠抗VGLUT2（135 421C3，紅色）。細胞核通過DAPI染色（藍色）可視化。

 圖5：小鼠大腦中VGLUT1-3的三重免疫染色，展示VGLUTs的差異性表達固定的小鼠腦切片的間接免疫染色，使用小鼠單克隆抗VGLUT1（135 011，綠色）、重組豚鼠單克隆抗VGLUT2（135 418，紅色）和重組兔單克隆抗VGLUT3（135 208，藍色）。

VGLUT作為谷氨酸能神經元標記物的應用 

與單胺類（VMAT1和VMAT2）和乙酰膽堿（VAChT）的囊泡轉運蛋白不同，這些轉運蛋白在細胞體和神經末梢均有分布，而VGLUT1和VGLUT2蛋白僅限于神經末梢，在那里它們在質膜、內質網和新形成的突觸小泡之間持續循環（見圖6）。

 圖6：VGLUT1和VGLUT2的突觸前定位

固定的大鼠海馬神經元的間接免疫染色，A）使用重組兔單克隆抗VGLUT1（135 308，紅色）和小鼠單克隆抗MAP2（188 011，綠色）；B）使用重組豚鼠單克隆抗VGLUT2（135 418，紅色）和兔多克隆抗MAP2（188 002，綠色）。

最后，VGLUT1和VGLUT2可以被視為經典谷氨酸能神經元的有價值且高度特異性的標記物，但存在固有限制，即細胞體不會被共染色，這使得突觸染色模式的細胞歸屬難以確定。由于VGLUT3與使用其他神經遞質的神經元共表達，因此它不太適合作為谷氨酸能神經元的標記物。