重要發現：突觸后受體聚集、神經肌肉接頭形成的新機制

　　我們日常生活中的每一個活動如走路、吃飯、喝水、呼吸甚至靜坐都離不開肌肉收縮。控制肌肉離不開人體里一個叫神經肌肉接頭的結構，這是一個運動神經元與骨骼肌纖維之間的鏈接（神經科學上叫突觸）。神經肌肉接頭是一個化學突觸，運動神經元膜稍釋放乙酰膽堿，后者激活肌肉細胞膜上的乙酰膽堿受體產生電位變化，這樣就把大腦的指令傳給肌纖維，從而使其收縮。神經肌肉接頭效率很高，雖然所占面積不到肌肉表面的千分之一，它卻能夠高效準確傳遞信號，其中一個關鍵就是乙酰膽堿受體在肌纖維膜上的高度聚集。許多肌無力的疾病如先天性肌無力，重癥肌無力，以及肌萎縮性側束硬化癥（漸凍癥）都有神經肌肉接頭的結構和功能病變。

　　神經肌肉接頭形成是一個有趣的過程。肌肉纖維在運動神經末梢到達之前，已經自發形成了一些細長的乙酰膽堿受體聚集體；運動神經末梢到達后，接觸到神經末梢的肌纖維表面的受體聚集體變大或形成新的聚集體，同時接頭外沒有被神經支配的乙酰膽堿受體聚集體逐漸消失。據估計乙酰膽堿受體在接頭后膜的濃度約為10,000 – 20,000 / μm²，而突觸外受體的濃度只有10 / μm²。如果把肌肉纖維比作一列十節的高鐵，每一節車廂有一百排座位，乙酰膽堿受體僅僅聚集在中間一節車廂的一排座位大小的天花板上。想象一下，受體一頭在車廂外面，像高鐵的“辮子”（受電弓），結合神經遞質乙酰膽堿，另一頭在車廂里面和許多其它的蛋白質相互作用，這些蛋白分子像許多氫氣球一樣，懸掛在乙酰膽堿受體的下方，參與受體的聚集和神經肌肉接頭的形成。其中一個關鍵的蛋白質就是Rapsn，它只有43 kD，既能結合乙酰膽堿受體，又能結合細胞骨架調節蛋白，所以傳統觀點認為Rapsn的作用是把受體錨定到骨架分子上。新近研究發現Rapsn除了結合受體和細胞骨架調節蛋白之外，還結合許多其他突觸后蛋白；另外，它還具有酶的催化功能，通過類泛素化（neddylation）穩定乙酰膽堿受體。

　　肌纖維自發形成乙酰膽堿受體聚集體的機制不清楚，但是神經誘導的聚集體是由聚集素（agrin）造成的。聚集素從神經末梢釋放后與肌肉纖維膜蛋白Lrp4蛋白結合，激活同樣位于肌肉細胞膜上的酪氨酸激酶Musk，導致受體聚集。聚集素，Lrp4，Musk或Rapsn突變體小鼠不能形成乙酰膽堿受體聚集體和神經肌肉接頭；它們的基因突變會導致先天性肌無力，而重癥肌無力患者的體內有抗聚集素、Lrp4或/和Musk的抗體，這些都說明這些蛋白分子對神經肌肉接頭的形成和功能中起著十分重要作用。盡管如此，現在對Musk下游的信號傳導機制所知甚少。

　　2021年5月24日，凱斯西儲大學邢廣林博士等在Neuron雜志發表題為Membraneless condensates by Rapsn phase separation as a platform for neuromuscular junction formation的研究文章，揭示Rapsn的新機制。他們發現Rapsn能夠液-液相分離（liquid-liquid phase separation），自發形成無膜包裹的凝聚體（condensates）。他們證明這些凝聚體在突觸后乙酰膽堿受體聚集以及神經肌肉接頭形成中起著重要作用。

　　所謂液-液相分離，是指蛋白或其它組分在液態溶液中相變成具有液態特征的凝聚體。作者發現，純化后的Rapsn能夠在生理溶液中相變成水珠樣凝聚體。這些凝聚體呈現出液態特性，兩個Rapsn凝聚體接觸后能夠融合成一個更大的凝聚體；如果熒光淬滅凝聚體的一部分，信號會很快恢復，表明凝聚體中Rapsn和周圍溶液中Rapsn能夠自由交換。不僅如此，Rapsn能夠在哺乳細胞，培養的肌管以及小鼠的肌肉纖維中形成液態特性的凝聚體。有意義的是Rapsn能夠募集乙酰膽堿受體，細胞骨架調節蛋白和信號傳導蛋白到它的凝聚體中。這些結果提示Rapsn液-液相分離形成的凝聚體有兩個功能，第一，Rapsn凝聚體為乙酰膽堿受體和細胞骨架蛋白聚集提供一個平臺，介導受體和細胞骨架的結合；第二，Rapsn凝聚體有載體功能，通過和周圍溶液的交換、以及凝聚體融合募集調節受體聚集分子，就像一個個小推車把那些氣球移送到受體聚集的位置，促進神經肌肉接頭形成。這些發現為肌纖維如何在神經末梢到來之前形成乙酰膽堿受體的聚集體提供了一個機制。與聚集素，Lrp4，Musk相比，Rapsn在種屬進化中更加保守；例如線蟲只有Rapsn，而沒有聚集素，Lrp4和Musk的基因，提示Rapsn凝聚體是受體聚集和突觸形成的基礎。作者還發現聚集素-Lrp4-Musk信號通路對Rapsn的液相分離有促進作用，提示其下游一個新的作用機制。

　　先天性肌肉力病人的15%是由Rapsn突變所致，約有60突變位點。作者研究了這些突變對凝聚體形成及其載體功能的影響，發現一些突變（L14P，N88K，R164H）抑制Rapsn液-液相分離，另一些突變（L326P，E147K，1177del2）雖然對凝聚體的形成沒有影響，但是抑制Rapsn的載體功能，阻礙Rapsn募集乙酰膽堿受體或其它突觸后蛋白。N88K和R164H突變的肌肉纖維乙酰膽堿受體聚集受阻，突變小鼠神經肌肉接頭形成發生嚴重缺陷。這些結果為Rapsn液-液相分離的生理作用提供了遺傳學的證據。

　　該研究提示Rapsn液-液相分離可能是突觸后乙酰膽堿受體聚集和神經肌肉接頭形成的新的機制。

　　凱斯西儲大學邢廣林博士為該論文的第一作者，梅林教授、熊文誠教授是該論文的共同通訊作者。