GABAB受体是中枢神经系统中主要的抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)的代谢型受体,属于C家族G蛋白偶联受体(G protein coupled receptor, GPCR)。 GABAB受体参与了多种神经活动并扮演着非常重要的角色,其功能失调会导致癫痫、抑郁、痉挛、焦虑、药物成瘾和认知损伤等多种神经类疾病。最近研究表明,GABAB受体与脆性X染色体综合征(fragile X syndrome, FXS)也密切相关,FXS是由于fmr-1基因沉默导致脆性X智障蛋白(fragile X mental retardation protein, FMRP)表达不足而引起的一种常见的遗传性精神发育迟滞疾病。GABAB受体的激动剂baclofen在FXS动物模型和临床实验中表现出良好的治疗效果。然而之前的很多研究大都集中在GABAB受体对FXS表型影响的研究上,对于GABAB受体下游信号通路如何调控FXS的具体分子机制并不清楚。在本论文的第一部分研究中,我们利用体外培养的小鼠小脑颗粒神经元为模型,发现特异性激活GABAB受体可以诱导转录因子CREB的磷酸化,进而促进fmr-1基因的转录并且增加FMRP蛋白的表达。在此研究的基础上,我们深入研究了GABAB受体介导的CREB激活分子机制。我们发现Gi/o蛋白的Gβγ亚基、PLC以及Ca2+FAK均参与了GABAB受体介导的IGF-1R转激活以及下游Akt、ERK1/2和CREB激活。通过使用IGF-1R特异性抑制剂、靶向IGF-1R的shRNA以及siRNA,发现下游Akt、ERK1/2和CREB激活均受到明显抑制。有意思的是,使用PKC抑制剂以及RNAi使PKC表达沉默后,我们却发现IGF-1R, Akt和ERK1/2激活并不受抑制,然而却可以抑制CREB的激活。表明GABAB受体可分别通过PKC依赖通路以及IGF-1R转激活依赖的P13K信号通路激活CREBB进一步研究发现阻断FAK、PKC或IGF-1R均能抑制GABAB受体介导的FMRP表达。我们的研究首次发现了GABAB受体激活可以调控FMRP蛋白表达,并阐明了其分子机制,为进一步揭示GABAB受体治疗FXS提供重要参考意义。内化和失敏是GPCR信号转导途径中广泛存在的重要负反馈调节方式。而关于GABAB受体内化问题长期来都存在争议,最初研究发现GABAB受体在膜上非常稳定,配体刺激后并不能增强其内化。然而近年来研究发现GABAB受体存在组成型内化,激动剂刺激可增加内化受体快速再循环到膜上,然而具体的机制并不是很清楚。本课题组发现GABAB受体激活后可以通过G蛋白的Gia亚基,而不是Gβγ亚基诱导小G蛋白Rap1的持续性激活,Rap1激活后可以招募至膜上与GABAB1亚基C末端最后7个氨基酸残基(RVHLLYK)结合。在本论文第二部分的研究中,我们进一步研究发现激活GABAB受体可以增加RapGAPII丝氨酸位点磷酸化,Rapl激活可以加速内化的GABAB受体重新回到细胞膜上。当使用与GABAB1亚基C末端序列相同短肽(Pep)处理CGN细胞后,利用基于生物素标记的pull-down技术我们发现baclofen处理后GABAB受体内化增加。同样在GB1野生型或GB1ΔS953突变体与GB2共转染的HEK293细胞中,利用基于免疫荧光的内化研究方法我们发现突变体在baclofen刺激后内化量显著增加。为了进一步研究Rap1是如何调控内化后的GABAB受体命运,我们使用了不同的内涵体marker来标记,结果发现破坏GABAB受体与Rap1的结合后,内化的受体与早期内涵体标记物EEA-1共定位比例减少,而与溶酶体标记物LAMP-1共定位比例增加。进一步说明(GABAB受体激活Rap1并促进其与GABAB1亚基结合,从而加速内化后的GABAB受体重新回到膜上,维持受体在膜上的稳定性。我们的研究结果首次发现GABAB受体可以激活小G蛋白Rap1进而促进受体的再循环过程。为理解GPCR的内化机制及生理功能提供了重要参考意见。