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在神经系统中,突触活性调控基因表达是神经元建立其功能特性稳定改变的主要方式,也是形成长时程突触可塑性和长期记忆的基础。当神经元突触部位受到外界信号刺激后,相应的受体或通道将信号传递到突触内,并经过长距离运输过程将信号转运至细胞核内以激活转录因子调控基因转录,从而引起神经元功能长时程的改变。神经元具有极其复杂的树突结构,对于神经元如何偶联突触兴奋性与核内转录水平的分子机制目前还知之甚少。TrkB受体,是酪氨酸激酶受体(Receptor tyrosine kinase,RTK)家族中重要的成员之一,也是脑源性神经生长因子(Brian-derived neurotrophic factor,BDNF)的受体。一系列的药理学以及转基因动物实验证实TrkB在神经元长时程的突触可塑性中起到关键的调节作用。突触活性可以刺激BDNF的释放以及TrkB的激活,BDNF可以调控基因的表达水平,给与BDNF处理还可以引起TrkB沿着树突进行逆向运输。那么,TrkB是否可能起到偶联突触活性与核内转录水平的作用?如果是这样,那么其内在的分子机制是怎样的,以及这样的信息传递通路的功能意义如何?APPL1(Adaptor protein containing pH domain,PTB domain,and leucine zipper motif)作为Rab5的效应因子,被认为是早期内体的标记物。APPL1还可以将内化的受体与下游信号通路如 PI3K(Phosphoinositide-3-kinase)/AKT,ERK(Extracellular regulated protein kinases)等相偶联,因此APPL1标记的内体又被认为是一类特殊的内体——信号内体(Signalingendosome)。我们早期的研究发现,APPL1在神经系统中可以偶联N-甲基-D-门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体以及胞内PI3K/AKT信号通路,并对神经元起到保护作用。在本研究中,我们鉴定出一条由APPL1介导的TrkB内体沿树突的逆向运输途径,这条通路在偶联突触活性与核内基因转录中起到关键的作用。首先,利用免疫染色、生化及活细胞成像的方法,我们发现,在海马神经元中,增强突触活性可以促进BDNF的释放并激活TrkB,TrkB随之内化到含有APPL1的内体中,并进而沿着树突微管蛋白逆向运输。然后,我们鉴定出APPL1上存在一个核定位信号,可以与核转运蛋白Importin α1有直接的相互作用。如果使用多肽干扰APPL1与Importin α1的相互作用,则干扰TrkB及APPL1的逆向运输。进一步研究发现,APPL1介导的TrkB逆向树突运输过程决定了核内ERK的活性,以及CREB磷酸化水平的维持。最后,利用电生理及行为学实验,我们发现,这一过程还参与了长时程增强(Long-term potentiation,LTP)的维持以及长期记忆(Long-term memory)的形成。综上所述,我们的研究提示,在神经元的树突中,存在一条由APPL1介导的TrkB内体逆向树突运输通路,可以将突触活性信息传递到核内,该信号通路也在学习记忆过程中发挥重要的作用。