上海
破伤风神经毒素（TeNT）的轻链是一种金属蛋白酶，可通过切割内源性囊泡融合蛋白VAMP2强效抑制突触传递，但其固有活性缺乏时空精度。现有的光遗传学工具（如光敏离子通道）虽能快速操控神经元放电，却难以实现持续、稳定的突触抑制。开发一种既能精准时空控制、又能提供长时程且可逆的突触抑制工具，是神经科学领域的迫切需求。
2026年7月30日，斯坦福大学Alice Y. Ting教授团队在Nature methods杂志在线发表题为" Light-activated tetanus neurotoxin for conditional proteolysis and inducible synaptic inhibition in vivo "的研究论文。该研究通过将光-氧-电压（LOV）传感结构域插入破伤风毒素变构位点并辅以定向进化，开发出光激活破伤风神经毒素（LATeNT），实现蓝光依赖的VAMP2切割和突触传递的可逆抑制。
LATeNT的工程化设计与优化
为开发光控蛋白酶LATeNT，研究人员将多个光响应结构域（LOV）插入TeNT表面暴露的柔性环区。在黑暗条件下，LOV结构域像“钳子”一样夹持插入位点，通过变构效应扭曲TeNT的催化中心，使其处于失活构象；蓝光照射后，LOV释放其C端的Jα螺旋，解除对酶活的抑制，恢复蛋白水解活性。通过优化连接子长度，获得首代变体LATeNT1，其光/暗活性比达6.7倍。随后，进一步进行定向进化，筛选得到的克隆C16携带K34R和D397N两个点突变，光/暗活性比大幅提升至97.3倍。值得注意的是，LATeNT在光照激活状态下仍保留了约36%的野生型TeNT催化活性。
图1、 LATeNT的工程化设计与优化
LATeNT在小鼠脑内抑制突触传递
将携带LATeNT的病毒载体注射至小鼠海马CA3区，在脑切片中刺激Schaffer侧枝纤维并记录CA1神经元的诱发兴奋性突触后电流（eEPSC）。光照后AMPA受体和NMDA受体介导的eEPSC幅度均显著降低，配对脉冲比增加，表明突触前释放概率下降。连续蓝光照射下，eEPSC幅度约5分钟开始下降，20分钟达到最大抑制；30分钟光照后诱发EPSC持续受抑制约8小时，24小时后VAMP2重新合成、突触功能完全恢复。
LATeNT具有极高的光敏感度，仅需0.03 mW/cm²蓝光即可显著抑制突触传递，0.05 mW/cm²达到饱和，远低于常规光遗传学工具所需功率，大幅降低光毒性风险。在长程投射验证中，LATeNT与红移视蛋白ChrimsonR共表达于腹侧海马投射神经元（vHiP），环境光照激活LATeNT后显著抑制vHiP至mPFC的单突触传递。
空间特异性实验证实：单侧表达LATeNT的CA3神经元投射至双侧CA1，仅光照侧CA1检测到VAMP2切割，非光照侧不受影响。与双稳态视蛋白PdCO相比，LATeNT在1小时时间点的抑制作用显著更强且更持久。
图2、LATeNT在小鼠脑内抑制突触传递
LATeNT的行为学应用
丰富环境刺激可显著激活背侧海马下托（dorsal subiculum）神经元的活动；而向该脑区定点注射携带LATeNT的病毒载体后，光激活其蛋白酶活性，可有效阻断上述环境刺激诱发的神经元反应。
以往研究发现敲除生长抑素阳性（SST+）中间神经元的转录因子NPAS4增加焦虑样行为。利用Flp依赖性AAV在海马CA1区SST+中间神经元中表达LATeNT，蓝光抑制其突触输出后，小鼠在高架十字迷宫中停留开放臂时间显著减少，表明焦虑水平升高，1周后完全恢复。脑片电生理记录表明，LATeN可光依赖性地抑制由SST阳性中间神经元向CA1锥体神经元传递的突触信号。
图3、 LATeNT的行为学应用
总结
本研究开发出蓝光可控的VAMP2切割与突触传递抑制的工具LATeNT，利用该工具可抑制突触功能改变行为。
来源 | 神经周K
编辑 | VOX
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