突触长时程增强形成机制的研究进展

高等动物脑内突触传递的可塑性是近30年来神经科学研究的热点,突触传递长时程增强（long-term potentiation,LTP)是神经元可塑性的反映,其形成主要与突触后机制有关。过去关于LTP机制的研究主要集中于N－甲基－D门冬氨酸（NMDA）受体的特征及该受体被激活后的细胞内级联反应,现认为脑内存在只具有NMDA受体而不具有α－氨基羟甲基恶唑丙酸（AMPA）受体的“静寂突触（silent synapse)”,这一概念的提出,使人们认识到AMPA受体在LTP表达的突触后机制中的重要作用。     

长时程突触增强现象的研究

长时程增强(long-term potentiation,LTP)是神经元可塑性的反映,这一现象被认为是记忆过程中神经元生理活动的指标。伴随着海马LTP的产生,有神经元的形态学变化及蛋白质成份的改变。对LTP形成机理的研究表明,兴奋性酸性氨基酸及其NMDA受体可能参与了海马及新皮层LTP的形成。     

大鼠海马CA1区β受体参与长时程增强和空间学习

在离体海马脑片上, 激活CA1区β肾上腺素能受体(β受体)易化这一区域突触传递的长时程增强(LTP). 然而, 在体情况下, CA1区β受体是否参与LTP的调控, 是否参与海马依赖性的学习和记忆, 尚无实验证据. 为此, 观察了β受体激动剂异丙肾上腺素或拮抗剂心得安对在体CA1区LTP的调控作用以及对大鼠在Morris水迷宫中的空间学习的影响. 正常情况下对突触强度仅有微小调制作用的10 Hz的θ节律刺激(每串150个脉冲, 1串), 在CA1区局部给予L-异丙肾上腺素后, 显著地诱导出LTP, 这一效应被DL-心得安所阻断; 相反, 正常情况下对突触强度有显著调制作用的5 Hz的θ节律刺激(每串150个脉冲, 3串), 在CA1区局部给予DL-心得安后, 诱导出的LTP显著地被压抑. 相应地, 训练前20 min在CA1区注射DL-心得安, 大鼠在水迷宫中的学习速度显著地慢于对照组大鼠, 训练后24 h的空间记忆保持亦相应较差. 以上结果表明, β受体参与海马CA1区的突触可塑性, 且对空间学习重要.     

NMDA受体通道参与大鼠脊髓背角C纤维诱发电位LTP的表达

以往研究表明,激动NMDA受体是引起海马长时程增强(LTP)的必备条件,而LTP的表达主要与AMPA受体的磷酸化及其受体组装到突触后膜有关.但是,近年来有研究表明NMDA受体通道也参与了LTP的表达.为探讨NMDA受体通道是否参与了脊髓背角C纤维诱发电位LTP的表达,诱导LTP后,分别静脉或脊髓局部给予NMDA受体拮抗剂MK801或APV,观察其作用.发现静脉注射非竞争性NMDA受体MK801(0.1mg/kg)对脊髓LTP无影响,注射0.5mg/kg显著抑制LTP,但是当剂量增高到1.0mg/kg时,抑制作用并未进一步增大.脊髓局部给予MK801也能抑制脊髓背角LTP.为验证上述结果,使用了竞争性NMDA受体拮抗剂APⅤ.结果显示,脊髓局部给予50μmol/LAPⅤ对LTP无影响,100μmol/L对LTP有显著的抑制作用,当浓度升至200μmol/L时,抑制作用并未见进一步增强.因此认为,NMDA受体通道部分地参与了脊髓背角C纤维诱发电位LTP的表达.     

GABA_B自调性受体调节长时增强效应

对长时增强效应(long—term potentiation,LTP)的理解应从细胞分子水平去观察脊椎动物的学习与记忆。一些资料证明,在海马CA_1区诱导的LTP需要有N-methyl-D-aspartate(NMDA)受体系统短暂的激活。在低频传递时,γ-氨基丁酸(GABA)可通过突触抑制来阻断NMDA受体系统的明显活动。这种阻断作用是使神经元超极化时,Mg~(2+)阻断了由NMDA受体所调控的离子通道而引起的。在高频传递时,由于突     

成年小鼠前脑NMDA受体参与神经元的动作电位发放

谷氨酸是中枢神经系统主要的快速兴奋性递质。AMPA受体和海人藻酸受体主要参与突触传递,而NMDA受体主要参与突触可塑性。基因操作的方法增强NMDA受体的功能,可以增强动物在正常生理状态下的学习能力,及在组织损伤情况下的反应敏感性。NMDA受体参与生理功能的主要机制是长时程增强（long—term potentiation,LTP）。我们的研究表明,NMDA受体不仅参与刺激前扣带皮层的第五层细胞或刺激白质诱导的突触反应,而且参与在胞体施加去极化跃阶电流诱导的动作电位的发放。钙一钙调蛋白敏感的腺苷酸环化酶1（adenylyl cyclase 1,AC1）和cAMP信号通路可能介导了这些反应。由于扣带皮层神经元在伤害性刺激和痛中发挥重要作用,我们的结果为前脑NMDA受体参与突触传递和动作电位发放,以及与前脑相关的行为,如感受伤害性刺激和痛,提供了一个新的机制。     

内源性甲醛异常蓄积与记忆衰退

近期,本实验室报道了内源性甲醛浓度与认知功能损伤程度之间的关系(Neurobiol Aging,2011,32(1):31-41).观察到转基因痴呆小鼠(APP、APP/PS1)及衰老加速型(SAMP8)小鼠脑内甲醛浓度较对照组显著升高.参照痴呆鼠脑内甲醛浓度,实验人员对正常成年小鼠进行注射,导致其视觉空间记忆能力减退.注射甲醛消除剂可以降低老龄大鼠体内甲醛浓度、减少APP痴呆模型小鼠脑内的老年斑,且能观察到记忆功能的改善.临床观察显示,老年痴呆患者尿甲醛浓度与认知功能损伤程度之间呈正相关.甲醛的过量蓄积造成脑慢性损伤,可能是散发性老年记忆衰退的机制之一.     

神经系统中内源性硫化氢的研究进展

神经系统内源性的硫化氢（H2S）被认为是一种神经调质,其可以提高神经元N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体调节的反应,易化海马长时程增强（LTP）的产生,从而调节学习和记忆;诱发星形细胞产生钙波从而介导神经元及星形胶质细胞间的信号传递;增加抗氧化剂谷胱甘肽水平、抑制和清除神经系统内的多种氧化性物质等,具有广泛的生理作用。同时,H2S也参与了Alzheimer病、热性惊厥、脑卒中、Down＇s综合征等神经系统疾病的病理生理过程。     

低压低氧暴露对大鼠空间记忆及海马谷氨酸受体表达的影响*

目的:观察低压低氧暴露对成年大鼠空间记忆及谷氨酸递质系统受体(AMPA,NMDA)的影响。方法:SD大鼠随机分成两组,对照组和低氧组(n=10),经过5天的Moriis水迷宫训练,分别接受常压和低压低氧暴露7天,再通过Morris水迷宫观察暴露后的空间记忆,western blot检测GluR1,NMDA受体表达情况。结果:水迷宫结果显示低压低氧暴露后,平均逃脱潜伏期增长,平台搜索能力下降。Western blot结果显示磷酸化的GLUR1受体和NMDA受体水平升高。结论:低压低氧暴露可诱导大鼠的空间记忆损伤,其机制可能与谷氨酸递质系统紊乱造成的兴奋性中毒有关。     

NMDA受体参与小鼠的前额扣带回的神经突触传递

谷氨酸性突触是哺乳动物神经系统的主要兴奋性突触。在正常条件下,大多数的突触反应是由谷氨酸的AMPA受体传递的。NMDA受体在静息电位下为镁离子抑制。在被激活时,NMDA受体主要参与突触的可塑性变化。但是,许多NMDA受体拮抗剂在全身或局部注射时能产生行为效应,提示NMDA受体可能参与静息状态的生理功能。此文中,我们在离体的前额扣带回脑片上进行电生理记录,发现NMDA受体参与前额扣带回的突触传递。在重复刺激或近于生理性温度时,NMDA受体传递的反应更为明显。本文直接显示了NMDA受体参与前额扣带回的突触传递,并提示NMDA受体在前额扣带回中起着调节神经元兴奋的重要作用。     

铝暴露对大鼠海马神经元长时程增强和Na+通道表达的影响

海马神经元长时程增强(LTP) 被认为与学习和记忆的形成有关.Na⁺在诱导 LTP产生的过程中十分重要.实验发现,慢性铝暴露可以影响大鼠海马神经元LTP的产生,随着铝暴露浓度的增加,LTP 的幅值逐渐降低.RT-PCR 法对大鼠海马神经元 9 种类型Na⁺ 通道（即 Nav1.1～Nav1.9）的 mRNA 进行检测发现,除 Nav1.4 和 Nav1.8 Na⁺通道 mRNA 在大鼠海马神经元中未见表达外,慢性染铝组大鼠海马神经元7种Na⁺ 通道 mRNA 表达均明显增高（P<0.05）.蛋白印迹法对一种脑型 Na⁺通道 (Nav 1.2) 蛋白检测证明, Na⁺通道蛋白表达亦明显升高.结果提示,铝进入神经元后,可能通过影响 Na⁺ 通道蛋白的表达而影响了突触后神经细胞的去极化,进而影响了LTP的诱导过程,从而预示铝的暴露可能损害大鼠学习和记忆能力.     

谷氨酸、NMDA 和吗啡对培养大鼠星形胶质细胞内钙振荡的影响

目的:研究谷氨酸、NMDA、吗啡对原代培养的大鼠星形胶质细胞的胞内钙信号的影响及受体作用机制.方法:利用Leica AF6000活细胞工作站,检测谷氨酸、NMDA、吗啡分别灌流前后Fura-2/AM加载的星形胶质细胞内钙信号的动态变化,进一步观 察分别阻断代谢性谷氨酸受体5 (mGluR5)、NMDA受体(NMDA receptor,NMDAR)和阿片μ受体对诱导的胞内钙振荡的影响.结果:谷氨酸、NMDA、吗啡均可明显升高胞内游离钙的浓度([Ca2+]i),而将其相应受体拮抗后,星形胶质细胞[Ca2+]i升高的现象可以被显著抑制.结论:离体培养的星形胶质细胞膜上存在mGluR5、NMDAR和阿片μ受体,这些受体的激活可以升高星影胶质细胞的[Ca2+]i,且这些受体依赖的[Ca2+]i的调控机制可能是星形胶质细胞与神经元交互作用的重要途径之一.     

NMDA受体的结构及其生理作用

N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体是离子型兴奋性谷氨酸受体的一种亚型,生物体内已发现了3种NMDA受体亚基,且通过选择性剪接至少存在7种亚型,形成具有功能的多结合位点的大分子复合物。NMDA受体在中枢神经系统的突触传递、突触可塑性、学习记忆等生理过程中发挥着重要作用,且NMDA受体的异常会导致-些精神疾病及认知功能的障碍。     

四逆散对疲劳大鼠学习记忆及脑内GABA_B1表达的影响

目的：探讨四逆散对疲劳大鼠学习记忆及脑内GABA_B1受体的影响。方法：应用游泳训练和睡眠剥夺方法复制疲劳动物模型,运用Y-迷宫检测各组大鼠的学习记忆能力,采用免疫组化方法检测大鼠脑内GABA_B1受体阳性反应物的变化。结果：模型组与正常组相比,大鼠Y-迷宫正确反应率明显下降,错误反应率明显升高,大鼠脑内GABA_B1的阳性反应物数目明显增多;中药治疗组与模型组相比,正确反应率明显升高,错误反应次数明显下降,脑内GABA_B1受体的阳性反应物数目明显减少。结论：四逆散对疲劳大鼠学习记忆能力的下降具有改善作用。     

四逆散对疲劳大鼠学习记忆及脑内GABA_B1 表达的影响

目的:探讨四逆散对疲劳大鼠学习记忆及脑内GABA_B1受体的影响。方法:应用游泳训练和睡眠剥夺方法复制疲劳动物模型,运用Y-迷宫检测各组大鼠的学习记忆能力,采用免疫组化方法检测大鼠脑内GABA_B1受体阳性反应物的变化。结果:模型组与正常组相比,大鼠Y-迷宫正确反应率明显下降,错误反应率明显升高,大鼠脑内GABA_B1的阳性反应物数目明显增多;中药治疗组与模型组相比,正确反应率明显升高,错误反应次数明显下降,脑内GABA_B1受体的阳性反应物数目明显减少。结论:四逆散对疲劳大鼠学习记忆能力的下降具有改善作用。     

NMDA受体和长时程增强

近年来,N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体在突触可塑性形式——长时程增强（long-term potentiation,LTP）中的作用及该受体被激活后的细胞内级联反应备受人们的关注.人们利用拮抗剂技术和基因敲除的方法,对其进行了广泛的研究,并且就LTP的诱导和维持方面获得了一些进展.已获得的这些研究结果为LTP的突触前及突触后机制提供了有力的证据.     

神经元的突触可塑性与学习和记忆

大量研究表明,神经元的突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性,与学习和记忆密切相关.最近,在经过训练的动物海马区,记录到了学习诱导的长时程增强(long term potentiation,LTP),如果用激酶抑制剂阻断晚期LTP,就会使大鼠丧失训练形成的记忆.这些结果指出,LTP可能是形成记忆的分子基础.因此,进一步研究哺乳动物脑内突触可塑性的分子机制,对揭示学习和记忆的神经基础有重要意义.此外,在精神迟滞性疾病和神经退行性疾病患者脑内记录到异常的LTP,并发现神经元的树突棘数量减少,形态上产生畸变或萎缩,同时发现,产生突变的基因大多编码调节突触可塑性的信号通路蛋白,故突触可塑性研究也将促进精神和神经疾病的预防和治疗.综述了突触可塑性研究的最新进展,并展望了其发展前景.     

不同训练方式建立大鼠空间记忆后海马结构NMDA受体表达的变化

短期强化训练能否建立可靠的空间长时记忆？用不同训练方式建立空间记忆后,大鼠海马结构NMDA受体的表达发生怎样的变化？目前尚未见明确报道。本研究应用Morris水迷宫方法分别采用以下模式对大鼠进行训练：空间长时记忆训练模式（LT组）、空间短时记忆训练模式（ST组）以及短期强化训练模式（SRT组）,对不同训练模式建立的空间记忆进行了比较,应用免疫荧光组织化学方法检测各组大鼠海马结构NMDA／NR1受体表达的变化。结果表明,Morris水迷宫训练过程中,LT和SRT组大鼠寻找站台的半均潜伏期和策略均无显著性差异：记忆检测发现,除LT组大鼠在站台所在象限的停留时间明显长于SRT组大鼠外,两组大鼠寻找站台的潜伏期和策略以及穿越站台的次数均无显著性差异。ST组大鼠海马结构NMDA／NR1的免疫反应强度与对照组相比,无显著差异。但是,LT和SRT组大鼠海马CA1区锥体细胞联及齿状回的颗粒细胞层NMDA／NR1免疫荧光反应都明显增强,两组之间比较无显著差异,但是两组分别与对照组和ST组相比均有显著性差异。上述结果提示,短期强化训练可建立与长期训练基本相同的空间长时记忆。大鼠海马结构CA1区和齿状回NMDA受体表达的增加,可能是空间长时记忆形成的机制之一。     

褪黑素对大鼠海马 CA3区长时程增强诱导的影响

目的：研究褪黑素对海马CA3区长时程增强（LTP）诱导阶段的影响及可能的机制。方法：用细胞外电生理记录方法。通过向大鼠海马CA3区分别微量注射褪黑素、Tacrine（胆碱酯酶抑制剂）和DNQX（非NMDA受体的竞争性拮抗剂）,以海马CA3区群体兴奋性突触后电位（fEPSP）斜率的改变为指标,观察PP-CA3通路的LTP变化。结果：①0．2μg/μl、1μg/μl和5μg/μl的褪黑素对CA3区的诱发电位和LTP均有抑制作用,随着剂量加大,抑制作用加强。②褪黑素能抑制Tacrine对LTP诱导的易化作用。③DNQx能部分阻断褪黑素对LTP诱导的抑制作用。结论：褪黑素对LTP诱导的抑制作用可能与胆碱能系统和非NMDA受体有关。     

大脑关键神经元受体基因的克隆

日本京都大学的Shigetada Nakanishi研究小组克隆了大鼠NMDA受体蛋白的基因,而美国堪萨斯大学的Elias Michaelis则克隆了一种NMDA受体蛋白。NMDA受体是脑中的重要神经元膜蛋白,是谷氨酸受体中的关键因子。这两个小组的成功将使他人较易于检测用于控制NMDA受体、治疗与谷氨酸有关的疾病的药物。这类疾病包括退化性脑失常、中风、癫痫及记忆丧失。 Nakanishi及其同事在Nature杂志上详细描述了他们的工作。Michaelis则在最近一次神经科学学会议上介绍了自己的工作。自1989年12月以来,已克隆了12种不同的谷氨酸受体,其中,NMDA受体被认