目的:　　稀土元素(rare earth elements，REEs)由15个镧系元素及其同族的钪和钇组成。目前，REEs已经广泛的应用于工业、农业、畜牧业、水产养殖业和现代生物医药等各个方面。随着稀土技术的迅速的推广和应用，大量的REEs进入到环境中，并通过食物链等途径进入机体并在其中蓄积，对人体健康产生影响。研究表明，REEs能够通过血脑屏障进入脑组织并在其中蓄积，从而造成中枢神经系统(CNS)的损伤和认知功能的异常。居住于稀土矿区的儿童在智商均数、学习记忆认知能力等方面均较对照区儿童明显低下。动物实验证实，REEs可导致动物CNS发育缺陷、学习记忆能力下降。　　镧是一种应用广泛的轻稀土元素，在环境介质和食品中含量较高、在脑中蓄积性较强的REEs，其化学性质十分活泼，具有较强的生物学活性，故常被用作研究REEs神经毒性的代表物质。本课题组对镧所致的CNS毒效应及其作用机制进行了研究，发现镧暴露可以使受试动物的空间学习记忆能力和回避条件反射记忆明显受损。研究显示，每天注射高剂量镧可使雏鸡的长时记忆明显受损，使大鼠在水迷宫中的学习记忆能力下降。提示镧损害生物体的学习记忆能力。　　海马是学习记忆的关键脑区。突触可塑性是学习记忆的生物学基础。而记忆的构建和维持需要新的基因转录和蛋白质合成。有证据表明，表观遗传学调控在突触可塑性、记忆形成和巩固相关基因的表达调控中发挥重要作用。有学者提出表观遗传学调控参与记忆的形成和突触可塑性的调节作用是通过细胞外信号调节激酶/丝裂素活化蛋白激酶(extracellular signal regulated kinase/mitogen activatedprotein kinase，ERK/MAPK)信号转导通路来完成的。而环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)通过ERK/MAPK信号转导通路活化，并在突触可塑性和长时记忆（long-term memory, LTM）形成中的关键作用也得到了证实。同时，CREB的靶基因产物如即早基因（immediate-early genes，IEGs)和脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophie factor，BDNF)等也在CNS发育和学习记忆中发挥重要作用。因此我们推测，镧有可能通过抑制ERK/MAPK信号传导通路的活化状态，干扰表观遗传学调控，从而对学习记忆能力产生影响。　　在本研究中，我们从仔鼠出生后开始给予氯化镧（lanthanum chloride，LaCl3）染毒，至断乳后两个月结束，建立LaCl3染毒的子代动物模型。在此基础上，运用神经行为学、分子生物学等方法探讨镧对ERK/MAPK信号转导通路及表观遗传学调控的影响，旨在阐明镧染毒造成记忆损害的分子靶点与相关机制。　　方法:　　中国医科大学实验动物中心提供的健康Wistar大鼠80只，体重260±10g。将雌雄1∶1同笼进行交配，次日晨发现阴栓或阴道分泌物镜检有精子者记为妊娠第0d，孕鼠单笼饲养并自由摄水。子代大鼠出生后，随机将雌鼠分为对照组（饮用蒸馏水）、低剂量染镧组（饮用含0.25％LaCl3的蒸馏水溶液）、中剂量染镧组（饮用含0.50％LaCl3的蒸馏水溶液）和高剂量染镧组（饮用含1.0％LaCl3的蒸馏水溶液），每组20只动物。仔鼠在断乳前经吸吮母乳染镧，断乳后则通过饮水摄入镧，至断乳后2个月结束。染毒结束后进行各种指标测定:采用神经行为学测试方法测定仔鼠的学习记忆能力，应用透射电子显微镜技术观察仔鼠海马神经突触的超微结构变化，采用Western blot法对MEK1/2、ERK1/2、MSK1、CBP、BDNF、c-FOS的蛋白表达水平和MEK1/2、ERK1/2、MSK1、CREB的磷酸化水平以及组蛋白H3、H4的蛋白表达水平和乙酰化水平进行检测。采用实时定量PCR法测定仔鼠海马hat、hdac1、hdac2、hdac3、hdac4、hdac6、hdac8、dnmt1、dnmt3a、dnmt3b、bdnf和c-fos的mRNA表达水平，采用MSP法测定bdnf和c-fos启动子部位DNA甲基化情况。向仔鼠双侧海马注射ERK/MAPK信号转导通路的激动剂forskolin和抑制剂U0126，然后用上述方法对其下游相关指标及组蛋白乙酰化修饰进行检测。　　结果:　　1、氯化镧对仔鼠学习记忆能力和突触可塑性的影响　　在Morris水迷宫定位航行试验中，LaCl3染毒组的仔鼠出现逃避潜伏时间和游泳距离显著长于对照组。在空间探索试验中LaCl3染镧组在目标象限的潜伏期和游泳距离均少于对照组。各LaCl3染毒组仔鼠表现出进入目标象限的次数少于对照组，第一次进入目标象限的时间也长于对照组。从搜索平台的策略上看，LaCl3染毒组目标不明确，搜索象限不正确，甚至是无序搜索。在穿梭箱试验中仔鼠被动回避性条件反射的记忆能力明显下降。两项试验均发现摄入LaCl3损伤大鼠的长时记忆，且损害作用的强度随染镧剂量增加而增强，具有正相关关系。表明镧暴露大鼠的学习和记忆能力受损。LaCl3可引起海马神经突触结构的异常，使突触活性带变短、突触后致密物变薄、突触界面曲率下降、突触间隙减小。　　2、氯化镧对仔鼠海马神经细胞内ERK/MAPK信号转导通路的影响　　LaCl3可引起仔鼠海马神经细胞内Ca2+含量明显增加、导致钙稳态失衡，由此可造成其下游信号转导通路的紊乱。干扰记忆相关转录因子的活化和基因转录。LaCl3可抑制仔鼠海马神经细胞ERK/MAPK信号转导通路，下调p-MEK1/2、p-ERK1/2和p-MSK1的表达水平，导致CREB的磷酸化水平降低，CBP蛋白表达水平、c-fos、bdnf的mRNA转录和蛋白表达水平均显著下调。应用该信号转导通路的抑制剂U0126可加重镧对于c-fos、bdnf mRNA转录和p-CREB、CBP、c-FOS、BDNF蛋白表达的抑制作用，而应用该信号转导途径的激动剂forskolin可拮抗镧的作用，使c-fos、bdnfmRNA转录和p-CREB、CBP、c-FOS、BDNF的蛋白表达水平得到一定程度的恢复。　　3、氯化镧对仔鼠海马神经细胞内表观遗传学调控模式的影响　　LaCl3可影响仔鼠海马神经细胞的表观遗传学调控模式，使hat mRNA转录水平显著下调、使hdac2、hdac3、hdac6和hdac8 mRNA转录水平显著上调，导致Ac-Histone H3蛋白表达水平下降;LaCl3下调仔鼠海马神经细胞中dnmt3a mRNA转录水平、使c-fos基因启动子部位的非甲基化水平显著降低，而甲基化水平显著升高;还下调bdnf基因启动子部位的非甲基化水平，上调其甲基化水平，由此抑制这两个与记忆密切相关的基因转录。应用ERK/MAPK信号转导通路的抑制剂U0126可加重镧对于hat mRNA转录和Ac-Histone H3蛋白表达的抑制作用，hdac2、hdac3、hdac6和hdac8 mRNA的转录水平进一步升高。而应用该信号转导途径的激动剂forskolin可拮抗镧的作用，使hat mRNA转录和Ac-Histone H3的蛋白表达水平得到一定程度的恢复，hdac2、hdac3、hdac6和hdac8 mRNA的转录水平下调。　　结论:　　1、亚慢性LaCl3染毒可显著降低仔鼠在Morris水迷宫试验和穿梭箱试验中的学习记忆能力，使神经突触超微结构异常。　　2、LaCl3可引起仔鼠海马神经细胞内Ca2+含量明显增加、导致钙稳态失衡，由此可造成其下游信号转导通路的紊乱，干扰记忆相关转录因子的活化和基因转录，这势必会影响学习记忆功能。　　3、LaCl3可抑制仔鼠海马神经细胞ERK/MAPK信号转导通路，应用该信号转导通路的抑制剂U0126可加重镧对于c-fos、bdnfmRNA转录和p-CREB、c-FOS、CBP、BDNF蛋白表达的抑制作用，而应用该信号转导途径的激动剂forskolin可拮抗镧的作用，使c-fos、bdnf mRNA转录和p-CREB、CBP、c-FOS、BDNF的蛋白表达水平得到一定程度的恢复。　　4、LaCl3可引起表观遗传学调控紊乱，下调Histone H3乙酰化水平，使c-fos和bdnf启动子部位甲基化水平升高。应用ERK/MAPK信号转导通路的抑制剂U0126可使由镧所致的表观遗传学调控紊乱更为严重，而应用该信号转导途径的激动剂forskolin可拮抗镧的作用，使表观遗传学调控趋于正常。　　5、镧可致仔鼠神经行为学和神经突触结构异常，钙稳态失衡，抑制ERK/MAPK信号转导途径干扰CREB的磷酸化及其靶基因c-fos和bdnf的mRNA转录与蛋白表达，干扰组蛋白乙酰化和DNA甲基化，进而损害仔鼠的学习记忆。