小鼠眼优势可塑性在经历早期不良刺激后的发育延缓及在成年后恢复机制的研究

来源 :李思桐 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a155327050
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生物体从胚胎到成年,神经系统会经历生成、塑形和重塑的过程,这些过程统称神经系统发育。在视觉相关的神经系统发育中,经验依赖可塑性是一个重要的研究方向。眼优势可塑性是研究经验依赖可塑性的一种经典模型。在生物体发育早期的关键期,较短时间的单眼视觉剥夺就可以引起双眼区神经元眼优势的显著偏移。这种可塑性在进入成年后迅速下降甚至消失,而导致成年弱视患者无法进行治疗。因此研究关键期开启和关闭机制以及探索如何在成年动物视皮层恢复视觉可塑性显得至关重要。本论文包括探索两种早期不良经历模型,即早期母爱分离和早期慢性温和应激,对眼优势可塑性关键期时程的影响,以及通过药理学方法恢复成年视觉可塑性这两部分。本论文的第一部分工作着重于探索外部环境在发育过程中对小鼠视皮层眼优势可塑性的影响。早期生活经验对于生物体的神经系统发育具有显著影响。在哺乳动物中,亲子互动是早期生活环境的重要组成部分,因而,我们的实验采用重复母爱分离作为研究模型。实验结果显示,出生后2-8天每天一小时的母爱分离会导致雌性小鼠视皮层的眼优势关键期延迟开启,而雄性小鼠关键期的开启时间未受影响;此外,早期母爱分离的雌雄小鼠视皮层的眼优势关键期均无法正常关闭,母爱分离的雌性小鼠到了成年仍然表现出部分幼年样的眼优势可塑性。我们在不同时间点,采用内源信号光学成像的方法检测小鼠的视锐度,发现母爱分离对于小鼠视锐度的发育没有显著影响。梯形水迷宫行为学方法检测成年小鼠视锐度的实验也得到了类似的结果,这表明早期母爱分离对于视觉系统发育其它方面没有显著影响。前人的研究显示,早期母爱分离可能会引起大鼠HPA轴和单胺系统的改变,并伴随着抑郁样行为和焦虑样行为。我们采用了糖水偏好来检测小鼠的抑郁样行为,采用旷场实验和高架十字迷宫来检测焦虑样行为。实验结果显示,我们的早期母爱分离模型没有诱发出小鼠的抑郁样或焦虑样行为特征。我们对早期母爱分离影响眼优势可塑性的机制进行初步探索,发现这种影响并不源于视皮层谷氨酸脱羧酶(GAD)65和N-甲基-D-天冬氨酸受体NR2B亚基(NR2B)蛋白表达水平的改变。除了母爱分离,我们还采用了另外一种早期不良经历的模型:早期慢性温和应激模型。同样是出生后2-8天每天一小时,但是给予小鼠随机的不良刺激(包括饲养笼倾斜,暗环境亮光刺激等)。经历了这种应激模型的雌雄小鼠表现出了眼优势可塑性关键期的延迟开启和无法正常关闭,只有雌性小鼠在成年依然具有这种眼优势可塑性。同时,经历了早期慢性温和应激的小鼠视觉皮层的促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)表达降低。进一步的研究发现视觉皮层CRF-CRFR1信号通路介导了这种性别差异性的影响。全细胞记录CRFR1的拮抗剂和激动剂可以分别性别特异性地减弱和增强雌性小鼠视觉皮层Ⅱ/Ⅲ层抑制性突触后电流(IPSC)的短时程抑制,说明CRF-CRFR1通路可以增强雌性小鼠视觉皮层GABA的释放概率。这些发现不仅使我们对早期不良刺激对神经系统发育的影响有了更多的了解,而且为关键期激活与消退机制的研究带来新的灵感。除了可塑性关键期的研究,恢复成年视皮层眼优势可塑性也是研究眼优势可塑性的重要主题。根据主流的观点,抑制系统的成熟是成年阶段眼优势可塑性消退的重要原因。在前人的研究中,使用环境丰富或者其他药理学方法在成年视皮层恢复眼优势可塑性,均伴随着皮层抑制水平的降低和脑源神经营养因子(BDNF)表达水平的增加。为了探索BDNF在小鼠视皮层可塑性中的功能,我们使用TrkB激动剂7,8-DHF展开研究。7,8-DHF是一种新型TrkB激动剂,它的最大优势在于可以避开BDNF药物动力学局限性,穿过血脑屏障。我们的结果显示,7,8-DHF不仅能在成年小鼠视皮层再激活幼年样眼优势可塑性,还对成年弱视小鼠的视皮层功能恢复有促进作用。此外,我们还发现,转化生长因子-β Ⅰ型受体ALK5的抑制剂Ⅱ(ALK5 Inhibitor Ⅱ)也可以在成年小鼠视皮层诱发幼年样眼优势可塑性,并伴随着视皮层GAD67蛋白表达水平的降低,而GABAA受体激动剂可以阻断这一过程。这说明ALK5 Inhibitor Ⅱ引起的效应至少部分依赖于抑制性神经传递的改变。综上,本研究实验结果首次揭示了早期不良经历对视觉皮层眼优势可塑性的长期影响,不同的早期不良经历模型是通过不同的通路来介导这种效应的。本研究为未来的针对早期不良经历对视觉系统发育影响的研究提供了新的动物模型。成年动物上恢复眼优势可塑性的研究对于成年视皮层可塑性的机制的提供了新的研究思路,并且为成年弱视提供了潜在治疗方案。
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