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学习记忆既是神经科学、心理学和教育学高度关注的研究问题,记忆衰退也是阿尔茨海默症、帕金森病和抑郁症等多种精神类疾病的重要表征。因此,学习和记忆已经成为许多领域研究人员的重要研究课题。海马是参与学习记忆以及空间定位的最重要的脑区之一,在记忆信息的处理通路中发挥着不可替代的作用。5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是中枢神经系统中的一种重要的兴奋性神经递质,参与睡眠、认知、情感以及心血管活动等诸多生理过程。研究表明,5-HT及其受体在学习记忆活动中具有重要的调节作用。其中,5-HT1B受体密集分布于基底神经节以及边缘系统,包括海马。有研究发现,海马5-HT1B受体对情绪行为有双向调控作用。也有研究结果显示,5-HT1B受体可能在与海马相关的学习记忆中起着关键作用,但由于在体海马定点激活或阻断5-HT1B受体的研究证据尚不足,因此,海马CA1区5-HT1B受体在学习记忆活动中的具体作用仍不清楚。5-HT1B受体既能作为自受体调节5-HT的释放,又能作为异受体调节谷氨酸(glutamate,Glu)、r-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)、乙醜胆碱(acetylcholine,Ach)等其它递质的释放。在海马CA1区,5-HT1B受体不仅位于5-HT能神经元上,也位于谷氨酸锥体神经元末梢和GABA能中间神经元上,5-HT1B受体也是海马锥体神经元上调节兴奋性突触传递的重要受体。近期一项重要的电生理研究显示,海马TA-CA1的5-HT1B受体可能通过增强谷氨酸AMPA受体介导的兴奋性突触传递效能而调控记忆。提示海马5-HT1B受体影响谷氨酸能兴奋性突触传递效能。树突棘是兴奋性突触形成的结构基础,树突棘的大小,结构和数目的改变是神经回路重建的重要基础,也是突触可塑性的重要表现。Kalirin-7(Kal7)是兴奋性突触后膜致密区(postsynaptic density,PSD)上的重要成分,是调节树突棘及突触结构与功能的关键分子。研究表明,5-HT能系统通过Kal7信号途径可以调控树突棘的大小和数目,Kal7直接对突触后膜上谷氨酸受体功能有所调控。然而,Ka17是否参与海马5-HT1B受体相关的空间学习记忆尚不清楚,在空间学习记忆过程中的海马Kal7与谷氨酸能突触可塑性的关系也鲜有报道。研究这些问题,有助于更好地理解海马5-HT1B受体在学习记忆过程中的作用及机制,为研究与海马有关的认知功能损伤提供新的理论依据。因此,本研究首先通过给大鼠双侧海马CA1区定位微量注射5-HT1B受体激动剂CP93129、拮抗剂GR55562以及钙通透性的的谷氨酸α-氨基羟甲基异恶唑丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid,AMPA)受体(Ca2+permeability of AMPAreceptor,CP-AMPAR)的拮抗剂PHTX,然后采用Morris 水迷宫实验方法对大鼠进行行为学检测,利用Western Blot检测海马谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid,NMDA)亚基GluN2B、AMPA受体亚基GluA2/3、Ka17和突触结构相关重要蛋白PSD95的表达,以及运用高尔基染色法检测大鼠海马CA1区锥体神经元树突棘变化。探讨海马CA1区5-HT1B受体在空间学习记忆中的作用,以及是否通过影响Ka17表达及锥体神经元树突棘和谷氨酸能突触可塑性变化而导致空间学习记忆改变。结果显示:1.在空间学习记忆获取实验中,与对照组相比,大鼠海马CA1区注射5-HT1B受体激动剂CP93129后,找到平台的潜伏期增加,目标象限偏爱率显著下降。而与对照组相比,大鼠海马CA1区注射5-HT1B受体阻断剂GR55562后,虽出现潜伏期变短,目标象限偏爱率有所提高,但差异并不显著。2.大鼠海马CA1区给予CP93129能显著损害大鼠的空间学习记忆获取能力,且海马CA1区锥体神经元树突棘密度明显下降,GluN2B、GluA2/3、Ka17以及PSD95表达显著下降;大鼠海马CA1区给予GR55562空间学习记忆的获取能力有所提高,但差异并不显著,且海马CA1区锥体神经元树突棘密度增加,GluA2/3、Ka17以及PSD95表达也明显增加。3.在空间学习记忆巩固实验中,与对照组相比,大鼠海马CA1区注射CP93129后,潜伏期变长,目标象限偏爱率降低。与对照组相比,而大鼠海马CA1区注射GR55562后,潜伏期变短,目标象限偏爱率显著增加。4.大鼠海马CA1区给予CP93129能显著损伤空间学习记忆的巩固,且海马CA1区锥体神经元树突棘密度降低,GluN2B、GluA2/3、Kal7以及PSD95表达也明显下降;大鼠海马CA1区给予GR55562能显著增强空间学习记忆的巩固,且海马CA1区锥体神经元树突棘密度增加,GluN2B、GluA2/3、Kal7以及PSD95表达也明显增加。5.大鼠海马CA1区注射CP-AMPAR阻断剂PHTX可反转CP93129导致的空间学习记忆获取能力损伤,同时,可以阻止GluA2/3、GluN2B的减少及GluA2磷酸化水平的降低,恢复海马CA1区锥体神经元树突棘密度以及海马Kal7和PSD95的表达。由此,得出以下结论:1.海马CA1区5-HT1B受体参与了 SD大鼠空间学习记忆的形成和储存。2.激活海马CA1区5-HT1B受体,损害大鼠空间记忆的获取与巩固,其机制与降低海马CA1区的Kal7表达,减少锥体神经元树突棘密度,改变AMPA受体的结构与功能有关。促进CP-AMPAR的形成在损伤空间记忆获取中具有重要作用。3.阻断CP-APMAR的形成能够逆转激活5-HT1B受体诱导的空间学习记忆获取的损伤。CP-APMAR的形成在改变AMPA受体的功能的同时,对Kal7和PSD95表达,以及GluA2/3、GluN2B的表达和GluA2的磷酸化水平有负反馈调节作用。4.空间学习记忆过程中,Ka17既可能是5-HT1B受体调节海马CA1区锥体神经元树突棘的中介分子,也极有可能是5-HT1B受体与谷氨酸能系统间的中介分子,是学习记忆活动中的关键因子。综上所述,本研究表明海马CA1区的5-HT1B受体在空间学习记忆的获取与巩固中具有重要作用。激活海马CA1区的5-HT1B受体损害空间学习记忆的获取和巩固,阻断海马CA1区的5-HT1B受体主要表现出对空间学习记忆巩固的加强。5-HT1B受体对空间学习记忆行为的影响与Ka17、GluAl和GluA2/3的比值、GluN2B和PSD95的变化均有关系。5-HT1B受体诱导的Ka17的下调可能导致兴奋性突触传递障碍和神经元树突棘密度减小。这些结果提示,海马CA1区5-HT通过5-HT1B受体参与调节了空间学习记忆,而Kal7可能在5-HT1B受体引起的神经可塑性变化中起着重要作用。对这些问题的认识,有助于更好地理解5-HT能系统在学习记忆活动中的作用及其内在机制,为治疗具有认知缺陷的神经障碍提供更好的选择。