GPER1基因敲除对癫痫大鼠海马突触可塑性的影响

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第一部分GPER1-KO对癫痫大鼠再认记忆的影响目的观察GPER1-KO后对癫痫大鼠再认记忆的影响。方法①动物分组:选取SPF级健康雄性2月龄SD大鼠(wild type,WT)和GPER1-KO大鼠各12只,分别随机分为:对照组(WT group)、癫痫14 d(WT-SE 14 d group)及 GPER1-KO 对照组(GPER1-KO group)、GPER1-KO 癫痫 14 d(GPER1-KO-SE 14 d group);②采用氯化锂-匹罗卡品制备癫痫模型;③采用Intellicage智能行为学检测系统对各组大鼠再认记忆进行检测,通过设定对应的程序模块,来测定各组大鼠在鼻触学习、角落位置学习以及角落位置逆转学习、灯光吸引阶段、惩罚(逆转)学习这几个过程中的再认记忆变化情况。结果Intellicage行为学检测结果:a.自由探索阶段(适应阶段,3 d):各组大鼠都能正常活动,都能成功喝到水,WT组、GPER1-KO组、WT-SE 14 d组及GPER1-KO14 d组大鼠访问角落次数和鼻触次数无统计学差异(P>0.05)。b.鼻触学习阶段(7 d):①与WT组比较,GPER1-KO组鼻触学习阶段访问角落次数与鼻触次数无显著性差异(P>0.05);②与WT组比较,WT-SE 14 d组访问角落次数和鼻触次数减少(P<0.01);③与GPER1-KO组比较,GPERI-KO-SE 14 d组访问角落次数和鼻触次数减少(P<0.01);④与WT-SE 14 d组比较,GPER1-KO-SE 14 d组访问角落次数和鼻触次数明显减少(P<0.05)。c.角落定位学习(逆转)阶段(7 d):①与WT组比较,GPER1-KO组此阶段访问正确角落次数无显著性差异(P>0.05);②与WT组比较,WT-SE 14 d组访问正确角落次数减少(P<0.01);③与GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 14 d组访问正确角落次数减少(P<0.01);④与WT-SE 14 d组比较,GPER1-KO-SE 14 d组访问正确角落次数更少(P<0.05)。d.灯光吸引阶段(7 d):①与WT组比较,GPER1-KO组此阶段访问灯光角落次数无显著性差异(P>0.05);②与WT组比较,WT-SE 14 d组访问灯光角落次数减少(P<0.01);③与GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 14 d组访问灯光角落次数明显减少(P<0.01);④与WT-SE 14 d组比较,GPER1-KO-SE 14 d组访问灯光角落次数更少(P<0.05)。e.惩罚(逆转)学习阶段(14 d):①与WT组比较,GPER1-KO组此阶段鼻触正确角落的次数无显著性差异(P>0.05);②与WT组比较,WT-SE 14 d组鼻触正确角落的次数减少(P<0.01);③与GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 14 d组鼻触正确角落的鼻触次数减少(P<0.01);④与WT-SE 14 d组比较,GPER1-KO-SE 14组鼻触正确角落次数更少(P<0.05),逆转正确和错误的角落后得到同样的结果。第二部分GPER1-KO对癫痫大鼠突触可塑性的影响目的探究癫痫发生发展过程中,GPER1-KO对大鼠海马突触可塑性的影响。方法①动物分组:选取SPF级健康雄性2月龄SD大鼠和GPER1-KO大鼠各90只,分别随机分为 WT group、WT-SE 1 d group、WT-SE 3 d group、WT-SE 7 d group、WT-SE 14 d group 及 GPER1-KO group、GPER1-KO-SE 1 d group、GPER1-KO-SE 3 d group、GPER1-KO-SE 7 d group、GPER1-KO-SE 14 d group;②模型制作方法同实验一,用脑电监测仪监测癫痫发作时皮层脑电波(electroencephalograph,EEG)的变化;③尼氏染色观察各组大鼠海马神经元形态、数目和尼氏体变化;④Timm染色评估各组大鼠海马苔藓纤维发芽(mossy fiber sprouting,MFS)程度;⑤Golgi染色观察各组大鼠海马神经元树突复杂性及树突棘密度的改变;⑥在癫痫14 d,应用膜片钳记录大鼠海马Schafer侧支通路,TBS诱导前后fEPSP Slope变化,并分析schafer侧支的LTP变化;⑦电镜观察各组大鼠海马CA1、CA3和DG区神经元超微结构及突触形态结构的变化。结果 ①EEG监测结果:WT组与GPER1-KO组未见癫痫波,WT-SE组和GPER1-KO-SE组均可见明显的癫痫波,对癫痫波进行傅里叶转换分析显示在3 Hz-12 Hz范围可见功率异常增高的脑电波,此功率异常增高的波为δ和θ波;与WT-SE组比较,GPER1-KO-SE组δ和θ波的功率上升更高(P<0.05)。②尼氏染色结果:WT组及GPER1-KO组大鼠海马CA1和CA3区锥体细胞及DG区颗粒细胞结构轮廓清晰,神经元胞质中尼氏体染色均匀。在癫痫1 d-7 d,WT-SE和GPER1-KO-SE各时间点组CA1、CA3和DG区神经元体积随着癫痫的发展逐渐缩小,细胞间隙增大,排列紊乱,神经元数量减少,以癫痫7d最严重,且GPER1-KO-SE 7d组较WT-SE 7 d组体积缩小更明显;神经元丢失更多。WT-SE 14 d组和GPER1-KO-SE 14 d组海马各区神经元形态趋于向正常恢复,但仍较正常对照组细胞小,CA1和CA3区细胞间距大,排列疏松,尼氏染色较浅。在高倍镜下对各组海马CA1和CA3区锥体细胞及DG区颗粒细胞数量进行统计,结果显示:a.WT组及GPER1-KO组海马各区神经元数量无差异(P>0.05)。b.与WT组各区比较,WT-SE 3 d组、WT-SE 7 d组和WT-SE 14 d组各区神经元数量均减少(P<0.01)。c.与 GPER1-KO 组海马各区比较,GPER1-KO-SE 3 d 组、GPER1-KO-SE 7 d组和GPER1-KO-SE 14组各区神经元数量均减少(P<0.01)。d.与WT-SE各时间点组比较,GPER1-KO-SE 3 d组在DG区神经元丢失较WT-SE 3 d组更多(P<0.05);GPER1-KO-SE 7 d组、GPER1-KO-SE 14 d组海马各区神经元数量均较WT-SE各时间点少(P<0.05)。③Timm 染色结果:WT 组、GPER1-KO 组及 WT-SE 1 d 组与 GPER1-KO-SE 1 d 组CA3区和DG区均未见MFS。WT-SE 3 d组和GPER1-KO-SE 3 d组在CA3区可见少量MFS,GPER1-KO-SE 3 d 组 MFS 评分较 WT-SE 3 d 组高(P<0.01);癫痫 7 d 时,WT-SE 7 d组与GPER1-KO-SE 7 d组在DG和CA3区均见较多MFS,在CA3区和DG区GPER1-KO-SE 7 d组MFS评分均高于WT-SE 7 d组(P<0.01);随着癫痫进展,MFS逐渐增多,至癫痫14 d时,在CA3区和DG区WT-SE 14 d组与GPER1-KO-SE 14 d组可见到大量的MFS,且GPER1-KO-SE 14 d组MFS评分均较WT-SE 14 d组高(P<0.01)。④Golgi染色结果:Golgi染色结果显示与WT组比较,GPER1-KO组CA1区树突缩短、CA3树突分支末梢树突棘减少,但无显著的统计学差异;与此两组比较,WT-SE组和GPER1-KO-SE组在癫痫3 d和14 d CA1区树突复杂性和树突棘密度均发生了改变。在癫痫3 d时,WT-SE 3 d组和GPER1-KO-SE 3 d组CA1区神经元树突复杂性都有所下降,树突缩短肿胀,分支减少,sholl分析结果显示:WT-SE 3 d组在CA1区域的锥体神经元的顶树突中树突分支交点最大值为10,而GPER1-KO-SE 3 d组在CA1区域的锥体神经元的顶树突中树突分支交点最大值为7;树突棘密度分析:与WT组比较,WT-SE 3 d组树突棘密度都降低(P<0.01),与GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 3 d组树突棘密度降低(P<0.01),且GPER1-KO-SE 3 d组降低比WT-SE 3 d组更显著(P<0.05)。在癫痫14 d时,sholl分析结果显示:CA1区锥体细胞的顶树突的树突分支交点最大值WT-SE 14 d组为8,GPER1-KO-SE 14 d组为6;树突棘密度分析:与WT组比较,WT-SE 14 d组树突棘密度降低(P<0.01)但与WT-SE 3d 比较,树突棘密度增加(P<0.05);与GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 14 d组树突棘密度降低(P<0.01),与GPER1-KO-SE 3 d组比较,树突棘密度增加(P<0.05);与WT-SE 14 d组比较,GPER1-KO-SE 14 d组增加更多(P<0.05),在CA3区,SE 3树突棘密度下降显著(P<0.01),在DG区树突棘密度同样下降显著(P<0.01),但DG区在与GPER1-KO-SE 3d组比较,GPER1-KO-SE 14 d组树突棘密度有所恢复(P<0.05)。⑤场电位LTP结果:在癫痫14 d,应用膜片钳记录大鼠海马Schafer侧支通路的场电位LTP,分析TBS诱导前后EPSP slope的变化倍数。结果显示:在给予TBS后各组fEPSP Slope均增加,与WT组比较,WT-SE 14 d组的fEPSP Slope的增加幅度小于WT 组(P<0.01);与 GPER1-KO 组比较,GPER1-KO-SE 14 d 组的 fEPSP Slope 的增加幅度小于 GPER1-KO 组(P<0.01);与 WT-SE 14 d 组比较,GPER1-KO-SE 14 d 组fEPSP Slope的增加幅度小于WT-SE 14 d组(P<0.05),提示GPER1-KO加重癫痫大鼠海马Schafer侧支通路的场电位LTP损伤。⑥透射电镜结果:透射电镜观察各组海马CA1、CA3区锥体细胞及DG区颗粒细胞超微结构显示:WT组与GPER1-KO组海马神经元胞体饱满,核仁明显,染色质均匀分布于核内,胞浆中细胞器分布部位及形态结构等均无异常,二组细胞超微结构无明显差异,WT组与GPER1-KO组可见突触以兴奋性突触为主,以头大颈短的树突棘形成的成熟型突触较多见。SE 14 d组和GPER1-KO-SE 14 d组CA1和CA3区锥体细胞和DG区颗粒细胞神经元胞体明显萎缩,出现核固缩和染色体边集现象,可见线粒体、内质网、微丝、微管受损;突触超微结构:CA1区突触曲面变窄,突触间隙模糊、变窄,突触后致密物变薄;CA3区和DG区突触曲面变窄,突触间隙模糊或消失,突触后致密物厚,多见头小树突棘参与突触形成,GPER1-KO-SE 14 d组神经元及突触超微结构较SE 14 d组受损更严重。第三部分GPER1基因敲除对癫痫大鼠海马突触可塑性影响的机制研究目的初步探讨GPER1-KO对癫痫大鼠海马神经元突触可塑性影响的可能机制。方法①选取SPF级2月龄健康雄性SD大鼠和GPER1-KO大鼠各30只,动物分组与模型的建立同实验二,每组6只大鼠。②Western Blot技术检测CaMKⅡ、ROCK2、p-Cofilin表达的变化以及F-actin/G-actin 比值的变化。结果①CaMKⅡ结果:a.与WT组比较,GPER1-KO组CaMKⅡ表达无显著性差异(P>0.05);b.与 WT 组比较,WT-SE 1 d、3d、7d和 14 d组CaMKⅡ表达均降低(P<0.01),WT-SE 3 d、7 d、14 d 相比较于 WT-SE 1 d 缓慢上升(P<0.05);c.与 GPER1-KO组比较,GPER1-KO-SE 1 d、3 d、7 d和 14 d组CaMKⅡ表达降低(P<0.01),GPER1-KO-SE 3 d、7 d、14 d相比较于GPER1-KO-SE 1 d缓慢上升(P<0.05);d.与WT-SE各时间点组比较,GPER1-KO-SE各时间点组CaMKⅡ的表达下降更显著(P<0.05)。② ROCK2结果:a.WT组与GPER1-KO组比较,ROCK2表达无显著性差异(P>0.05);b.与 WT 组比较,WT-SE 1 d、3 d、7d 和 14 d组ROCK2 表达均升高(P<0.01);c.与 GPER1-KO 组比较,GPER1-KO-SE 1 d、3 d、7 d 和 14 d 组 ROCK2 表达均升高(P<0.01)。③p-Cofilin结果:a.与WT组比较,GPER1-KO组p-Cofilin表达无显著性差异(P>0.05);b.与WT组比较,WT-SE 1 d、3 d、7 d和14 d组p-Cofilin表达均降低(P<0.01);c.与 GPER1-KO 组比较,GPER1-KO-SE 1 d、3 d、7 d 和 14 d 组 p-Cofilin 表达降低(P<0.01);d.与WT-SE各时间点比较,GPER1-KO-SE各时间点p-Cofilin的下降较显著(P<0.05)。④F/G-actin结果:a.与WT组比较,GPER1-KO组F/G-actin 比值无显著性差异(P>0.05);b.与 WT 组比较,WT-SE 1 d、3 d、7d 和 14 d 比值均降低(P<0.01);c.与 GPER1-KO 组相比,GPER1-KO-SE 1 d、3 d、7d 和 14 d组F/G-actin 比值均降低(P<0.01);d.与 WT-SE 各时间点组比较,GPER1-KO-SE 1 d、3 d 组 F/G-actin 比值下降显著(P<0.05),GPER1-KO-SE 14 d 组 F/G-actin 比值上升(P<0.05)。结论1.GPER1-KO加重癫痫大鼠再认记忆的损伤。2.GPER1-KO使癫痫后海马神经元损伤加重,MFS增多,树突复杂性降低,影响了树突棘和突触成熟,进而改变了癫痫大鼠突触可塑性。3.GPER1-KO可能通过激活Rho-ROCK2通路使海马F-actin的聚合降低,解聚增加,不成熟的树突棘和突触形成增加,影响癫痫大鼠海马突触可塑性变化。
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