早期豐富環(huán)境誘導(dǎo)中樞聽覺功能可塑性的細(xì)胞分子機(jī)制.pdf

1、出生后腦的結(jié)構(gòu)和功能經(jīng)歷一個不斷發(fā)育、成熟過程,環(huán)境、經(jīng)驗在腦的發(fā)育和可塑性中扮演重要角色。生后早期經(jīng)驗一依賴發(fā)育可塑性是感覺神經(jīng)系統(tǒng)研究的重要領(lǐng)域。特別是豐富環(huán)境誘導(dǎo)腦可塑性引起人們的關(guān)注,它不僅具有重要理論意義,且被認(rèn)為有廣泛、潛在的應(yīng)用前景。本論文以生后早期豐富環(huán)境暴露動物為模型,采用聲源-方位分辨行為,在體和離體腦片細(xì)胞外記錄以及分子生物學(xué)等技術(shù),在行為、突觸傳遞、細(xì)胞和分子的不同水平上,研究了生后早期豐富環(huán)境暴露對大鼠聽覺功能

2、發(fā)育可塑性的影響,及其可能的細(xì)胞分子機(jī)制。
　　 論文主要包括以下三個部分:
　　 一、早期豐富環(huán)境暴露增強(qiáng)大鼠聽空間方位分辨行為和聽皮層神經(jīng)元聽空間敏感性實驗在12只生后早期豐富環(huán)境暴露動物(EE動物)和11只正常環(huán)境飼養(yǎng)的對照動物(CON動物)上進(jìn)行。自大鼠出生后第7天(P7),將其置于豐富環(huán)境(enriched environment,EE)中飼養(yǎng),直至成年(P56),之后,分別進(jìn)行行為學(xué)和電生理學(xué)實驗。對照動物為

3、正常環(huán)境飼養(yǎng)的同齡大鼠。聲源-方位分辨(sound-azimuth discrimination)行為測試結(jié)果顯示,經(jīng)過豐富環(huán)境暴露的動物,聽空間敏感性(auditory spatial sensitivity)較對照動物明顯提高。在完成聲源-方位分辨作業(yè)中表現(xiàn)為,正確率(percent correct)提高,反應(yīng)時(reaction time)縮短,水平方位角度分辨偏差(azimuth deviation)減小。電生理學(xué)實驗結(jié)果顯示,

4、初級聽皮層神經(jīng)元頻率調(diào)諧曲線(frequency tuningcurve)和水平方位選擇性曲線(azimuth selective curve)明顯銳化,神經(jīng)元的聽空間感受野(auditory spatial receptive field)明顯縮小。我們推測,生后發(fā)育關(guān)鍵期內(nèi),豐富環(huán)境暴露促進(jìn)了神經(jīng)回路的發(fā)育、成熟,顯著地提高了聽皮層神經(jīng)元的聽空間敏感性。這一效應(yīng)的產(chǎn)生很可能是通過調(diào)節(jié)相關(guān)興奮性和抑制性神經(jīng)回路的發(fā)育平衡實現(xiàn)的。

5、>　　 二、早期豐富環(huán)境暴露增強(qiáng)大鼠聽空間敏感性的細(xì)胞分子機(jī)制實驗采用分子生物學(xué)蛋白免疫印跡(western blotting)技術(shù)和離體腦片記錄方法,研究了早期豐富環(huán)境暴露誘導(dǎo)大鼠聽空間敏感性增強(qiáng)的細(xì)胞分子機(jī)制。免疫印跡檢測結(jié)果表明,生后早期豐富環(huán)境暴露,可明顯上調(diào)聽皮層NMDA受體NR1、NR2A、NR2B亞單位和AMPA受體GluR2亞單位蛋白質(zhì)的表達(dá)；抑制性GABAA受體α1、β3亞單位表達(dá)；NR2A/NR2B以及GABAAα

6、1/α3表達(dá)比值顯著提高。中腦下丘的檢測結(jié)果顯示,NR1、NR2A、NR2B、GluR2、GABAAα1和GABAAβ3的表達(dá)也都明顯上調(diào),呈現(xiàn)與聽皮層相一致的表達(dá)變化趨勢。離體腦片LTP記錄結(jié)果顯示,早期豐富環(huán)境暴露,明顯提高了刺激白質(zhì)(white matter,WM)所誘導(dǎo)的聽皮層Ⅱ/Ⅲ層(layersⅡ/Ⅲ)LTP幅度,在相同濃度的NMDA受體拮抗劑APV(D-2-amino-5-phosphono-valeric acid)和A

7、MPA受體拮抗劑DNQX(6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione)作用下,EE動物L(fēng)TP被抑制的幅度明顯小于CON組和PE組動物。以上結(jié)果表明,生后早期豐富環(huán)境暴露可顯著地上調(diào)聽皮層興奮性和抑制性受體亞單位的表達(dá),提高突觸傳遞的效率。提示豐富環(huán)境可能是通過影響聽覺中樞興奮性和抑制性信息傳遞系統(tǒng)發(fā)育的平衡,實現(xiàn)對聽覺功能可塑性調(diào)控的。
　　 三、早期豐富環(huán)境暴露誘導(dǎo)聽覺功能可塑性的保持幼年動物在生后第7天

8、(P7)開始飼養(yǎng)于豐富環(huán)境中,成年后(P56)再返回到正常環(huán)境中飼養(yǎng),至115天齡(P115)左右,分別進(jìn)行行為學(xué)和電生理學(xué)和分子生物學(xué)實驗。結(jié)果顯示:1.在聲源-方位分辨作業(yè)中,與同齡對照動物相比,EE動物完成作業(yè)的正確率(percent correct)高,反應(yīng)時(reaction time)和方位分辨偏差(azimuth deviation)小；2.聽皮層神經(jīng)元頻率調(diào)諧曲線(frequency tuning curve)和水平方位

9、選擇性曲線(azimuth selective curve)明顯銳化,水平方位調(diào)諧深度(azimuth tuning depth)增加,聽空間感受野(auditory spatial receptive field)縮?。?.聽皮層抑制性GABAA受體α1、β3亞單位,GABAAα1/GABAAα3表達(dá)比值顯著增加；興奮性NMDA受體NR1、NR2A、NR2B和AMPA受體GluR2亞單位蛋白的表達(dá)量均有不同程度的上調(diào)。結(jié)果提示,聽覺中