長期鎂補充恢復(fù)成年小鼠的視覺可塑性.pdf

1、眼優(yōu)勢可塑性是指視覺經(jīng)驗的改變可以誘發(fā)出初級視皮層中神經(jīng)元的眼優(yōu)勢發(fā)生偏移的現(xiàn)象，反映了大腦的可塑能力。這種能力在發(fā)育早期的關(guān)鍵期內(nèi)達(dá)到峰值，之后則逐漸降低。可塑性的消退有利于神經(jīng)環(huán)路的穩(wěn)定，但同時也限制了成年后許多大腦疾病的治療。因此，如何提高成年動物的可塑性成為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點問題。鎂離子作為生物體最為常見的元素之一，參與多種生理過程，如酶反應(yīng)，能量代謝等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，長期提高大腦中胞外鎂離子含量可以有效地增加嚙齒類動物海馬和

2、前額葉皮層中的突觸可塑性。然而，長期的鎂補充對于成年小鼠視覺可塑性的影響并不清楚。皮層中興奮抑制平衡的建立被認(rèn)為是限制可塑性的主要功能性障礙，通過降低皮層內(nèi)的抑制水平來調(diào)整該平衡幾乎成為恢復(fù)成年動物視覺可塑性的必經(jīng)之路。因此，抑制水平的降低對于恢復(fù)可塑性的重要性有待于進(jìn)一步的考證。另外，在發(fā)育過程中NMDA(N-methyl-D-asparticacid)受體的亞基組成由NR2B主導(dǎo)轉(zhuǎn)換為NR2A主導(dǎo)的過程伴隨著關(guān)鍵期的關(guān)閉，而這兩種亞

3、基在恢復(fù)可塑性過程中的貢獻(xiàn)也尚不明了。
　　針對以上問題，通過單細(xì)胞記錄結(jié)合視覺誘發(fā)電位慢性記錄的手段檢測了長期的鎂補充對于成年小鼠眼優(yōu)勢可塑性的影響。同時，對視皮層第2/3層的椎體神經(jīng)元進(jìn)行了全細(xì)胞記錄，研究了正常的發(fā)育過程以及鎂補充對基礎(chǔ)的突觸反應(yīng)特性的影響。通過緩釋微泵向初級視皮層局部地施加NR2A和NR2B的拮抗劑，分辨了這兩種亞基在恢復(fù)視覺可塑性中的作用。利用Westernblot，免疫組化，Golgi染色以及在體電生理

4、技術(shù)對參與可塑性恢復(fù)的分子機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。除此之外，還通過行為學(xué)測試結(jié)合在體電生理技術(shù)研究了成年弱視小鼠的視覺功能。發(fā)現(xiàn):
　　a)短期（4天）的單眼縫合并不能夠改變成年小鼠視皮層的對側(cè)眼優(yōu)勢。然而，在成年小鼠接受一個月的鎂補充之后，眼優(yōu)勢明顯地偏向于同側(cè)的未縫合眼。視覺誘發(fā)電位的慢性記錄結(jié)果進(jìn)一步顯示，眼優(yōu)勢的偏移是由縫合眼誘發(fā)的皮層反應(yīng)的下降介導(dǎo)的，暗示著鎂補充可以恢復(fù)成年動物幼年樣的視覺可塑性。
　　b)與處于關(guān)

5、鍵期的幼年小鼠相比，成年小鼠的興奮性突觸傳遞相對較低，而抑制性突觸傳遞則相對較高，表明皮層內(nèi)興奮水平和抑制水平的比值隨發(fā)育逐漸降低。然而，鎂補充可以反轉(zhuǎn)上述過程，促進(jìn)突觸反應(yīng)特性的再年輕化。同時，鎂補充還可以增加視皮層第2/3層椎體神經(jīng)元上樹突棘的密度，說明功能性興奮性突觸連接的增多，從而為可塑性的恢復(fù)提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
　　c)鎂補充可以顯著地增加成年小鼠視皮層中NR2A和NR2B的蛋白表達(dá)水平。在縫眼期間施加NR2B的拮抗劑Ro2

6、5-6981可以完全地阻遏可塑性的恢復(fù)，而施加NR2A的拮抗劑PPPA或者TCN201卻對該可塑性沒有影響。為了進(jìn)一步排除NR2B只參與可塑性的表達(dá)而不是恢復(fù)過程，成年小鼠在縫眼之前同時接受鎂補充和NR2B拮抗劑的施加，2周后移除這兩種處理。與只接受鎂補充的小鼠相比，Ro25-6981同樣可以顯著地減少單眼縫合后眼優(yōu)勢的偏移。這些結(jié)果說明NR2B對成年可塑性的恢復(fù)至關(guān)重要。
　　d)一些抑制相關(guān)分子，如谷氨酸脫羧酶65，谷氨酸脫羧

7、酶67、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)元外周網(wǎng)絡(luò)的蛋白表達(dá)水平均不受鎂補充的影響，說明抑制系統(tǒng)并不是鎂補充的主要靶位點。然而，通過側(cè)腦室注射GABAA受體的激動劑地西泮來增加皮層內(nèi)的抑制水平可以阻遏鎂補充恢復(fù)的可塑性。
　　e)GABA合成酶的抑制劑MPA介導(dǎo)的降低抑制水平恢復(fù)的可塑性并不受NR2B的拮抗劑Ro25-6981的影響，暗示著鎂補充通過一條不同于抑制相關(guān)的分子通路來介導(dǎo)可塑性的恢復(fù)。
　　f)長期的鎂補充結(jié)合2周的反向

8、縫合可以誘發(fā)出弱視小鼠視皮層中幼年樣的皮層變化，從而促進(jìn)受損的視銳度和眼優(yōu)勢的恢復(fù)。
　　總而言之，發(fā)現(xiàn)長期的鎂補充可以有效地增強成年小鼠初級視皮層中依賴于NR2B的眼優(yōu)勢可塑性，這一過程并沒有顯著地降低視皮層中的抑制水平，說明抑制水平的下降并不是恢復(fù)可塑性必經(jīng)的途徑。同時，也對可塑性的功能性假說進(jìn)行了補充，并從一個全新的角度證實皮層內(nèi)的興奮抑制平衡對于維持神經(jīng)環(huán)路穩(wěn)定的重要性。另外，還發(fā)現(xiàn)通過降低視皮層中的GABA能抑制水平所恢

9、復(fù)的可塑性并不需要NR2B的參與，這意味著存在兩種不同的分子通路參與可塑性的恢復(fù):(1)通過直接降低皮層內(nèi)的抑制水平恢復(fù)的可塑性，這一過程不需要NR2B的參與，(2)依賴于NR2B的活性，可能是通過上調(diào)皮層中的谷氨酸能興奮水平來實現(xiàn)的。更重要的是，鎂補充可以促進(jìn)成年小鼠視皮層的神經(jīng)和突觸反應(yīng)特性的再年輕化，這將有利于弱視小鼠視覺功能的恢復(fù)。因此，研究結(jié)果不僅有利于人類更進(jìn)一步地了解視覺系統(tǒng)的發(fā)育成熟過程，并為以可塑性為基礎(chǔ)的多種大腦疾病