水通道蛋白-4敲除對小鼠海馬依賴性學(xué)習(xí)記憶和突觸傳遞長時程抑制的影響及機(jī)制.pdf

1、第一部分:水通道蛋白-4敲除對小鼠海馬依賴性學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性的影響
　　目的:在中樞神經(jīng)系統(tǒng),星形膠質(zhì)細(xì)胞參與調(diào)節(jié)神經(jīng)元的活性及功能,并在信號傳導(dǎo)和處理、突觸可塑性以及學(xué)習(xí)記憶等方面發(fā)揮重要的作用。水通道蛋白-4(aquaporins-4,AQ P-4)為水通道蛋白家族的一種,廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng),并主要表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞膜。AQ P-4在調(diào)節(jié)水穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞微環(huán)境以及腦體積等方面均發(fā)揮著重要的作用。此外,研究表明AQP-4也參

2、與調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能。但是目前就AQ P-4是否參與調(diào)節(jié)海馬區(qū)突觸可塑性以及相關(guān)學(xué)習(xí)記憶的研究甚少。因此,本文以AQP-4基因敲除鼠(knockout,KO)為研究對象,探討AQ P-4敲除對中樞神經(jīng)系統(tǒng)中海馬區(qū)的突觸可塑性以及海馬區(qū)依賴的學(xué)習(xí)記憶的影響及機(jī)制。
　　方法:采用急性離體腦片胞外場電位記錄和腦片鉗記錄的方法分別記錄AQ P-4野生型(wild type,WT)小鼠和KO小鼠海馬區(qū)CA3-CA1通路的場興奮性突觸后

3、電位(field excitatory postsynaptic potentials,fEPSPs)和興奮性突觸后電流(excitatory postsynaptic currents,EPSCs);采用新物體認(rèn)知(novel object recognition,NOR)和條件恐懼記憶(fear conditioning)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)觀察AQ P-4敲除對小鼠海馬區(qū)依賴的學(xué)習(xí)記憶以及相關(guān)情感記憶行為的影響。電生理結(jié)果采用雙因素方差分析

4、(ANOVA)結(jié)合Bonferroniposthoctest檢驗(yàn)分析,行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Student’stest檢驗(yàn)分析方法。
　　結(jié)果:AQ P-4敲除損傷海馬區(qū)依賴的新物體認(rèn)知能力,在訓(xùn)練后90min和24h檢測發(fā)現(xiàn)AQ P-4 KO鼠探索新物體時間顯著減少,認(rèn)知指數(shù)較AQ P-4WT鼠顯著下降。此外,在條件恐懼行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中,與WT鼠相比,KO鼠在恐懼記憶遺忘訓(xùn)練后24h、72h和120h時間

5、點(diǎn)僵直率顯著下降,但AQ P-4敲除不影響小鼠痛閾。AQ P-4敲除易化CA3-CA1通路的長時程抑制(long-term depression,LTD),但不影響其基礎(chǔ)突觸功能和傳遞;AQ P-4敲除引起的突觸可塑性改變涉及突觸后機(jī)制。AQ P-4敲除易化NMDA受體(N-methyl-D-aspartatereceptor,NMDAR)依賴的LTD(NMDAR-dependent LTD),不影響代謝性谷氨酸受體依賴的LTD(mGl

6、uR-dependent LTD)。此外,AQP-4敲除可選擇性地增加NMDA受體介導(dǎo)的興奮性突觸后電流(EPSCs),不改變AMPA受體(α-mino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate receptor,AMPAR)介導(dǎo)的EPSCs幅度。
　　結(jié)論:AQP-4敲除損傷小鼠海馬區(qū)依賴的新物體認(rèn)知能力,促進(jìn)恐懼記憶的消散,易化海馬區(qū)CA3-CA1通路NMDA受體依賴的LTD。
　

7、　第二部分:突觸和突觸外NMDA受體在水通道蛋白-4敲除所致小鼠學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性改變中的作用
　　目的:突觸可塑性是學(xué)習(xí)記憶的分子生物學(xué)基礎(chǔ),其主要表現(xiàn)形式是LTP和LTD。大量研究表明,LTP與學(xué)習(xí)記憶的獲得和形成相關(guān),而LTD與學(xué)習(xí)記憶的整合和遺忘相關(guān)。海馬區(qū)NMDA受體是參與調(diào)節(jié)突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶的核心分子,其不同亞型在調(diào)節(jié)突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶過程中發(fā)揮著不同的作用。NMDA受體除了表達(dá)于突觸后致密區(qū)(postsyna

8、ptic density,PSD),還分布于突觸前膜以及PSD的周圍或非突觸膜上。其中位于突觸外的NR2B-NMDA受體參與調(diào)節(jié)LTD的產(chǎn)生,而位于突觸的NR2A-NMDA受體則參與調(diào)節(jié)LTP的誘發(fā)。因此,本實(shí)驗(yàn)研究突觸和突觸外NMDA受體在AQ P-4敲除所誘導(dǎo)的海馬區(qū)依賴突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶行為變化中的作用和機(jī)制。
　　方法:采用急性離體腦片胞外場電位記錄和腦片鉗記錄的方法研究NR2A-NMDA受體和NR2B-NMDA受體對小

9、鼠海馬LTD的影響和機(jī)制,并采用新物體認(rèn)知行為學(xué)實(shí)驗(yàn)和條件恐懼記憶行為學(xué)實(shí)驗(yàn)觀察NR2A-NMDA受體和NR2B-NMDA受體在AQP-4敲除所導(dǎo)致的小鼠海馬區(qū)依賴的學(xué)習(xí)記憶行為改變中的作用和機(jī)制。電生理結(jié)果采用雙因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Bonferroni post hoc test檢驗(yàn)分析,行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Student’s test檢驗(yàn)分析方法。
　　結(jié)果:AQ P-4敲除易化LTD為

10、NR2B-NMDA受體依賴的LTD,NR2B受體選擇性阻斷劑ifenprodil(3μM)和Ro256981(1μM)阻斷AQP-4WT小鼠和KO小鼠LTD的誘發(fā),NR2A受體選擇性抑制劑PEAQX(0.4μM)無上述作用。突觸外NR2B受體阻斷劑HA966(500μM)拮抗AQP-4KO對LTD的易化作用。AQP-4KO選擇性增加NR2B-NMDA受體介導(dǎo)的EPSCs。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),NR2B-NMDAR參與AQP-4KO所引起的新物

11、體認(rèn)知能力損傷,NR2A-NMDAR則無此作用。在遺忘訓(xùn)練前給予NR2B-NMDA受體阻斷劑ifenprodil(3mg/kg)和突觸外NR2B受體阻斷劑HA966(2.5mg/kg)可拮抗AQP-4KO導(dǎo)致的恐懼記憶消散的易化,而給予NR2A受體阻斷劑PEAQX(5mg/kg)對小鼠恐懼記憶的遺忘無影響。
　　結(jié)論:AQ P-4敲除通過增強(qiáng)突觸外NMDA受體的功能,易化海馬區(qū)CA3-CA1通路NMDA受體依賴的LTD,從而損傷小