在體大鼠海馬CA1區(qū)長時程壓抑（LTD）的誘導及β淀粉樣蛋白片段對其調(diào)制作用的電生理研究.pdf

1、阿爾茨海默病(Alzheimer’sdisease，AD)是一種不可逆的原發(fā)性神經(jīng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為進行性學習和記憶功能的障礙。AD的主要病理特征為：腦內(nèi)出現(xiàn)高密度的老年斑(senileplaque，SP)和神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillarytangles，NFT)以及神經(jīng)元喪失等。據(jù)分析，SP的主要成分是由39-42個氨基酸構(gòu)成的淀粉樣β蛋白(amyloid-betaprotein，AβP)。迄今為止，關(guān)于AβP的神經(jīng)

2、毒性作用已有廣泛報導。離體神經(jīng)細胞培養(yǎng)實驗表明，AβP預處理可導致細胞凋亡；在體行為學實驗證實，腦內(nèi)注入AβP可引發(fā)大鼠學習、記憶功能障礙等。鑒于AβP的神經(jīng)毒性作用及其與AD發(fā)病有關(guān)，人們提出了AD發(fā)病機制的“AβP學說”。然而，AβP的神經(jīng)毒性作用機制還不完全清楚。 海馬是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中與學習和記憶關(guān)系較為密切的結(jié)構(gòu)之一，也是AD時SP聚集的主要部位。海馬的長時程增強(long-termpotentiation，LTP)和長

3、時程壓抑(long-termdepression，LTD)被認為是反映信息儲存過程中突觸可塑性的重要電生理指標。LTP是由高頻強直刺激作用于興奮性突觸前傳入通路時誘發(fā)的該突觸傳遞效率長時間增強現(xiàn)象，可能在細胞水平參與學習和記憶的形成；相反，LTD則是在類似的突觸通路中由低頻連續(xù)刺激引起的突觸傳遞效率的長時間減弱現(xiàn)象，也被認為與大腦某些形式的學習過程有關(guān)。LTD和LTP有可能同時發(fā)揮作用，調(diào)控記憶的形成。LTP強化記憶的形成，而LTD則使

4、記憶飽和，使再學習變得困難。另外LTD還是產(chǎn)生遺忘的可能原因。因此，LTP和LTD被廣泛用于學習和記憶的電生理研究。 考慮到AD時學習記憶功能的下降可能與海馬結(jié)構(gòu)的受累有關(guān)，研究AβP對海馬突觸傳遞可塑性的影響及作用機制顯得十分必要。多年來，AβP對海馬突觸傳遞的影響及作用機制的研究主要集中在它對海馬LTP的研究上，對與LTP相對應的LTD的影響和機制探討則研究甚少；而且對于在體海馬LTD的誘導條件尚存在爭議。另外，在文獻中有關(guān)

5、AβP分子氨基酸序列中活性中心的研究方面，本實驗室過去已發(fā)現(xiàn)AβP分子中的31-35片段也和它的較長的25-35片段一樣，具有類似于整個AβP分子的神經(jīng)毒性作用和對某些離子通道的調(diào)制作用，提示31-35片段可能是AβP發(fā)揮毒性作用的更小片段。AβP31-35片段是否也能影響海馬LTD?也是我們感興趣的問題。 鑒于以上原因，本實驗采用細胞外記錄的神經(jīng)電生理學方法，以大鼠在體海馬Schaffer側(cè)枝-CA1錐體細胞輻射層(schaf

6、fercollateral/stratumradiatum)這一突觸傳遞通路上誘導的興奮性突觸后場電位(fieldexcitatorypostsynapticpotential，fEPSP)的幅度改變?yōu)橹笜?，系統(tǒng)比較了各種不同參數(shù)的低頻刺激(low-frequencystimulation，LFS)引發(fā)的基礎(chǔ)fEPSP的減小，即LTD，并觀察了側(cè)腦室注射人工合成的AβP25-35和AβP31-35片段對LTD的影響，以期進一步探討AβP

7、在突觸傳遞效率方面的神經(jīng)毒性作用及其可能機制。 結(jié)果顯示：(1)在基礎(chǔ)性fEPSPs幅度保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，給予各種組合長串低頻刺激(LFS)(頻率1Hz、3Hz、5Hz或10Hz，脈沖數(shù)600或900，串數(shù)1串、2串和3串，串間隔10分鐘)后均可觀察到LTD的出現(xiàn)。例如：給予10Hz、900個脈沖的單串LFS后，fEPSP的平均幅度立即由LFS前的100％減小為83.7±2.7％(n=7)；其后1小時和2小時fEPSP幅度進一步

8、減小為80.5±3.1％和74.5±4.1％。(2)高頻刺激(HFS，200Hz，脈沖數(shù)20，重復3次，間隔30秒)可以反轉(zhuǎn)已建立的LTD。例如：HFS后，fEPSP幅度立即由LFS后2小時的74.5±4.1％增大為99.7±5.1％。(3)LFS誘導的LTD的幅度依賴于低頻刺激的脈沖數(shù)。例如：給予600個脈沖的LFS(1Hz)，2小時后平均fEPSP幅度減小為75.1±3.6％(n=6)；而給予900個脈沖的LFS(1Hz)，2小時后

9、平均fEPSP幅度為59.8±4.2％(n=6)，與600脈沖組相比，差異顯著(p＜0.05)。(4)LTD的幅度在一定范圍內(nèi)不依賴于LFS的刺激頻率。當其它條件相同僅刺激頻率不同時，如給予1Hz，3Hz，5Hz和10Hz的LFS后，fEPSP平均幅度分別為62.8±6.0％(n=6)；70.6±8.1％(n=5)；59.8±5.8％(n=6)和60.6±3.7％(n=6)，四組之間兩兩比較均無明顯統(tǒng)計學差異(p＞0.05)。說明不同頻

10、率的低頻刺激誘導的LTD無明顯差別。(5)相同摩爾濃度的AβP25-35和AβP31-35預處理增強了LTD的誘導。LFS前10分鐘，經(jīng)側(cè)腦室注射25nmolAβP25-35和AβP31-35后，LFS引起的LTD的幅度均出現(xiàn)增大。以LFS后1小時的檢測值為例，對照組fEPSP平均幅度為80.5±4.0％(n=7)，25nmolAβP25-35組和AβP31-35組分別為47.1±4.6％(n=6)和42.1±3.8％(n=5)。這兩組

11、與對照組相比均有明顯的差異(p＜0.01)，說明這兩個肽段對LFS誘導的LTD均有易化作用。但AβP25-35組和AβP31-35組相比則無明顯差異(p＞0.05)，提示這兩個肽段對LTD的易化作用無明顯差別。(6)AβP31-35和AβP25-35對LTD的易化作用具有一定的劑量依賴性。以LFS后1小時的檢測值為例，12.5nmol的AβP31-35預處理后，平均fEPSP幅度為61±4.5％(n=5)；25nmol的AβP31-35

12、注入后，fEPSP幅度進一步降低為42.1±3.8％(n=5)，兩組相比具有明顯的統(tǒng)計學差異(p＜0.05)。 以上結(jié)果表明：1～10Hz的持續(xù)的LFS能夠可靠地誘導出大鼠在體海馬CA1區(qū)LTD，且這種LTD具有可反轉(zhuǎn)性；LFS誘導的LTD在一定頻率范圍內(nèi)依賴于刺激脈沖的數(shù)量而不依賴于刺激頻率；AβP31-35，類似于AβP25-35，對LFS誘導的LTD具有類似的易化作用，且呈一定程度的劑量依賴性。以上結(jié)果為在體海馬LTD誘導

13、初步確定了有效的刺激參數(shù)，為進一步研究海馬LTD提供了有價值的基礎(chǔ)；腦室注射AβP對LTD產(chǎn)生的易化作用，則提示AβP有可能通過對海馬部位的LTP和LTD的不同效應，相反相成，促進學習和記憶能力的飽和以及加強遺忘，這有可能是導致AD患者認知功能下降和學習、記憶能力喪失的主要原因之一；AβP31-35和AβP25-35對LTD產(chǎn)生的類似的易化作用，進一步證實了我們以往的假設(shè)：31-35片段可能是AβP分子中具有主要生物活性作用的更短的序列