ZNT7在神經系統(tǒng)內的表達以及鋅缺乏影響海馬學習記憶功能的機制.pdf

1、鋅是機體必需的微量元素，廣泛存在與神經系統(tǒng)中參與許多生物學功能。中樞神經系統(tǒng)中大約85％的鋅離子與蛋白質等大分子結合或作為許多酶的輔酶，少部分游離鋅離子存在于鋅能神經元(zinc—enriched neurons，ZEN)的突觸小泡內。采用鋅熒光染色技術如zinquin和TSQ熒光染色技術或組織化學技術如Timm染色或金屬自顯影技術(autometallography，AMG)能夠將鋅離子準確定位。 鋅離子不能自由通過細胞膜，特

2、定的轉運體和膜通道參與鋅離子的跨膜轉運和代謝。鋅轉運體(zinc transporter，ZNT)是參與腦鋅代謝的重要蛋白家族之一，目前已知該家族擁有8個成員，即ZNT1—8。ZNT為一組結構和功能相近的蛋白質，均具有六個跨膜區(qū)域并且有一個區(qū)域含有豐富的組氨酸，為鋅離子的結合位點，ZNT的主要功能是將鋅離子轉運出細胞或聚集在細胞器內，其中ZNT7是一個分子量為42 kDa的膜蛋白，定位于高爾基復合體內，參與鋅離子在高爾基復合體內的聚集和

3、含鋅蛋白質的加工和組裝，是維持神經系統(tǒng)鋅穩(wěn)態(tài)的重要ZNT之一。研究表明ZNT7存在于神經系統(tǒng)的大腦和脊髓等，本研究則進一步對ZNT7在小腦和交感神經節(jié)的分布和表達進行了詳細地研究。 海馬是產生長時程記憶和短時程記憶的關鍵腦區(qū)，是記憶編碼、整理和檢索的樞紐。在海馬齒狀回和CA3區(qū)大量的游離鋅離子存在于苔蘚纖維的突觸小泡內。在突觸興奮過程中，鋅離子釋放到突觸間隙內，作為神經調質調節(jié)突觸后膜受體的功能；同時鋅離子還能進入突觸后神經元，

4、參與海馬學習記憶通路的調節(jié)。研究表明鋅缺乏能夠減少海馬鋅離子聚集，并引起學習記憶功能的損傷，但到目前為止鋅缺乏影響海馬學習記憶的具體機制還不十分清楚。海馬神經元死亡和再生與突觸可塑性的形成密切相關，成年哺乳動物海馬齒狀回是神經干細胞的重要區(qū)域之一，齒狀回顆粒細胞下層的神經干細胞能夠分化為神經元，新生的神經元移行入顆粒細胞層并發(fā)出苔蘚纖維參與海馬的突觸環(huán)路的形成，但鋅缺乏是否通過影響神經干細胞分化以及促進神經元凋亡導致學習記憶功能損傷還不

5、十分清楚。此外，海馬長時程增強(long-Term potentiation，LTP)與大腦的學習記憶功能密切相關，大量文獻報道細胞內CaM—CaMKⅡ—CREB信號轉導通路參與LTP的形成，令人感興趣的是，目前已經證實在苔蘚纖維—CA3的突觸通路中，鋅能神經元軸突終末釋放的內源性鋅離子是誘導LTP形成的重要因素，鋅缺乏是否通過影響CaM—CaMKⅡ—CREB通路蛋白的表達進而影響學習記憶功能尚未見報道。 本研究應用形態(tài)學和分子

6、生物學技術，對鋅離子和ZNT7在CD—1小鼠神經系統(tǒng)內的定位分布和表達、鋅缺乏對海馬神經干細胞的增殖分化以及CaM—CaMKⅡ—CREB通路蛋白的影響進行系統(tǒng)分析，為深入探討鋅缺乏導致腦鋅代謝紊亂及其影響海馬神經元學習記憶功能的機制奠定基礎。 實驗方法： 選取3周齡CD—1雄性小鼠飼以低鋅飼料(鋅：0.85mg/kg，AIN—76A，美國Research Diets)，建立鋅缺乏動物模型，同周齡小鼠飼以適鋅飼料作為對照組

7、。 應用金屬自顯影AMG技術檢測CD—1小鼠神經系統(tǒng)內游離鋅離子的分布；應用免疫組織化學、免疫熒光雙標和激光共聚焦掃描顯微技術檢測ZNT7在CD—1小鼠神經系統(tǒng)內的定位分布及其與鋅離子的關系；應用AMG和TSQ熒光染色技術檢測鋅缺乏CD—1小鼠海馬游離鋅離子的表達變化；應用免疫組織化學、免疫熒光雙標和激光共聚焦掃描顯微技術分析鋅缺乏小鼠海馬神經干細胞的增殖和分化；應用Western blot技術及TUNEL染色對鋅缺乏影響神經細

8、胞死亡的機制進行分析；應用Western blot技術分析鋅缺乏CD—1小鼠海馬學習記憶通路蛋白的表達變化。 結論： 1、CD—1小鼠神經系統(tǒng)中富含ZNT7蛋白，ZNT7參與鋅離子在高爾基復合體內的聚集。 2、鋅缺乏導致生長發(fā)育遲緩并降低發(fā)育期小鼠海馬內鋅含量。 3、鋅缺乏降低海馬神經干細胞的增殖分化能力并促進神經元死亡，可能是鋅缺乏影響學習記憶能力的原因之一。 4、鋅缺乏抑制海馬CaM—CaMK