突触可塑性及行为学相关的离子通道和信号传导通路及其他相关因素的研究

研究背景 突触是神经元与神经元之间发生“对话”的窗口,也是神经冲动传递的关键部位,突触可塑性是指突触间连接强度可调节的特性,突触可塑性被认为是构成学习和记忆的重要神经化学基础。神经元的形态及其的突触结构和数量的变化都会影响突触可塑性,进而影响学习和记忆能力。 瞬时受体电势C (Transient receptor potential canonical TRPC)通道蛋白是细胞膜上一种非选择性阳离子通道。这些通道广泛存在于哺乳动物的各种细胞中,担负着多种生理功能。其中的成员TRPC3和TRPC6对神经元存活具有重要作用,有研究证明TRPC6离子通道开放后引起Ca2+内流可以激活CaMKIV,再通过下游cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)来调控相关靶基因的表达,从而促进神经元树突棘密度的增加；开放TRPC5引起细胞外钙离子内流,通过激活下游的CaKII a抑制海马神经元树突生长发育。可见TRPC3,5,6都会影响神经元的形态。 Notch受体介导的信号通路是一条高度保守性的信号通路,不仅在神经系统发育过程中起重要作用,许多研究显示在成熟个体中Notch信号通路在很大程度上会影响神经元的形态,包括神经元突起的密度,数目,突起的长度等等,有研究人员猜测这可能是因为Notch通路影响了肌动蛋白与细胞骨架,从以上可以看出Notch信号通路对中枢神经系统有如此深刻的影响。 目的： 1.观察抑郁模型中TRPC3, TRPC5, TRPC6离子通道表达的变化,及其 对大鼠空间认知能力和海马长时程增强(LTP)的影响及可能机制。 2.观察Notch1信号通路对小鼠行为学及电生理实验的影响。 材料与方法 1.将正常雄性Wistar大鼠分为三组：对照组、应激组、hyperforin治疗组。采用慢性不可预见性刺激方法建立抑郁模型。建模一周后对hyperforin治疗组使用hyperforin灌胃治疗,连续治疗3周。 I.使用Morris水迷宫实验和旷场实验来进行行为学检验。 II.记录海马中PP-DG单突触通路的长时程增强(LTP),用来评价抑郁状态中 突触可塑性的改变。 III.使用酶联免疫试剂盒检测海马组织及脑脊液中单胺类神经递质的浓度变化(5-HT&DA)。 IV.用Western blot方法检测海马组织内TRPC3,5,6的表达是否有变化。 V.用DiI染色和高尔基染色来检测海马神经元形态是否改变,用免疫荧光方法检测PSD-95的表达,来观察突触的数量。 2。野生型C57小鼠和Notch1敲低基因的C57小鼠各12只,进行Morris水迷宫,高架十字迷宫,旷场实验等行为学实验,之后进行LTP的记录,用免疫荧光手段和组织学染色方法检测神经元形态和再生状态。 结果： 1.水迷宫实验中,应激组大鼠学习的灵活性下降,空间记忆能力也部分受损,hyperforin治疗组大鼠有所改善。旷场实验结果显示应激组和hyperforin治疗组的自发活动都比对照组要差,但是焦虑度的检测显示hyperforin治疗组较应激组有所改善。 2.LTP实验显示,应激组大鼠的场兴奋性突触后电位(fEPSP)的斜率的增加幅度较对照组低,hyperforin治疗组的大鼠可改善这一现象,但是对照组相比,仍具有统计学差异。 3.应激组大鼠脑脊液中单胺类神经递质含量显著降低,而hyperforin治疗可显著提高单胺类递质的含量,但仍低于正常对照组。 4. Western blot实验结果显示TRPC3,TRPC6在应激组和hyperforin治疗组表达下降,但是hyperforin治疗后可以较应激组表达上调,TRPC5在应激组表达有上升趋势,但是这种变化没有统计学差异。 5.Dil染色和高尔基染色显示应激组大鼠海马神经元的突起长度和密度都较对照组下降,而hyperforin治疗组较应激组有所改善 6.行为学检测显示和野生型C57小鼠相比,Notch1敲低组小鼠的空间学习能力下降,自发活动下降,焦虑度没有明显变化。LTP实验结果中兴奋性突触后电位的斜率的增加幅度较野生型组低,组织学染色发现Notch1敲低组小鼠海马神经元的树突的长度和密度都要低于野生型。 结论： 1.慢性不可预知性刺激可引起大鼠的空间学习和认知能力的下降,同时自发活动减少,焦虑度增加,海马中PP-DG通路的突触可塑性受损,其可能机制可能是跟海马神经元的形态学改变和脑内单胺类神经递质浓度的改变有关,而这种变化可能和海马中各TRPC离子通道的表达量失去平衡有关。 2.Notch1可以影响海马神经元的形态及突触可塑性,进而影响动物的行为表现,包括空间认知能力和焦虑度改变。