早期豐富環(huán)境誘導中樞聽覺功能可塑性的細胞分子機制.pdf

1、出生后腦的結(jié)構(gòu)和功能經(jīng)歷一個不斷發(fā)育、成熟過程,環(huán)境、經(jīng)驗在腦的發(fā)育和可塑性中扮演重要角色。生后早期經(jīng)驗一依賴發(fā)育可塑性是感覺神經(jīng)系統(tǒng)研究的重要領(lǐng)域。特別是豐富環(huán)境誘導腦可塑性引起人們的關(guān)注,它不僅具有重要理論意義,且被認為有廣泛、潛在的應(yīng)用前景。本論文以生后早期豐富環(huán)境暴露動物為模型,采用聲源-方位分辨行為,在體和離體腦片細胞外記錄以及分子生物學等技術(shù),在行為、突觸傳遞、細胞和分子的不同水平上,研究了生后早期豐富環(huán)境暴露對大鼠聽覺功能

2、發(fā)育可塑性的影響,及其可能的細胞分子機制。
　　 論文主要包括以下三個部分:
　　 一、早期豐富環(huán)境暴露增強大鼠聽空間方位分辨行為和聽皮層神經(jīng)元聽空間敏感性實驗在12只生后早期豐富環(huán)境暴露動物(EE動物)和11只正常環(huán)境飼養(yǎng)的對照動物(CON動物)上進行。自大鼠出生后第7天(P7),將其置于豐富環(huán)境(enriched environment,EE)中飼養(yǎng),直至成年(P56),之后,分別進行行為學和電生理學實驗。對照動物為

3、正常環(huán)境飼養(yǎng)的同齡大鼠。聲源-方位分辨(sound-azimuth discrimination)行為測試結(jié)果顯示,經(jīng)過豐富環(huán)境暴露的動物,聽空間敏感性(auditory spatial sensitivity)較對照動物明顯提高。在完成聲源-方位分辨作業(yè)中表現(xiàn)為,正確率(percent correct)提高,反應(yīng)時(reaction time)縮短,水平方位角度分辨偏差(azimuth deviation)減小。電生理學實驗結(jié)果顯示,

4、初級聽皮層神經(jīng)元頻率調(diào)諧曲線(frequency tuningcurve)和水平方位選擇性曲線(azimuth selective curve)明顯銳化,神經(jīng)元的聽空間感受野(auditory spatial receptive field)明顯縮小。我們推測,生后發(fā)育關(guān)鍵期內(nèi),豐富環(huán)境暴露促進了神經(jīng)回路的發(fā)育、成熟,顯著地提高了聽皮層神經(jīng)元的聽空間敏感性。這一效應(yīng)的產(chǎn)生很可能是通過調(diào)節(jié)相關(guān)興奮性和抑制性神經(jīng)回路的發(fā)育平衡實現(xiàn)的。

5、>　　 二、早期豐富環(huán)境暴露增強大鼠聽空間敏感性的細胞分子機制實驗采用分子生物學蛋白免疫印跡(western blotting)技術(shù)和離體腦片記錄方法,研究了早期豐富環(huán)境暴露誘導大鼠聽空間敏感性增強的細胞分子機制。免疫印跡檢測結(jié)果表明,生后早期豐富環(huán)境暴露,可明顯上調(diào)聽皮層NMDA受體NR1、NR2A、NR2B亞單位和AMPA受體GluR2亞單位蛋白質(zhì)的表達；抑制性GABAA受體α1、β3亞單位表達；NR2A/NR2B以及GABAAα

6、1/α3表達比值顯著提高。中腦下丘的檢測結(jié)果顯示,NR1、NR2A、NR2B、GluR2、GABAAα1和GABAAβ3的表達也都明顯上調(diào),呈現(xiàn)與聽皮層相一致的表達變化趨勢。離體腦片LTP記錄結(jié)果顯示,早期豐富環(huán)境暴露,明顯提高了刺激白質(zhì)(white matter,WM)所誘導的聽皮層Ⅱ/Ⅲ層(layersⅡ/Ⅲ)LTP幅度,在相同濃度的NMDA受體拮抗劑APV(D-2-amino-5-phosphono-valeric acid)和A

7、MPA受體拮抗劑DNQX(6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione)作用下,EE動物LTP被抑制的幅度明顯小于CON組和PE組動物。以上結(jié)果表明,生后早期豐富環(huán)境暴露可顯著地上調(diào)聽皮層興奮性和抑制性受體亞單位的表達,提高突觸傳遞的效率。提示豐富環(huán)境可能是通過影響聽覺中樞興奮性和抑制性信息傳遞系統(tǒng)發(fā)育的平衡,實現(xiàn)對聽覺功能可塑性調(diào)控的。
　　 三、早期豐富環(huán)境暴露誘導聽覺功能可塑性的保持幼年動物在生后第7天

8、(P7)開始飼養(yǎng)于豐富環(huán)境中,成年后(P56)再返回到正常環(huán)境中飼養(yǎng),至115天齡(P115)左右,分別進行行為學和電生理學和分子生物學實驗。結(jié)果顯示:1.在聲源-方位分辨作業(yè)中,與同齡對照動物相比,EE動物完成作業(yè)的正確率(percent correct)高,反應(yīng)時(reaction time)和方位分辨偏差(azimuth deviation)??；2.聽皮層神經(jīng)元頻率調(diào)諧曲線(frequency tuning curve)和水平方位

9、選擇性曲線(azimuth selective curve)明顯銳化,水平方位調(diào)諧深度(azimuth tuning depth)增加,聽空間感受野(auditory spatial receptive field)縮??；3.聽皮層抑制性GABAA受體α1、β3亞單位,GABAAα1/GABAAα3表達比值顯著增加；興奮性NMDA受體NR1、NR2A、NR2B和AMPA受體GluR2亞單位蛋白的表達量均有不同程度的上調(diào)。結(jié)果提示,聽覺中