長期鎂補充恢復成年小鼠的視覺可塑性.pdf

1、眼優(yōu)勢可塑性是指視覺經驗的改變可以誘發(fā)出初級視皮層中神經元的眼優(yōu)勢發(fā)生偏移的現象，反映了大腦的可塑能力。這種能力在發(fā)育早期的關鍵期內達到峰值，之后則逐漸降低?？伤苄缘南擞欣谏窠洯h(huán)路的穩(wěn)定，但同時也限制了成年后許多大腦疾病的治療。因此，如何提高成年動物的可塑性成為當今科學研究的熱點問題。鎂離子作為生物體最為常見的元素之一，參與多種生理過程，如酶反應，能量代謝等。最近的研究發(fā)現，長期提高大腦中胞外鎂離子含量可以有效地增加嚙齒類動物海馬和

2、前額葉皮層中的突觸可塑性。然而，長期的鎂補充對于成年小鼠視覺可塑性的影響并不清楚。皮層中興奮抑制平衡的建立被認為是限制可塑性的主要功能性障礙，通過降低皮層內的抑制水平來調整該平衡幾乎成為恢復成年動物視覺可塑性的必經之路。因此，抑制水平的降低對于恢復可塑性的重要性有待于進一步的考證。另外，在發(fā)育過程中NMDA(N-methyl-D-asparticacid)受體的亞基組成由NR2B主導轉換為NR2A主導的過程伴隨著關鍵期的關閉，而這兩種亞

3、基在恢復可塑性過程中的貢獻也尚不明了。
　　針對以上問題，通過單細胞記錄結合視覺誘發(fā)電位慢性記錄的手段檢測了長期的鎂補充對于成年小鼠眼優(yōu)勢可塑性的影響。同時，對視皮層第2/3層的椎體神經元進行了全細胞記錄，研究了正常的發(fā)育過程以及鎂補充對基礎的突觸反應特性的影響。通過緩釋微泵向初級視皮層局部地施加NR2A和NR2B的拮抗劑，分辨了這兩種亞基在恢復視覺可塑性中的作用。利用Westernblot，免疫組化，Golgi染色以及在體電生理

4、技術對參與可塑性恢復的分子機制進行了詳細的研究。除此之外，還通過行為學測試結合在體電生理技術研究了成年弱視小鼠的視覺功能。發(fā)現:
　　a)短期（4天）的單眼縫合并不能夠改變成年小鼠視皮層的對側眼優(yōu)勢。然而，在成年小鼠接受一個月的鎂補充之后，眼優(yōu)勢明顯地偏向于同側的未縫合眼。視覺誘發(fā)電位的慢性記錄結果進一步顯示，眼優(yōu)勢的偏移是由縫合眼誘發(fā)的皮層反應的下降介導的，暗示著鎂補充可以恢復成年動物幼年樣的視覺可塑性。
　　b)與處于關

5、鍵期的幼年小鼠相比，成年小鼠的興奮性突觸傳遞相對較低，而抑制性突觸傳遞則相對較高，表明皮層內興奮水平和抑制水平的比值隨發(fā)育逐漸降低。然而，鎂補充可以反轉上述過程，促進突觸反應特性的再年輕化。同時，鎂補充還可以增加視皮層第2/3層椎體神經元上樹突棘的密度，說明功能性興奮性突觸連接的增多，從而為可塑性的恢復提供結構基礎。
　　c)鎂補充可以顯著地增加成年小鼠視皮層中NR2A和NR2B的蛋白表達水平。在縫眼期間施加NR2B的拮抗劑Ro2

6、5-6981可以完全地阻遏可塑性的恢復，而施加NR2A的拮抗劑PPPA或者TCN201卻對該可塑性沒有影響。為了進一步排除NR2B只參與可塑性的表達而不是恢復過程，成年小鼠在縫眼之前同時接受鎂補充和NR2B拮抗劑的施加，2周后移除這兩種處理。與只接受鎂補充的小鼠相比，Ro25-6981同樣可以顯著地減少單眼縫合后眼優(yōu)勢的偏移。這些結果說明NR2B對成年可塑性的恢復至關重要。
　　d)一些抑制相關分子，如谷氨酸脫羧酶65，谷氨酸脫羧

7、酶67、腦源性神經營養(yǎng)因子和神經元外周網絡的蛋白表達水平均不受鎂補充的影響，說明抑制系統(tǒng)并不是鎂補充的主要靶位點。然而，通過側腦室注射GABAA受體的激動劑地西泮來增加皮層內的抑制水平可以阻遏鎂補充恢復的可塑性。
　　e)GABA合成酶的抑制劑MPA介導的降低抑制水平恢復的可塑性并不受NR2B的拮抗劑Ro25-6981的影響，暗示著鎂補充通過一條不同于抑制相關的分子通路來介導可塑性的恢復。
　　f)長期的鎂補充結合2周的反向

8、縫合可以誘發(fā)出弱視小鼠視皮層中幼年樣的皮層變化，從而促進受損的視銳度和眼優(yōu)勢的恢復。
　　總而言之，發(fā)現長期的鎂補充可以有效地增強成年小鼠初級視皮層中依賴于NR2B的眼優(yōu)勢可塑性，這一過程并沒有顯著地降低視皮層中的抑制水平，說明抑制水平的下降并不是恢復可塑性必經的途徑。同時，也對可塑性的功能性假說進行了補充，并從一個全新的角度證實皮層內的興奮抑制平衡對于維持神經環(huán)路穩(wěn)定的重要性。另外，還發(fā)現通過降低視皮層中的GABA能抑制水平所恢

9、復的可塑性并不需要NR2B的參與，這意味著存在兩種不同的分子通路參與可塑性的恢復:(1)通過直接降低皮層內的抑制水平恢復的可塑性，這一過程不需要NR2B的參與，(2)依賴于NR2B的活性，可能是通過上調皮層中的谷氨酸能興奮水平來實現的。更重要的是，鎂補充可以促進成年小鼠視皮層的神經和突觸反應特性的再年輕化，這將有利于弱視小鼠視覺功能的恢復。因此，研究結果不僅有利于人類更進一步地了解視覺系統(tǒng)的發(fā)育成熟過程，并為以可塑性為基礎的多種大腦疾病