慢性鋁暴露對大鼠海馬LTP及MAPK-ERK生物活性的影響.pdf

1、目的：鋁是地球上含量最豐富的元素之一，鋁雖非高毒性金屬，但大量蓄積可產(chǎn)生毒性作用。國內(nèi)外許多流行病學(xué)調(diào)查和研究表明，鋁能夠?qū)е律窠?jīng)元損傷，造成學(xué)習(xí)記憶障礙。鋁還與很多神經(jīng)系統(tǒng)的疾病相關(guān)，鋁的神經(jīng)毒性作用已日益引起人們的高度重視。 學(xué)習(xí)記憶的機制是十分復(fù)雜的，海馬是學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵區(qū)域，海馬長時程增強(long-term potentiation，IXP)是NMDA受體依賴性突觸傳遞效能的持續(xù)性增強，是公認的學(xué)習(xí)記憶功能在突觸水平

2、的研究模型和細胞基礎(chǔ)。通常LTP主要分為2個階段：早期LTP和晚期LTP。早期LTP不需要新的蛋白質(zhì)合成，而晚期LTP需要全新的mRNA和蛋白質(zhì)合成，與長期記憶相關(guān)。 目前研究證實：有絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號途徑對于突觸可塑性具有十分重要的作用。該途徑的成分在成年動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高度豐富，尤其在與學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的腦區(qū)(如海馬、新皮層和小腦)；許多MAPK/ERK調(diào)節(jié)子(例如N-Ras

3、、B-Raf、Rapl等等)的表達很大程度上局限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。研究表明MAPK/ERK在誘導(dǎo)基因表達上有著關(guān)鍵性的作用，提示MAPK/ERK可調(diào)節(jié)突觸和神經(jīng)元的可塑性及長時程記憶形成。在動物神經(jīng)系統(tǒng)中的MAPK/ERK的功能研究中，MAPK/ERK參與LTP及學(xué)習(xí)和記憶的研究是最熱門的研究領(lǐng)域。 MAPK家族是細胞內(nèi)相當保守的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在哺乳動物中，MAPK家族主要包括三個通路：MAPK/ERK、SAPK/J

4、NK和P38 MAPK。研究證實，MAPKs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細胞內(nèi)，在將細胞外刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞及其核內(nèi)，并引起細胞生物學(xué)反應(yīng)(如細胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等)的過程中具有至關(guān)重要的作用。因此，本文以MAPK/ERK為核心，在電生理、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和分子生物學(xué)三個水平上，以在體慢性長期染毒的方式對鋁的神經(jīng)毒性進行了綜合的探討，為研究學(xué)習(xí)記憶的機制提供有力證據(jù)，將鋁中毒研究進一步推向前進。材料和方法一、動物模型的建立選擇斷乳后30克Wi

5、tar大鼠40只(由本校實驗動物中心提供)，隨機分為4組，每組10只。4組分別為：對照組(給予蒸餾水)、低劑量組(給予0．2％AC13水溶液，蒸餾水配制)、中劑量組(給予0.4％A1C13水溶液，蒸餾水配制)高劑量組(給予0.6％A1C13水溶液，蒸餾水配制)。各組通過自由飲水攝入A1C13，連續(xù)染毒90天。動物室溫度18～23℃，相對濕度45～55％。 二、試驗方法: 使用電生理儀器進行LTP測定。采用放射性同位素32

6、p方法測定各組MAPK/ERKs活性；使用Western-Blot測定各組海馬ERKs含量變化；利用RT-PCR技術(shù)測定ERK2的mRNA表達。 結(jié)果： 1．慢性鋁暴露損害大鼠海馬CA1區(qū)LTP的形成，并呈劑量依賴關(guān)系。 2．慢性鋁暴露使MAPK的活性降低。 3．慢性鋁暴露使ERK1/2的蛋白含量和活性降低。 4．慢性鋁暴露使ERK2的mRNA表達顯著降低。 討論: 長時程增強(L

7、TP)是研究學(xué)習(xí)記憶的重要生理模型，是學(xué)習(xí)記憶的基礎(chǔ)。本實驗證明，長期慢性的鋁暴露抑制了LTP的形成，并且鋁暴露的濃度越大，對LTP的抑制作用則越強。LTP的形成需要很多的蛋白激酶的參與。其中早期LTP需要對突觸蛋白質(zhì)進行共價修飾和蛋白質(zhì)通訊，但不需要新的蛋白質(zhì)合成；晚期IXP需要全新的mRNA和蛋白質(zhì)合成。 MAPK/ERKs在學(xué)習(xí)與記憶中的重要作用已被證實。MAPK/ERKs可通過激活CREB影響基因的表達，從而影響行為動物腦中LT

8、P的形成和維持，進而影響中樞神經(jīng)突觸的可塑性和長時記憶的形成。本實驗結(jié)果表明：鋁暴露可使MAPKs的活性降低，其蛋白含量也比對照組少。在海馬中，MAPK/ERKs主要為ERK2，鋁暴露各組中的ERK2 mRNA表達水平與對照組相比明顯降低。 綜上所述，慢性鋁暴露除了可影響MAPK/ERK的生物活性外，并且可通過影響基因表達而影響其蛋白的表達，對學(xué)習(xí)記憶的損害深遠而持久。隨著鋁暴露濃度的增高，這種損害作用更加明顯。提示我們，在日常