糖原合成酶激酶-3β信号通路介导海马CA1区长时程增强的氧化性调节作用

摘要

本研究分为二部分： 第一部分、氧化还原剂对海马 CA1区长时程增强的调节作用 目的：阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是年龄相关性的神经退行性疾病，伴随着进行性的记忆和认知功能障碍。细胞中大量的氧自由基（reactive oxygen species,ROS）所致的氧化性损伤被认为是AD 最重要的发病机制之一。目前大量的研究证据表明AD 大脑存在氧化性损伤并伴有突触的丧失，特别重要的是Aβ和ROS 导致的突触可塑性的功能紊乱是引起早期记忆减退的重要因素。长时程增强（long-termpotentiation，LTP）是突触可塑性最重要的一种表现形式，一直以来都被认为是解释记忆和学习的分子和细胞基础的重要模型之一。ROS 特别是过氧化氢与LTP的调节有重要的关系，微摩尔浓度的过氧化氢能可逆性的抑制突触传递和可塑性，而毫摩尔的过氧化氢则可以增强LTP。因此，深入研究海马CA1 区突触可塑性的氧化调节作用对于进一步理解AD的发病机制和寻找有效的治疗方法具有重要的理论和实际意义。 方法：采用细胞外场电位记录的方法研究氧化还原剂对海马CA1 区LTP的影响。 结果：膜透性的氧化剂氯胺-T(CH-T)可抑制海马CA1 区LTP，这种抑制作用可被膜透性的还原剂二硫苏糖醇(DTT)所拮抗，但膜难透性的还原剂TCEP(磷酸三(2-氯乙基)酯)则无此作用。与之不同的是，膜透性的还原剂DTT 能够增强海马CA1 区LTP，这种增强作用能够被CH-T 所逆转，但DTNB(5’-二硫代-2-(2-硝基苯甲酸))对其没有作用。膜难透性的氧化剂DTNB 或还原剂TCEP 对海马CA1 区LTP 无作用。在这些氧化还原剂所用的浓度下，这些药物对突触的基础传递和双波易化都没有影响。 结论：氧化性调节作用对海马CA1 区LTP 起重要作用，氧化还原剂对细胞膜通透性难易特性可能是其对LTP 作用不同的原因之一。这些结果还提示膜透性的氧化还原剂作用位点可能不在细胞膜表面而是位于细胞内结构或细胞膜深层。 第二部分、GSK-3β信号通路参与海马CA1区长时程增强的氧化性调节作用 目的：糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3，GSK-3β)是一种多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在氧化应激所致的神经退行性疾病如AD中起着重要的作用；并且GSK-3β参与了海马CA1 区突触可塑性的调节。本实验是在第一部分研究氧化还原剂对海马CA1 区LTP 影响的基础上，进一步阐明GSK-3β这种AD 相关的丝氨酸-苏氨酸激酶是否参与这种氧化调节过程。 方法：采用细胞外场电位记录和Western Blot的方法研究GSK-3β在氧化还原剂调节海马CA1区LTP中的作用。 结果：高频刺激能够引起GSK-3β位点中ser9的磷酸化增加，但总的GSK-3β不变。在CH-T的作用下，高频刺激后GSK-3β中ser9的磷酸化与总的GSK-3β比值和高频刺激组相比降低，与之相反，在DTT 作用下，高频刺激后GSK-3β中ser9的磷酸化与总的GSK-3β比值和高频刺激组相比升高。而DTNB 或TCEP 对高频刺激后GSK-3β中ser9的磷酸化与总的GSK-3β比值无明显影响。为进一步研究GSK-3β的失活是否参与氧化还原剂对LTP的调节，采用电生理记录的方法研究GSK-3β抑制剂氯化锂（LiCl）对氧化还原剂调节LTP的影响。LiCl 能够完全逆转CH-T 对LTP的抑制作用，而预先孵育LiCl能够增加LTP的强度，与单独给予DTT的结果很相似。进一步分析发现预先孵育LiCl后再给予DTT 所导致LTP的增加与单独给予LiCl 后LTP的增加间无明显差异。采用Western Blot的方法研究单独给予LiCl 或同时给予LiCl和氧化还原剂时GSK-3β活性的变化。结果发现LiCl 可逆转CH-T 所致的GSK-3β磷酸化减少；LiCl和DTT 都能够增加GSK-3β磷酸化的水平，两组之间无明显差异；也发现同时给予LiCl和DTT与单独给予LiCl 相比，GSK-3β磷酸化的水平无明显差异。 结论：GSK-3β参与氧化还原剂对海马CA1 区LTP的调节作用，本研究结果为进一步了解氧化调节在AD 记忆损伤发病机制中的作用提供新的依据和治疗靶点。