NR2B基因在大鼠海马CA1区突触可塑性及学习记忆中的作用

摘要

学习和记忆作为脑的高级功能之一，对哺乳动物尤其是人类的生存都是极为重要的。许多研究已经表明N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体在突触可塑性和学习记忆过程中起着重要的作用，特别是NMDA受体的NR2B亚基。1999年美国普林斯顿大学的钱卓博士带领的科研小组突破基因技术限制，成功创建出NR2B亚基前脑特异过量表达的转基因小鼠。利用离体脑片技术发现转基因小鼠表现出NMDA受体通道开放时间延长，活性增加，并且其海马CAl区突触可塑性增强(表现为突触对高频刺激反应增强)；并且在多种行为学测试中(水迷宫，声音和场景恐惧条件化测试等)表现出更好的学习和记忆能力。这些结果表明在小鼠脑内，NR2B亚基对于突触可塑性和学习记忆是一个关键的分子。NR2B亚基的这种作用是否具有普遍性?也既NR2B基因过量表达在其它动物中是否也具有相同的作用?为了解答这一问题，本研究首次利用NR2B转基因模式大鼠，将离体脑片电生理学技术与整体行为学方法相结合，重点研究了NR2B亚基在大鼠前脑区的过量表达，对海马Schaffer侧枝-CAl区兴奋性突触后电位(Excitatory Postsynaptic Potential，EPSP)、NMDA受体依赖的长时程增强(Long-term Potentiation，LTP)及海马相关的空间工作记忆和参考记忆功能的影响。本课题的研究工作主要包括以下两部分： 1 转基因大鼠海马CAl脑区基本突触传递功能的分析1.1基本突触传递分析： 采用离体脑片场电位记录技术，考察了NR2B转基因模式大鼠海马Schaffer侧枝-CAl区的基本突触传递功能。在分别与同窝野生型大鼠的刺激强度-反应曲线(Input-Output curve)和双脉冲易化(Paired pulsefacilitation，PPF)进行分析对比，结果表明NR2B亚基的过量表达并不会改变转基因模式大鼠突触后AMPA受体的功能和突触前神经递质释放的功能。 1.2NMDA受体介导的突触可塑性分析采用离体脑片场电位记录技术，研究分析NR2B亚基前脑特异过量表达对大鼠海马Schaffer侧枝-CAl区突触可塑性的影响。与同窝野生型大鼠相比，转基因大鼠海马Schaffer侧枝-CAl区NMDA受体依赖的LTP得到了显著增强。在此基础上，我们使用NR2A利NR2B亚基拮抗剂研究了NR2A和NR2B亚基在NMDA受体介导的LTP中的作用，无论在转基因大鼠还是同窝对照大鼠的脑片，NR2A和NR2B亚基拮抗剂都能够减弱NMDA受体介导的LTP，特别是使用了NR2A亚基拮抗剂后，发现转基因大鼠的LTP仍显著高于野生型大鼠。这些结果提示了，NR2A和NR2B亚基都参与了NMDAR依赖性的LTP的形成，NR2B亚基的过量表达可以引起NMDAR依赖的LTP的增强。对长时程抑制(Long-term depression，LTD)的研究发现，NR2B转基因组的LTD与野生型对照组的并无显著差异，在加入NR2B亚基拮抗剂后，虽然LTD降低但变化并不显著。 2转基因模式大鼠空间学习记忆的行为学分析大量的研究已表明NMDAR依赖的突触可塑性与学习记忆功能密切相关，为了探明大鼠前脑过量表达NR2B对前脑相关的学习记忆功能的影响，我们利用T-迷宫的非匹配延缓任务(The delayed non match-to-sample，DNMS)和水迷宫任务，分别检测NR2B转基因模式大鼠的空间工作记忆和空间参考记忆能力。所获得的研究结果是，NR2B转基因模式大鼠的空间工作记忆和空间参考记忆能力得到显著改善，结果表明了NR2B亚基在前脑的过量表达也能够提高大鼠的学习和记忆功能。 总之，我们的课题与在NR2B转基因小鼠上取得的研究结果一致，NR2B亚基在Long-evans大鼠前脑的过量表达也能增强海马脑区NMDAR介导的突触可塑性和空间工作及参考记忆能力。表明了NR2B亚基不仅在小鼠而且在大鼠的突触可塑性及学习记忆功能中都起到了重要作用。

目录

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论文摘要

引言

第一章：转基因大鼠海马CA1脑区的基本突触传递

材料和方法

第一节海马CA1区的刺激强度-反应曲线(INPUT-OUTPUT)

第二节海马CA1区双脉冲刺激易化(Paired pulse facilitation，PPF)

讨论

第二章：转基因大鼠海马CA1脑区NMDA受体介导的LTP

第三章：NR2A和NR2B亚基在海马CA1脑区LTP中的作用

材料和方法

第一节NR2A亚基拮抗剂对海马CA1脑区LTP的影响

第二节NR2B亚基拮抗剂对海马CA1脑区LTP的影响

第三节NR2A亚基拮抗剂和NR2B亚基拮抗剂在海马CA1脑区LTP中的作用

讨论

第四章：NR2B亚基在海马CA1脑区LTD中的作用

材料和方法

第一节转基因大鼠海马CA1区的LTD

第二节NR2B亚基拮抗剂对海马CA1脑区LTD的影响

讨论

第五章转基因大鼠海马的空间工作记忆和空间参考记忆

文献综述

参考文献

致谢