光遗传技术调控新生神经元电活动对颅脑损伤小鼠认知功能的影响

摘要

目的 探讨光调控去极化对颅脑损伤(TBI)小鼠海马齿状回(DG)新生神经元的存活、成熟及认知功能的影响.方法 将66只雄性C57BL/6小鼠随机分为假手术组(n=10)、TBI组(n=12)、TBI+增强型绿色荧光蛋白(EGFP)组(n=12)和TBI+视紫红质通道蛋白-2(ChR2)组(n=32);假手术组小鼠行单纯开颅手术,未行液压冲击;TBI组小鼠给予液压冲击制备TBI模型;TBI+ EGFP组小鼠给予液压冲击制备TBI模型后感染慢病毒DCX-EGFP;TBI+ ChR2组小鼠给予液压冲击制备TBI模型后感染慢病毒DCX-ChR2-EGFP.各组小鼠均于造模后连续7d行腹腔内注射BrdU(100 mg·kg-1).免疫荧光染色检测造模后7、28 d TBI组小鼠海马DG区新生神经元存活和成熟情况;倒置荧光显微镜观察假手术组和造模后不同时间点(3、5、7、9、12、18、28 d)TBI +ChR2组海马DG区DCX-EGFP阳性新生神经元变化;造模后21 ～26 d进行水迷宫实验检测各组小鼠认知能力;造模后28 d采用免疫荧光染色检测TBI组、TBI+ EGFP组和TBI+ ChR2组小鼠海马DG区表达DCX神经元的存活和成熟情况.结果 造模后28 d,TBI组小鼠海马DG区新生成熟神经元数量显著少于造模后7 d(P ＜0.01).造模后3、18、28 d,TBI+ ChR2组与假手术组小鼠海马DG区DCX-EGFP阳性新生神经元数量比较差异无统计学意义(P＞0.05);造模后5、7、9、12 d,TBI+ ChR2组小鼠海马DG区DCX-EGFP阳性新生神经元数量均显著高于假手术组(P＜0.05,P＜0.01).造模后9d,TBI+ ChR2组小鼠海马DG区DCX-EGFP阳性新生神经元数量均显著高于其他各时间点(P＜0.05,P＜0.01).造模后21 d,4组小鼠寻找隐匿平台的潜伏期比较差异均无统计学意义(P＞0.05).造模后22～ 26 d,TBI组和TBI+ EGFP组小鼠寻找隐匿平台的潜伏期均显著长于假手术组(P＜0.01);TBI+ ChR2组与假手术组小鼠寻找隐匿平台的潜伏期比较差异无统计学意义(P ＞0.05);TBI+ EGFP组与TBI组小鼠寻找隐匿平台的潜伏期比较差异无统计学意义(P＞0.05);TBI+ ChR2组小鼠寻找隐匿平台的潜伏期均显著短于TBI组和TBI+ EGFP组(P＜0.01).TBI组、TBI+ EGFP组小鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数均显著低于假手术组(P＜0.01);TBI+ ChR2组与假手术组小鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数比较差异无统计学意义(P＞0.05).TBI+ ChR2组小鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数均高于TBI组和TBI+ EGFP组(P＜0.05);TBI+ EGFP组与TBI组小鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数比较差异无统计学意义(P＞0.05).造模后28 d,TBI+ ChR2组小鼠海马DG区新生成熟神经元数量明显高于TBI组和TBI+ EGFP组(P＜0.01);TBI组与TBI+ EGFP组小鼠海马DG区新生成熟神经元数量比较差异无统计学意义(P＞0.05).结论 TBI后光调控表达DCX-EGFP细胞的去极化可增强DG区新生神经元的存活和成熟,并显著改善TBI小鼠的认知功能.