（生理学专业论文）铝对大鼠海马ca3区长时程增强ltp维持阶段的影响.pdf

铝对大鼠海马c a 3 区筐堕猩堂堡维鲎险壁的影响 中文摘要 实验用8 6 只s d 大鼠，乌拉坦麻醉下进行，刺激穿通纤维 ( p p ) ，记录海马c a 3 区诱发的群体峰电位( p s ) 。给予 高频刺激( h f s ) 引起p s 波幅明显增大，诱发的l t p 幅度稳 定5 0 m i n 后，向海马c a 3 区微量注射药物，观察铝对海马c a 3 区l t p 维持的影响并探讨其可能机制。以h f s 前的p s 幅值作 为基础值，h f s 后5 0 m i n 的p s 幅值作为给药前水平。 1 。 ( 1 高频刺激后5 0 m i n 时向海马c a 3 区注入n s ，注射前后l t p 的p s 幅值无明显变化( p 0 0 5 ) 。注射0 2 5 m o l la i c i ，1l l i ， 沣药后1 - 3 m i n 内已增大的p s 幅度迅速减小，随后p s 恢复至 给药前水平；注入0 5 m o l la i c l ，l g l ，给药后1 9 0m i np s 幅 值直保持在基础值水平，与n s 对照组相比，p s 幅值的差 异有显著性意义( p 0 0 5 ) 。 3 向海马c a 3 区注入0 5 m o l ln l a + 0 5 m o l la i c l ，各1 u l 后，注药后各观察时刻p s 幅值均较给药前显著降低，与 n s + 0 5 m o l la i c l ，相比，二者差异均无统计学意义( p 0 0 5 ) 。 4 单独注射d i | t i a z e m ( 2 2o m o l l ) 1 u l 后p s 幅值明显降低， 滓药后1 9 0 r a i n 内p s 幅值与n s 组相比，差异有显著性意义 ( p 0 0 5 或p 0 0 1 ) 。而给予d i l t i a z e m ( 2 2g m o l l ) + 0 2 5 m o l l a i c i 、并1 u 1 ，注药后1 9 0 m i n 内p s 幅值f 降更加明显，与 d i l t i a z e m ( 2 2l t m 0 1 l ) * h 比，在注药后2 0 9 0 m i n 内二者筹异有 显著性意义( p 0 0 5 ) ；与0 2 5 m o l la i c i 、组相比，在注药后 3 - 9 0 m i n 内二者差异有极显著性意义( p 0 0 1 ) 。 综上所述，r 定浓度的铝能抑制海马c a 3 区l t p 的维持 过程，此作用与铝对c a 3 区l t p 诱导过程的影响所不同的足， 前者的抑制作，甘与l a r g n o 途径无关。而选择性钙通道阻断 剂d i l t i a z e m 也抑制l t p 的维持过程，而且与铝有相互加强的 作用，这提示了钙也是c a 3 区l t p 维持过程中的重要因素， 铝对维持阶段l t p 的抑制作用至少部分地与细胞内钙水平有 关。当然，铝抑制l t p 维持的机制值得进一步探讨。 e f f e c to fa l u m i n i u mo nt h em a i n t e n a n c e o fl t pi nh i p p o c a m p a lc a 3a r e ao fr a t s a b s t r a c t e x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e do n8 6s p r a g u e d a w l e yr a t su n d e r u r e t h a n ea n e s t h e s i a s i n g l ep u l s ew a su s e dt os t i m u l a t ep e r f o r a n t p a t h ( p p ) a n dt h ep o p u l a t i o ns p i k ee v o k e dw a sr e c o r d e d w i t h e x t r a c e l l u t a rr e c o r d i n gm e t h o di nh i p p o c a m p a lc a 3a r e a a f t e rt h e p s a m p l i t u d e w a si n c r e a s e d o b v i o u s l yb yh i g hf r e q u e n c y s t i m u l a t i o n ( h f s ) a p p l i e di np p a n dl t ps u s t a i n e dt o5 0r a i n ， a l u m i n u ma n do t h e rd r u g sw e r em i c r o i n i e c t e di n t oc a 3a r e at o i n v e s t i g a t et h ee f f e c to fa l u m i n i u mo nt h em a i n t e n a n c eo fl t p i n c a 3a r e aa n di t sp o s s i b l em e c h a n i s m 1 n s ，o ra 1 c i ，( 0 2 5 m o l lo r0 5 m o l l ) w a sm i c r o i n i e c t e di n t o c a 3a r e aa t5 0m i na f t e rh f sa p p l i c a t i o n b e f o r ea n da f t e r m i c r o i n i e c t i o no fn s ，n oo b v i o u s l yc h a n g e so fp sa m p l i t u d ew e r e o b s e r v e d a f t e ri n i e c t i o no f0 2 5 m o l la i c i ，t h ep sa m p l i t u d e w a sd e c r e a s e di m m e d i a t e l yi n3m i n t h e n t h ep sa m p l i t u d ew a s r e c o v e r e dt ot h el e v e lo f p r e i n i e c t i o n a f t e r 0 5 m o l la i c l ， a p p l i c a t i o n ，p sa m p l i t u d ew a sd e c l i n e do b v i o u s l y ，c o m p a r e dw i t h n s g r o u p t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w og r o u p sw a ss i g n i f i c a n t f o r9 0r a i n ( p 0 0 5 ) 3 i n0 5 m o l ln l a + o 5 m o l la i c i ，g r o u p t h ep sa m p l i t u d e w a s d r o p p e do b v i o u s l y a f t e r m i c r o i n j e c t i o n ，c o m p a r e d w i t h n s + 0 5 m o l la 1 c 1 3g r o u p ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt w o g r o u p sw a s n o ts i g n i f i c a n tf o r9 0m i n ( p 0 0 5 ) 4 a f t e r m i c r o i n i e c t i o n o fd i l t i a z e m ( 2 2 u m o l l ) a l o n e a s e l e c t i v ec a “c h a n n e la n t a g o n i s t t h ep sa m p l i t u d ew a sc l e a r d r o p p e d a sc o m p a r e dw i t hn s g r o u p t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt w o g r o u p s w a ss i g n i f i c a n tf o r9 0m i n ( p 0 0 5o rp 0 0 1 ) a f t e r m i c r o i n i e c t i o no fd i l t i a z e m ( 2 2p m o l l ) a n d0 2 5 m o l la 1 c 1 1 ，t h e d r o pd e g r e ef o rp sa m p l i t u d ew a s m o r eo b v i o u s l y c o m p a r e dw i t h d i l t i a z e m ( 2 2t a m o l l ) g r o u p 。t h ed i f f e r e n c ew a ss i g n i f i c a n tf o r 2 0 ，9 0m i na f t e rm i c r o i n i e c t i o n ( p 0 0 5 ) ；与基础水平相比，差异均具极显著性 意义( p 0 0 1 ) 。 o 2 5m o l la i c i ，组，高频后5 0 m i n 时p s 幅值为基础水平 的2 4 0 1 3 5 1 ，注药后l m i n 和3 m i n 的p s 幅值分别降低 为基础值的1 4 9 6 5 3 0 和2 0 3 2 3 8 8 ，与给药前的p s 幅值比较，差异均有显著性意义( p 0 0 5 ) ，而以后各时刻 的p s 均接近给药前水平，表明低浓度的铝仅在1 - 3 m i n 内使p s 幅度减少。 在o 5m o l la 1 c 1 、组，高频刺激后5 0 m i n 的p s 幅值为基 础值的2 5 4 9 6 5 3 ，注药后的p s 幅度迅速下降，1 m i n 时p s 为基础值的9 1 9 6 1 1 ，随后各观察时刻的p s 幅度 虽有恢复趋势，但注药后1 - 9 0 m i n 的p s 幅值一直保持在相当 于基础值的水平，与给药前时刻或与n s 组比较，差异均具显 著性意义( p 0 0 5 或p 0 0 1 ) 。表明一定浓度的铝抑制l t p 的维持过程( 图2 ) 。 三、l a r g 对a 1 c 1 ，抑制效应的影响 给予高频刺激后5 0 m i n 的p s 幅值为基础水平的2 4 0 7 3 4 7 ，向海马c a 3 区先注射0 3 m o l ll a r g ( 1 1 ) ，1m i n 后再给予0 5 m o l l a l c i ，( 1 t a l ) ，引起p s 幅度显著降低，1m i n p s 幅度为基础值的8 8 3 3 9 5 ，至9 0 m i n 时为8 4 2 5 7 5 。 将o 3m o l ll a r g + 0 5m o l la i c i 、组与n s 组比较，给药后各 观察时刻p s 幅度的差异均具极显著性意义( p 0 0 5 ) ( 图4 ) 。 四、n l a 对a 1 c i ，抑制效应的影响 高频刺激后海马c a 3 区p s 幅值增加，5 0 m i n 时为基础值 的2 1 4 3 士5 0 5 。局部先后注入0 5m o l ln l a 和0 5m o l l a i c i ，各1 山，注药后p s 幅度显著降低，注后l m i np s 幅值为 基础值的8 9 6 2 5 0 ，至9 0 m i n 为基础值的8 9 9 土2 6 8 。注 药后各观察时刻p s 幅值与n s 组比较，二者差异均有极显著 性意义( p 0 0 1 或p 0 0 5 ) ( 图 5 )。 五、d i l t i a z e m 对l t p 维持和a i c l ，抑制效应的影响 d i l t i a z e m ( 2 2g m o l l ) + 0 2 5m o l la 1 c i ，组，高频刺激后 5 0 m i n 时p s 幅值为基础值的2 1 6 9 8 8 9 ，注药后p s 幅值明 显降低，注后1 r a i n ，2 0 m i n 和9 0 m i n 的p s 幅值分别为基础值 的9 7 0 4 2 8 ，8 5 5 3 5 1 和7 4 3 4 8 1 。d i l t i a z e m ( 2 2 u m o l l ) + 0 2 5m o l la i c l ，组与n s 组比较，注药后各时刻的p s 幅值差异均有极显著性意义( p 0 0 1 ) 。与单独注射0 2 5 m o l l a i c i ，组比较，注药后3 - 9 0 m i n 内各观察时刻的p s 幅值差异均 有极显著性意义( p 0 0 1 ) 。 单独注射d i l t i a z e m ( 2 2 t m o l l ) 组，高频刺激后5 0 m i n 时 p s 幅值为基础值的2 0 7 7 士5 5 5 ，注入d i l t i a z e m ( 2 2 t m o l l ) 1 “l 后，其幅值也明显降低，注药后l m i n 为基础值的 1 1 4 2 4 7 2 ，随后p s 幅度有所恢复，注后2 0 m i n 的为基础 值的1 3 4 9 4 1 7 ，9 0 m i n 维持在1 3 2 5 4 4 9 。d i l t i a z e m ( 2 2 1 t m o l l ) 组与n s 组比较，注药后各时刻的p s 幅值差异均 有显著性意义( p 0 0 5 或p 0 0 1 ) 。 将d i l t i a z e m ( 2 2u m o i l ) 组与d i l t i a z e m ( 2 2p m o l l ) + 0 2 5 m o l la 1 c 1 ，组比较，后者p s 幅值下降更加明显，在注药后 2 0 9 0 m i n ，两组间p s 幅值的差异有显著性意义( p 0 0 5 ) ( 图 6 ) 。 讨论 据文献报道，l t p 的诱导和维持两个阶段的机制不尽相 同，其诱导过程是以突触后成分变化为主，参与的神经递质主 要是兴奋性氨基酸及其受体亚型一n m d a 和a m p a 受体，而 l t p 的维持或表达需要突触前和突触后机制的共同参与，突触 前膜递质释放量和突触后膜递质受体的作用效应增强，以及突 触的形态学改变等使突触的传递效应增强。l t p 的维持既与 n m d a 受体有关，也与非n m d a 受体有关，可能涉及到从膜 受体被激活至新蛋白质合成的一系列生化过程 2 0 。2 2 2 7 _ 3 0 】。 我们以往的实验中，在用添加铝的饲料喂养一年的动物以 及向海马c a 3 区注入0 5m o l la i c l ，的急性实验动物，均观察 到铝有抑制c a 3 区l t p 的作用，由于急性给铝后观察的时间 较短1 2 3 - 2 6 】，仅表明铝能明显抑制l t p 的诱导过程。并且观察到 n o s 抑制剂( 0 3 m o l ln l a ) 能加强铝的抑制效应，而n o 前体物质( o 3m o l ll a r g ) 能拮抗铝的抑制效应，表明铝对 c a 3 区l t p 诱导过程的抑制作用可能与损害了l a r g 。n o 途径 有关嘶】。因此，本工作着重于探讨铝是否也影响l 1 、p 的维持过 程及其可能机制。一般将强直刺激后2 0 4 0 m i n ( 不超过l h ) 的p s 增大称为l t p 诱导阶段，在该时间内突触后膜n m d a 受体的激活是其关键。e d w a r d 将此阶段称为l t p 形成的第一 步1 3 1 1 ，他认为，此时期n m d a 受体激活引起的反应，包括突 触结构所产生的某些改变，在很大程度上是可以逆转的。故有 的学者把高频刺激后第- d , 时内的突触传递效能增强又叫“短 时程增强”【】“。可见，l t p 的诱导阶段与其后期的维持阶段是 有着明显的不同的。因此，在我们探讨铝和一些因素对l t p 维持的影响时，把注药时问定在给高频刺激诱导p s 增大后的 5 0 m i n ，即l t p 由诱发阶段转入维持阶段h , j 。此时，向海马 c a 3 区注入0 2 5m o l la i c l 、，仅在给铝后的l - 3 m i n ，使由高 频刺激增大的p s 幅值有一定程度的减少( p 0 0 5 ) ，以后， p s 又较快地恢复到高频刺激后的给药前水平，表明该浓度 a 1 c i ，对转入维持阶段的p s 有短暂的抑制作用。将a i c l ，的浓 度增加到0 5 m o l l ，注射l m i n 后，p s 幅值迅速减少，注铝后 1m i np s 由相当于基础值的2 5 4 9 6 5 _ 3 下降至9 1 9 6 1 2 ，以后的p s 幅度虽略有恢复，但至注药后9 0 m i n 时仍只 相当于基础值的1 1 0 5 2 9 9 ，即在给铝后的9 0 m i n 内p s 幅 度一直保持在基础水平附近。而n s 对照组的p s 幅值，于注 n s 后的9 0v a i n 内都一直维持在注药前的p s 增强水平。同时， 在我们观察l t p 现象的实验中，相同参数刺激诱导的l t p 在 3 h 以至更长的时间内p s 幅度未见明显减小。这些资料表明 在高频刺激后5 0 m i n 注入0 5 m o l la 1 c 1 ：对维持阶段的l t p 有 明显的抑制作用，且p s 幅值的减小并非由一些非特异因素如 注射、动物状态和时间因素等引起。已知铝对神经细胞有毒性 作用，可造成神经元的损伤乃至死亡，那么本实验中铝抑制p s 的作用是否由此产生的呢? p l a t t 等曾报道过a t c l 、的抑制作用 与海马神经元中毒死亡的关系【3 孙。他由侧脑室一次性急性注射 大剂量的铝，发现降低了c a l 区的p s 反应性，l t p 的形成 受到抑制，但组织学检查未见海马神经元受损和变性；若连续 五天内重复注射该剂量铝，1 0 天后进行组织学检查，可见到 海马c a l 和c a 3 区显示出明显的细胞变性和死亡。而急性脑 室注射较低剂量的铝，抑制l t p 的形成，以同样方法慢性重复 注射该剂量铝，但最后组织学检查未见海马任何部位神经元的 变性损伤。故p l a t t 认为铝引起神经元细胞的变性和死亡是。个 非常缓慢和渐进的过程，较低剂量的铝对急性或慢性实验动物 的l t p 产生的抑制作用，并不是由神经细胞死亡所致。我们所 用的0 5 m o l l a i c l 、，在以往的实验中观察到，可引起海马c a 3 区诱发电位明显抑制，但9 0 m i n 后电位可完全恢复，表明 0 5 m o l la 1 c i ，的抑制作用不是由于神经细胞死亡所致，而是铝 抑制c a 3 区突触传递过程的表现 2 。因此，在本实验中，应 用的a i c l ，浓度是0 5 m o l l ，它使l t p 的p s 幅度明显减少， 在观察的给药后9 0 m i n 内p s 幅度虽未恢复至药前水平，但总 的趋势是有所增高，而不是继续下降，这也提示铝抑制p s 幅 值的作用基本上可排除是由细胞损伤所致。因此认为， 0 5 m o l la 1 c i ，可完全抑制维持阶段的l t p 。 本课题组曾报道，铝对海马c a 3 区的诱发电位和l t p 的诱 导过程的抑制效应与l a r g n o 途径有关【2 5 。2 6 。因此，本实验 探讨了在l t p 维持阶段铝的抑制效应与l a r g n o 途径的关 系，结果发现，用在诱导阶段能拮抗铝抑制效应的l a r g 浓度 ( 0 3 m o l l ) 不影响铝在l t p 维持阶段的抑制作用，将l a r g 增加到0 5 m o l l 时也未能拮抗铝的抑制效应；n o s 抑制剂 n l a ( 0 5 m o l l ) 不增强铝对l t p 维持阶段的抑制效应。据 文献报道，在l t p 形成过程中，突触后膜n m d a 受体激活， 导致c a 2 + 内流，细胞内c a 2 + 浓度升高，可能引起易于透过细胞 生物膜的逆行信使生成。这类物质易于扩散至细胞外，通过突 触间隙进入前末梢，通过一系列生化反应促进突触前末梢释放 递质增强，这对于l t p 的形成和维持起重要作用 1 7 3 3 - 3 4 。目前 认为，这种具有膜渗透性的易扩散的逆行信使候选物主要有 n o 和花生四烯酸两种， n o 由l a r g 经一氧化氮合成酶 ( n o s ) 催化而生成，它是一种非极性小分子物质，可自由 通过细胞膜，扩散至定区域，其半衰期短，产生后可很快消 失。而花生四烯酸是由钙依赖性的磷酯酶a i i ( p l a ，) 催化生成， 是膜代谢产物。一般认为，在l t p 的不同时期，有不同的逆行 信使起作用，n o 的作用起效快，大多数维持约3 0 m i n 左右， 故认为它只是在l t p 诱导早期起作用，为初始逆行信使。而花 生四烯酸起效缓慢，引起一延迟的增强效应，起增强和维持由 n o 诱发的递质释放作用，花生四烯酸的这一效应至少在给药 后3 0 m i n 以后才发挥出来b 4 。36 | 。我们在高频刺激后5 0 m i n 给r n o 前体l a r g 或n o s 抑制剂n l a 均不影响铝在维持阶段的 抑制效应，这与n o 作为初始逆行信使的观点是相符的，表明 在l t p 的维持阶段，铝的抑制效应与l a r g n o 途径无关。 在海马的不同部位，高频刺激虽然均可诱导出l t p ，但不 同部位的l t p 形成机制不尽相同，在c a l 区诱导的l t p 是 n m d a 受体依赖性的，与其耦联的钙通道开放是l t p 产牛的 首要因素，而l t p 维持则与细胞内钙敏感性信使有关；而在 c a 3 区的l t p 既是n m d a 受体依赖型，也是n m d a 受体非 依赖型【3 7 1 39 。电压依赖性钙通道的开放是n m d a 受体非依赖 型的l t p 形成的重要因素，m a n a h a n v a u g h a n 等报道，l 型电 压门控钙通道拮抗剂m e t h o x y v e r a p a m i l 使4 0 0 h z 强赢刺激诱发 的非n m d a 依赖性l t p 的呈剂量依赖性减小l 。因此，无论 是否依赖n m d a 受体，在l t p 的形成过程中均需要细胞胞浆 。 1 钙浓度升高至一定水平。此外，有资料表明，铝呈1 可逆性 的剂量依赖性的方式阻断电压依赖性钙通道，从而影响细胞内 钙水平 4 1 - 4 3 。因此，我们观察_ l 一型钙通道阻断剂硫氮卓酮 ( d i l t i a z e m ) 与铝抑制l t p 表达的关系。结果表明，在高频 刺激诱导l t p 出现后5 0 m i n ，向c a 3 区注入d i l t i a z e m ( 2 2 l a m o l l ) 使已增强的p s 幅值明显减少。当d i l t i a z e m 与仅起短 暂抑制作用的0 2 5m o l f la 1 c 1 ，联合应用时，其抑制作用明显 加强，抑制效应达9 0 m i n 以上；与单独注射d i l t i a z e m 相比，在 注药后的2 0 9 0 m i n 内两组间的差异有显著性意义( p 0 0 5 ) 。 在注药后1 - 1 5 r a i n 内二者差异虽然没有统计学意义，但在这段 叫问内d i l t i a z e m 组平均幅值为基础值的1 2 0 5 ，而 d i l t i a z e m + a i c l ，组则为9 7 8 ，提示c a 2 + 也参与l t p 的维持过 程，且d i l t i a z e m 与铝对l t p 维持的抑制存在一定程度的相互 加强作用。 突触后膜内游离钙浓度升高是l t p 形成的必要条件之。 它通过影响p k c 的活性而参与l t p 的维持。一般认为，c a “ 通过n m d a 受体通道进入细胞，以提供一短暂信号，这对诱 导l t p 是重要的【1 7 】；还可通过g 蛋白转导作用，激活钙依赖 性的p l a ：和p l c 。p l a ：激活后使花生四稀酸( a a ) 从膜磷脂 中释放出来l ，a a 可能成为逆行信使作用于突触前膜使递质 释放量增加，有助于l t p 的维持。a a 本身还可直接激活蛋白 激酶c ( p k c ) 。p l c 激活后产生胞内第二信使i p ，和d o ，i p ： 使细胞内钙库释放c a 2 + ，使细胞内游离c a 2 + 浓度升高，而d g 在胞内游离c a 2 + 存在下，也可激活p k c ，c a 2 + 还能直接激活 p k c 【4 5 巧叭。据报道，将p k c 抑制剂直接注入突触后神经元内可 阻断l t p 的维持过程 5 1 】。提示，d i l t i a z e m 和铝降低细胞内c a 2 + 水平，可能通过影响p k c 以抑制l t p 的维持。c a 2 + 还可通过 其他机制影响l t p 。从我们应用钙通道阻断剂的结果推断，铝 对维持阶段l t p 的抑制作用至少部分地与细胞内c a z + 浓度有 关。 综上所述，一定浓度的铝能抑制海马c a 3 区l t p 的维持， 这与铝对海马c a 3 区l t p 诱导过程的影响不同，铝对l t p 维 持的抑制作用与l a r g n o 途径无关。选择性钙通道阻断剂 d i l t i a z e m 也可抑制l t p 的维持，在抑制海马c a 3 区l t p 维持 过程中铝与d i l t i a z e m 有一定的相互加强作用。提示钙也参与 c a 3 区l t p 的维持过程，且铝对l t p 维持的影响至少部分是 通过降低细胞内钙水平而实现的，但铝的具体作用机制尚需要 进一步探讨。 e v o k e d p o t e n t i a l i nc a 3b e f o r et e t a n u s 04 9 0 07 6 0 01 4 4 0 01 9 2 0 0 u h 审琶态分析 实验号0 动物号2 - 记录舔 立3 0 0 0 露天7 等翟1 0 0 0 了进芸a ：2 1 一l i 皇孽0 9 0 2 9 8 剐：墅劳i o 弼戢项蓥i 0 0 墨囊票毒主袭2 0 0 车律煮间隔1 0 r i ：! ! ! ! 竺：! ：! ! ! ! 竺! ! ! ! ：竺竺竺! ! ：! ：竺竺! ! ! ：竺； l ! ! 量重! i 堑壹噩兰! ! 塞蘧! ! 兰堡! ! 垂量兰兰：! ：! 三 ： e v o k e d p o t e n t i a li nc a 3 a t1r a i na f t e rt e t a n u s e v o k e d p o t e n t i a l i nc a 3a t5 0r a i na f t e rt e t a n u s e v o k e d p o t e n t i a li nc a 3 a t3 ha f t e rt e t a n u s 图1 长时程增强的维持阶段 1 7 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 - 5 0051 01 52 02 53 04 0 5 06 09 0 ( r a i n ) l j ，t e t a n u ss t i m u l a t i o n j r i n j e c t i 。no f i so r0 5 m 。1 l a i c l 3 o r0 2 5 m 。1 l a i c l 3 十p o 0 5 ：料p o o lc o r a p a r e dw i t hn s # p o 0 5 # # p o o lc o m p a r e dw i t hp so fp r e i n j e c t i o n 图2 a l c l 3 对海马c a 3 区l t p 维持的影响 1 8 掌_)皿uo瞄pcuh凡 们 日 _ 矗 u u “ o 山 2 5 0 1 5 0 1 0 0 5 0 c 1 3 5 0051 01 52 02 5 3 04 05 06 09 ( ) ( m i n ) 、l t e t a n u ss t m u l a t i 。n ii n j e c t i o no fn so rn s + 0 5 m o l la i c i ， 中o r0 3 妯0 1 l l a r g + 0 5 m o l la i c i ， 十p 0 0 1c o m p a r e dw i t hn s 图3 0 3 m o l ll a r g 对a i c l 3 抑制效应的影响 1 9 0加 9 8 一m 苫 葶 一 山 一 岳 u h 山 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 5 005l o1 52 02 53 04 05 06 0 9 0 ( r a i n ) j t e t a n u ss t i m u l a t i o n ii n j e c t i o no fn so rn s + o 5 m o l la i c i ， o r0 5 m o l ll a r g + o 5 m o t la 1 c b 十 p o 0 1c o m p a r e dw i t hn s 图4 0 5 m o l ll - a r g 对a i c l 3 抑制效应的影响 2 5 0 蓦 吝2 0 0 山 晶1 5 0 口 u 岛i 0 0 皿 5 0 5 005i 01 52 0 2 53 04 05 06 0 9 0 ( i n i n ) lt e t 2 m u ss t i m u la t i o n li n j e c t i o n ? f s 。r n s + 0 5 m o l la i c l 3 o r0 5 t o o l ln l a + 0 5 m o l la 1 c k p 0 0 1c o m p a r e dw it hn s 图5 n l a 对a l c l 3 抑制效应的影响 2 1 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 + n s p 0 2 5 m o l l a i c l 3 c 1 3 5 005i 01 52 02 53 04 05 06 0 9 0 ( m i n ) it e t a n u ss t i l u l a t i o n ii n j e c t i o no fn so r2 2 1 u m o l ld i l t i a z e r 【lo r0 2 5 m o i 几 4 - a i c i ，o r2 2 1 u m o l ld i l t i a z e m + 0 2 5 m o i la i c k 丰p 0 0 5 ：十 p 0 0 1c o m p a r e d 啊i t hn s + + p 0 0 1c o m p a r e dw i t h0 2 5 m o i 几a i c l 3 # p 0 0 5c o m p a r e dw i t h2 2 1 u m o l 几d i l t i a z e m 图6 d i l t i 8 。z e m 对海马c a 3 区l t p 维持和a l c k 抑制效应的影响 (基一山o一p矗uh皿 综述 长时程增强的形成机理 海马突触传递的长时程增强现象是研究脊椎动物学习和记 忆的突触机制的基本实验模型。1 9 7 3 年，b l i s s 和l e m o 首先 报道了l t p 现象【1 4 i 。他们用细胞外记录方法在麻醉兔的海马齿 状回颗粒细胞记录到诱发的场电位，包括群体e p s p 和群体锋 电位( p s ) 两部分，当用高频短串电脉冲刺激来自内嗅区的 穿通纤维( p p ) 后，发现诱发的群体e p s p 和p s 的幅度均明 显增大，潜伏期缩短，持续时间长。b l i s s 等认为此现象是由 于对海马单突触兴奋性通路的高频短串强直刺激所引起的一 迅速且持久的突触传递效应的增强，故称为长时程增强 ( 1 0 n g t e r mp o t e n t i a t i o n ) n 7 1 5 引。随后人们发现不仅在海马的所 有兴奋性通路上而且在大脑的其它部位( 视皮层前额叶皮质、 杏仁核等) 都能引导出l t p 现象 5 55 ，过去十几年的研究表明 海马的l t p 已经作为研究哺乳动物脑内活动依赖性的突触可 塑性的典型模式，关于l t p 诱导和表达机制的研究也取得了很 大进展。 一、海马l t p 的特性 活动依赖性的突触传递增强可在几个毫秒内发生，且在麻 醉动物或海马脑片上持续若干小时，在埋植电极、自由活动的 动物可维持数天至数周。以时间跨度可将其划分为几个不同阶 段的成分，包括强直后增强( p t p ) 、短时程增强( s t p ) 和长时程增强( l t p ) ，还可按照其诱发过程是否被谷氨酸受 体弧型n m d a 受体的拈抗剂所阻断而分为两大类。l t p 可通 过多种方法诱发，最直接的就是给予某神经通路以强直刺激 ( 通常是用1 0 0 h z 或更高频率的串刺激，每串的脉冲数为5 0 至 1 0 0 ) 。l t p 有三个特征性属性 1 7 , 5 6 1 ：1 协同性 ( c o o p e r a t i v i t y ) ，指l t p 的诱发要求刺激强度足够大，弱的 刺激，只能激活少数的传入纤维，只能产生p t p ，不能触发 l t p 。只有强直刺激的强度和频率达到阈值时才能诱发出 l t p 。表明引起l t p 必须有一定数量的传入纤维同时兴奋。2 联合性( a s s o c i a t i v i t y ) ，用两个电极分别放置于两条分离的 传入通路，而这两条通路又汇聚于相同的靶细胞群，当使用某 个刺激参数单独刺激一条通路时不能引起l t p ，在两条通路上 同时或几乎同时施加强直刺激后，在原来不出现l t p 的通路上 产生了l t p ，这一现象称联合性，它类似于经典调节反射的 h e b b 突触性质。3 输入特异性( i n p u t s p e c i f i c i t y ) ，当两条 通路上分别施加强直刺激都能在其汇聚神经元群引起l t p 时， 若只有在施加了强直刺激的通路上才能记录到l t p ，而没有施 加强直刺激的通路不产生l t p ，这一特性称为l t p 的输入特 异性，也称为“同突触强化”。大多数通路的l t p 均表现有输 入特异性。l t p 的三个特性可能解释这样一种假设：当突触被 激活后，同时它末端终止的树突区域出现有效的去极化时，才 能诱发突触效应的长时程增强【5 引。实验证实，当通过细胞内记 录电极反复给予成对的去极化脉冲，低频( 1 h z ) 低强度的刺 激亦能产生明显的l t p 。相反地，若抑制细胞的去极化，就不 能诱导出l t p e 5 8 1 。 二、海马突触效应的活动依赖性增强的分类 海马突触效应增强可按照其诱导过程是否被n m d a 受体 的拮抗剂所阻断分成基本的两大类：n m d a r 依赖性l t p 和 n m d a r 非依赖性l t p 。 1 b l i s s 认为，n m d a 受体依赖性的长时程的突触增强可分 为s t p 和l t p 两个不同阶段。s t p 同l t p 的区别在于，s t p 在1 h 内衰减而消失，而l t p 可持续数小时乃至更长时间。 般通过蛋白激酶抑制剂很易将s t p 同l t p 区分开。在有蛋白 激酶抑制剂存在时，突触增强仅维持3 0 至6 0m i n ，即只表现 为s t p 5 9 1 ，故又将s t p 称为l t p 的诱导阶段。目前，s t p 与 l t p 之间的关系还不清楚。l t p 又可分为三个阶段：l t p l ， l t p 2 ，l t p 3 ，三个阶段的产生机制不尽相同：l t p l ，持续 时间不超过3 6 h ，能被蛋白激酶抑制剂阻断，但不被蛋白合成 抑制剂抑制；l t p 2 ，被蛋白翻译抑制剂所阻断，似乎不依赖 于基因表达；l t p 3 ，持续数天或更长时间，仅见于清醒的未 麻醉的动物，可能需要基因表达【60 1 ；另外两种形式的n m d a 受体依赖性的突触增强为e sp o t e n t i a t i o n 和n o n h e b b i a n l t p ，后者表现出的增强不仅见于突触前、突触后神经元同时 兴奋的突触，而且还扩展至兴奋的神经末稍与邻近的无论是否 被激活的神经元细胞所构成的突触上，可能表明了某种可扩散 性的细胞外信使的存在1 6 “。 2 n m d a 受体非依赖性的突触增强包括p a i r e d p u l s e f a c i l i t a t i o n ，p t p ，m o s s yf i b r el t p 等。p t p 最多持续几分 钟，表明了兴奋性突触传递的普遍特征。另一种n m d a 受体 非依赖性的突触增强为m o s s y f i b r el t p 6 2 + 6 3 】。m o s s yf i b r e 末端 终止于c a 3 区的缺乏n m d a 受体的细胞层。一般认为，m o s s y f i b r el t p 不能被n m d a 受体阻断剂所抑制，它呈现出非联合 性特征。关于其可能的细胞机制还存在争议。 可见，不同部位形成的l t p ，其形成机理可能不同，而在 l t p 的不同阶段，可能有不同机制参与。 三、长时程增强的诱导和维持机制 l t p 作为突触传递功能可塑性的表现形式，它的形成至少 包括诱导和维持两个阶段。一般把强直刺激后的2 0 4 0 m i n 称 为诱导过程或触发阶段，其后的几十分钟到几小时称为维持过 程或表达阶段【2 0 2 引。 1 l t p 的诱导机制 1 ) 般认为，l t p 的诱导过程是一个以突触后成分变化为 ：1 三的过程，其关键是配基电压双重门控的n m d a 受体偶联通 道的开放。主要包括a 突触后膜较强的去极化，去除- rm 9 2 + 对n m d a 受体偶联通道的阻滞作用；b 突触前神经末梢的兴 奋所引起的神经递质( 谷氨酸或天门冬氨酸) 的释放；c 神 经递质与突触后膜n m d a 受体相结合使离子通道打开；d 钙 经钙离子通道内流入突触后膜，这是l t p 诱导的触发因素。困 此，l t p 的诱导过程需要两个同时发生的条件：突触后膜足够 的去极化将m 9 2 + 从n m d a 受体通道中移去和突触前末稍释放 的谷氨酸与n m d a 受体结合使通道开放。强直刺激后的l t p 诱导过程可被许多n m d a 受体通道拮抗剂所阻断，包括作用 于n m d a 受体的选择性拮抗剂a p ；，离子通道阻断剂m k 一8 0 1 和作用于变构的甘氨酸位点的t 。氯喹啉酸等，这些实验结果证 实n m d a 受体的