应激影响海马突触可塑性及学习记忆的分子机制研究

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学习记忆是大脑接受外界刺激,并将其以神经信号的形式进行加工、存储和提取的过程。应激是指机体对内外界变化做出的适应性反应,应激和学习记忆密切相关,过强的应激会损伤学习记忆能力。同时,应激事件相关的记忆难以遗忘。突触可塑性被认为是学习记忆的细胞机制,应激对突触可塑性的影响表现为损伤长时程增强(Long-term potentiation,LTP)和易化长时程抑制(Long-termdepression,LTD)。海马与学习记忆过程密切相关,并因富含糖皮质激素受体而对应激高度敏感。大量研究表明海马是应激影响突触可塑性及学习记忆的关键脑区,但应激效应的分子机制尚不明确。  现有报道表明应激能够影响AMPA受体的转运、GABA能神经元活动性和CaMKⅡ磷酸化水平,并通过这些途径调控突触可塑性,进而影响学习记忆。本论文在大鼠高台应激模型上探讨了上述分子在应激易化LTD中的作用机制。结果表明:抑制AMPA受体活性短肽tat-A2不能阻断应激易化的LTD;应激前给予GABA合成酶抑制剂3-MPA可以部分阻断应激易化的LTD;脑室给予CaMKⅡ抑制剂KN62可以直接药物诱导出LTD。  在此基础上,我们发现了一条新的可能与应激效应相关的分子通路,Rac1信号通路。Rac1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate1)是一种小G蛋白,其活性形式Rac1-GTP的主要功能是促进肌动蛋白的聚合,调控细胞骨架。最新的研究进展表明Rac1参与记忆的遗忘,Rac1敲低的果蝇已习得的应激相关记忆无法被遗忘。由此推测,应激可能通过调控Rac1的活性影响学习记忆。然而,Rac1和应激之间的关系尚未有报道。我们通过免疫组化和蛋白质印记实验发现,大鼠在经历高台应激、足部电刺激应激或腹腔注射应激激素皮质酮之后,海马Rac1-GTP均发生显著下降。清醒大鼠海马兴奋性突触后膜电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP)记录结果表明,脑室注射Rac1-GTP抑制剂NSC23766易化LTD的诱导。这些结果提示应激可能通过降低Rac1的活性易化LTD的诱导,从而让应激记忆变得异常牢固。背景条件恐惧训练前海马内注射Rac1的抑制剂NSC23766显著损伤恐惧记忆,进一步提示,Rac1活性的变化与应激对学习记忆的双重影响密切相关。  综上,在本论文中我们首次报道了应激导致的Rac1活性降低易化了LTD的诱导,并使应激记忆牢固。同时应激前降低Rac1则会阻断应激效应,损伤应激记忆。这些发现为应激影响海马突触可塑性及学习记忆的分子机制研究提供了新的靶点。  
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