LTP和記憶相關(guān)性研究新進(jìn)展.doc

LTP和記憶相關(guān)性研究新進(jìn)展LTP和記憶相關(guān)性研究新進(jìn)展更新日期：2010-04-16 點(diǎn)擊： 胡家芬 管林初 匡培梓 中國科學(xué)院心理研究所(北京 100101) 摘要本文對(duì)近年來在LTP和記憶的相關(guān)性研究從基因和分子水平上作了一個(gè)粗略的回顧?？梢钥闯鯨TP與記憶的形成有著許多共同點(diǎn)和高度的一致性,因此LTP是研究記憶機(jī)制一個(gè)極好的模型。 關(guān)鍵詞LTP，記憶，相關(guān)性研究 分類號(hào)59.811 1 前言 自1949年Hebb提出有關(guān)記憶形成的理論以來,對(duì)記憶的研究一直是神經(jīng)生物學(xué)家和生理心理學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。圍繞“記憶是怎樣形成的？”這個(gè)問題開展了一系列的研究,也取得了令人矚目的進(jìn)展。特別是對(duì)記憶形成過程的不同階段所發(fā)生的一些生理生化變化及神經(jīng)元形態(tài)上的改變的研究使人們對(duì)記憶的過程有了愈來愈清晰的認(rèn)識(shí)。1973年Bliss發(fā)現(xiàn)兔的海馬神經(jīng)元在高頻刺激后產(chǎn)生突觸長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(Long Term Potentiation,LTP)效應(yīng),隨后對(duì)LTP的特征、形成機(jī)理以及與動(dòng)物行為的相關(guān)性研究已積累了很豐富的資料。近幾年的研究表明,LTP現(xiàn)象是目前研究學(xué)習(xí)和記憶細(xì)胞機(jī)制極為理想的模型和電生理指標(biāo)1。因而LTP成為80年代以來神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中最富有成果的研究領(lǐng)域之一。本文對(duì)這些新進(jìn)展作一個(gè)小結(jié)。 2 LTP和記憶相關(guān)性研究 由于藥物阻斷劑或激動(dòng)劑可能存在一些副作用，對(duì)使用藥物所造成的行為上的變化難以圓滿地進(jìn)行解釋。目前借用基因突變的方法研究LTP和記憶的相互關(guān)系已成為一個(gè)新的趨勢(shì)2。 2.1 cAMP-反應(yīng)因子結(jié)合蛋白(CREB)突變 CREB是細(xì)胞內(nèi)cAMP變化的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成。其效能依賴于蛋白磷酸酶A的活力。在脊椎動(dòng)物中，CREB基因被破壞后，其長(zhǎng)時(shí)記憶形成受到影響。電生理表明，在其海馬片中也表現(xiàn)出LTP缺陷。利用僵住試驗(yàn)對(duì)突變鼠進(jìn)行記憶保持研究，發(fā)現(xiàn)在30分鐘以前突變鼠表現(xiàn)正常，但60分鐘后表現(xiàn)出顯著性記憶衰退。用電生理方法表明，在90分鐘以前，突變鼠CA1區(qū)LTP和正常鼠相近，但90分鐘以后衰退到基線水平。CREB基因的作用在LTP和記憶行為上雖然存在時(shí)間上的差異,但主要趨勢(shì)是一致的,而且可看出它在長(zhǎng)時(shí)記憶的形成中起著重要作 用3。 在果蠅中，CREB基因突變體dunce是一類有記憶缺陷的個(gè)體。 進(jìn)一步的研究表明，CREB存在兩類蛋白異構(gòu)體分別作為CREB的抑制劑和激動(dòng)劑，兩者的比例大小決定著長(zhǎng)時(shí)記憶(Long-term Memory，LTM)的產(chǎn)生與否。當(dāng)激動(dòng)劑水平占優(yōu)勢(shì)時(shí)，LTM形成；當(dāng)抑制劑水平占優(yōu)勢(shì)時(shí)，阻礙LTM形成；當(dāng)兩者水平相等時(shí)，單次或多次訓(xùn)練僅僅增高激動(dòng)劑水平，但不足以產(chǎn)生LTM。 由于LTM的形成是依賴蛋白合成的，因此CREB基因的作用在于激活或阻斷LTM形成中蛋白質(zhì)的合成。另外，也發(fā)現(xiàn)CREB的作用對(duì)學(xué)習(xí)或早期記憶形成沒有影響4。 2.2 Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶(-Calcium-Calmodulin Kinase,CaMK)和fyn基因的突變 轉(zhuǎn)基因的研究表明CaMK和fyn基因?qū)TP是必需的基因。 CaMK在哺乳動(dòng)物腦內(nèi)大量分布,在與記憶形成及LTP相關(guān)區(qū)域、谷氨酸結(jié)合活性區(qū)其含量特別高。它的50kDa亞基是主要的突觸后致密蛋白(Postsynaptic Density protein,PSD蛋白)。 CaMK的神經(jīng)底物蛋白包括微管相關(guān)蛋白、管蛋白和突觸素等 。因此它在突觸的可塑性中起著重要作用。在海馬CA1區(qū)誘導(dǎo)LTP可導(dǎo)致CaMK的活性增強(qiáng)5,6。 在CaMK基因敲除小鼠中，LTP不產(chǎn)生，絕大多數(shù)生理指標(biāo)正常。 fyn是酪氨酸激酶基因的一種,fyn突變鼠由于在發(fā)育過程中缺少酪氨酸激酶的表達(dá)導(dǎo)致海馬結(jié)構(gòu)上的改變2。fyn基因缺失小鼠中，低頻刺激不產(chǎn)生LTP，但高頻刺激仍能產(chǎn)生LTP。表明Fyn酪氨酸激酶在高頻刺激時(shí)其缺陷可被其它一些機(jī)制所補(bǔ)償。 這兩類基因突變體鼠在學(xué)習(xí)水迷宮任務(wù)時(shí)均表現(xiàn)出行為上的缺陷。 2.3 NO合成酶(Nitric Oxide Synthase,NOS)基因敲除 NOS廣泛存在于CNS中,哺乳動(dòng)物體內(nèi)NO主要由NOS以L-精氨酸為底物合成。NO在LTP和記憶中的作用已有大量研究7。已知NOS有神經(jīng)細(xì)胞型、內(nèi)皮細(xì)胞型和誘導(dǎo)型三種。Chapman(1992)發(fā)現(xiàn)在訓(xùn)練前1小時(shí)給大鼠外周注射NOS抑制劑L-NAME或L-NARG造成大鼠在Morris水迷宮作業(yè)中的遺忘；給一日齡小雞注射L-精氨酸可阻止由L-NARG競(jìng)爭(zhēng)NOS結(jié)合位點(diǎn)而造成的一次性回避反應(yīng)學(xué)習(xí)上的缺陷。表明NO在學(xué)習(xí)記憶行為中起著重要作用。Holscher(1995)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞型NOS的NOS抑制劑7-NI(7-Nitroindazole)對(duì)一日齡小雞學(xué)習(xí)造成損害；注射7-NI也損害大鼠在水迷宮中的空間學(xué)習(xí)行為，這個(gè)濃度同時(shí)阻礙在體的海馬CA1區(qū)LTP的產(chǎn)生。 運(yùn)用基因敲除的方法,在除掉神經(jīng)細(xì)胞型NOS的小鼠中,其腦片的神經(jīng)可塑性未受損害,小鼠也未表現(xiàn)出任何學(xué)習(xí)缺陷的跡象,但使用NOS抑制劑仍影響腦片中的LTP。后來發(fā)現(xiàn)在海馬的錐體神經(jīng)元中有內(nèi)皮細(xì)胞型NOS的表達(dá)。這說明神經(jīng)細(xì)胞型NOS并不是誘導(dǎo)LTP和學(xué)習(xí)機(jī)制的關(guān)鍵因素,或者在發(fā)育階段內(nèi)皮細(xì)胞型NOS能補(bǔ)償神經(jīng)細(xì)胞型NOS的作用。在內(nèi)皮細(xì)胞型NOS基因缺失鼠中,LTP不受影響;在同時(shí)缺失神經(jīng)細(xì)胞型和內(nèi)皮細(xì)胞型NOS的鼠中,LTP顯著降低8。 近年來,大多數(shù)的研究仍采用行為藥物學(xué)的方法。在對(duì)記憶的生理機(jī)制的研究中，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的磷酸化作用和糖蛋白的合成及修飾作用在LTP和記憶的形成過程中也起著非常重要的作用。 2.4 Ca2+/磷脂酸化依賴性蛋白激酶C(Ca2+/phospholipid-dependent protein kinase C,PKC) PKC是LTP和記憶形成過程中被激活的蛋白激酶之一。將海馬片浸于PKC抑制劑中可阻止LTP的形成。將PKC抑制劑注射到突觸后膜的細(xì)胞中可阻止相應(yīng)細(xì)胞中LTP的形成，而其相鄰的細(xì)胞不受影響。B50或稱生長(zhǎng)相關(guān)蛋白(growth-associated protein-43,GAP-43)和neurogranin分別為突觸前膜和后膜上PKC作用的靶子。在海馬CA1區(qū)誘導(dǎo)LTP60分鐘時(shí)，B50蛋白和neurogranin磷酸化顯著增高，其磷酸化作用可被NMDA受體桔抗劑APV所阻斷。這種跡象表明，突觸后膜的NMDA受體也可能被PKC調(diào)節(jié)的磷酸化作用所調(diào)控9。 在記憶形成的過程中，蛋白磷酸化是一個(gè)非常重要的過程。Serrano(1995) 用PKC抑制劑Chelerythrine證實(shí)能破壞一日齡小雞在一次性回避反應(yīng)訓(xùn)練中長(zhǎng)時(shí)記憶的形成。