LTP和記憶相關(guān)性研究新進展.doc

LTP和記憶相關(guān)性研究新進展LTP和記憶相關(guān)性研究新進展更新日期：2010-04-16 點擊： 胡家芬 管林初 匡培梓 中國科學院心理研究所(北京 100101) 摘要本文對近年來在LTP和記憶的相關(guān)性研究從基因和分子水平上作了一個粗略的回顧?？梢钥闯鯨TP與記憶的形成有著許多共同點和高度的一致性,因此LTP是研究記憶機制一個極好的模型。 關(guān)鍵詞LTP，記憶，相關(guān)性研究 分類號59.811 1 前言 自1949年Hebb提出有關(guān)記憶形成的理論以來,對記憶的研究一直是神經(jīng)生物學家和生理心理學家關(guān)注的熱點。圍繞“記憶是怎樣形成的？”這個問題開展了一系列的研究,也取得了令人矚目的進展。特別是對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記憶的過程有了愈來愈清晰的認識。1973年Bliss發(fā)現(xiàn)兔的海馬神經(jīng)元在高頻刺激后產(chǎn)生突觸長時程增強(Long Term Potentiation,LTP)效應(yīng),隨后對LTP的特征、形成機理以及與動物行為的相關(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)象是目前研究學習和記憶細胞機制極為理想的模型和電生理指標1。因而LTP成為80年代以來神經(jīng)科學領(lǐng)域中最富有成果的研究領(lǐng)域之一。本文對這些新進展作一個小結(jié)。 2 LTP和記憶相關(guān)性研究 由于藥物阻斷劑或激動劑可能存在一些副作用，對使用藥物所造成的行為上的變化難以圓滿地進行解釋。目前借用基因突變的方法研究LTP和記憶的相互關(guān)系已成為一個新的趨勢2。 2.1 cAMP-反應(yīng)因子結(jié)合蛋白(CREB)突變 CREB是細胞內(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。在脊椎動物中，CREB基因被破壞后，其長時記憶形成受到影響。電生理表明，在其海馬片中也表現(xiàn)出LTP缺陷。利用僵住試驗對突變鼠進行記憶保持研究，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間上的差異,但主要趨勢是一致的,而且可看出它在長時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體。 進一步的研究表明，CREB存在兩類蛋白異構(gòu)體分別作為CREB的抑制劑和激動劑，兩者的比例大小決定著長時記憶(Long-term Memory，LTM)的產(chǎn)生與否。當激動劑水平占優(yōu)勢時，LTM形成；當抑制劑水平占優(yōu)勢時，阻礙LTM形成；當兩者水平相等時，單次或多次訓練僅僅增高激動劑水平，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的作用對學習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其缺陷可被其它一些機制所補償。 這兩類基因突變體鼠在學習水迷宮任務(wù)時均表現(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)細胞型、內(nèi)皮細胞型和誘導(dǎo)型三種。Chapman(1992)發(fā)現(xiàn)在訓練前1小時給大鼠外周注射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競爭NOS結(jié)合位點而造成的一次性回避反應(yīng)學習上的缺陷。表明NO在學習記憶行為中起著重要作用。Holscher(1995)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞型NOS的NOS抑制劑7-NI(7-Nitroindazole)對一日齡小雞學習造成損害；注射7-NI也損害大鼠在水迷宮中的空間學習行為，這個濃度同時阻礙在體的海馬CA1區(qū)LTP的產(chǎn)生。 運用基因敲除的方法,在除掉神經(jīng)細胞型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)出任何學習缺陷的跡象,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)皮細胞型NOS的表達。這說明神經(jīng)細胞型NOS并不是誘導(dǎo)LTP和學習機制的關(guān)鍵因素,或者在發(fā)育階段內(nèi)皮細胞型NOS能補償神經(jīng)細胞型NOS的作用。在內(nèi)皮細胞型NOS基因缺失鼠中,LTP不受影響;在同時缺失神經(jīng)細胞型和內(nèi)皮細胞型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的方法。在對記憶的生理機制的研究中，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胞中可阻止相應(yīng)細胞中LTP的形成，而其相鄰的細胞不受影響。B50或稱生長相關(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，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，蛋白磷酸化是一個非常重要的過程。Serrano(1995) 用PKC抑制劑Chelerythrine證實能破壞一日齡小雞在一次性回避反應(yīng)訓練中長時記憶的形成。