慢性鋁暴露對(duì)大鼠海馬LTP及MAPK-ERK生物活性的影響.pdf

1、目的：鋁是地球上含量最豐富的元素之一，鋁雖非高毒性金屬，但大量蓄積可產(chǎn)生毒性作用。國(guó)內(nèi)外許多流行病學(xué)調(diào)查和研究表明，鋁能夠?qū)е律窠?jīng)元損傷，造成學(xué)習(xí)記憶障礙。鋁還與很多神經(jīng)系統(tǒng)的疾病相關(guān)，鋁的神經(jīng)毒性作用已日益引起人們的高度重視。 學(xué)習(xí)記憶的機(jī)制是十分復(fù)雜的，海馬是學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵區(qū)域，海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，IXP)是NMDA受體依賴性突觸傳遞效能的持續(xù)性增強(qiáng)，是公認(rèn)的學(xué)習(xí)記憶功能在突觸水平

2、的研究模型和細(xì)胞基礎(chǔ)。通常LTP主要分為2個(gè)階段：早期LTP和晚期LTP。早期LTP不需要新的蛋白質(zhì)合成，而晚期LTP需要全新的mRNA和蛋白質(zhì)合成，與長(zhǎng)期記憶相關(guān)。 目前研究證實(shí)：有絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)途徑對(duì)于突觸可塑性具有十分重要的作用。該途徑的成分在成年動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高度豐富，尤其在與學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的腦區(qū)(如海馬、新皮層和小腦)；許多MAPK/ERK調(diào)節(jié)子(例如N-Ras

3、、B-Raf、Rapl等等)的表達(dá)很大程度上局限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。研究表明MAPK/ERK在誘導(dǎo)基因表達(dá)上有著關(guān)鍵性的作用，提示MAPK/ERK可調(diào)節(jié)突觸和神經(jīng)元的可塑性及長(zhǎng)時(shí)程記憶形成。在動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中的MAPK/ERK的功能研究中，MAPK/ERK參與LTP及學(xué)習(xí)和記憶的研究是最熱門的研究領(lǐng)域。 MAPK家族是細(xì)胞內(nèi)相當(dāng)保守的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在哺乳動(dòng)物中，MAPK家族主要包括三個(gè)通路：MAPK/ERK、SAPK/J

4、NK和P38 MAPK。研究證實(shí)，MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)，在將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，并引起細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)(如細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等)的過程中具有至關(guān)重要的作用。因此，本文以MAPK/ERK為核心，在電生理、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和分子生物學(xué)三個(gè)水平上，以在體慢性長(zhǎng)期染毒的方式對(duì)鋁的神經(jīng)毒性進(jìn)行了綜合的探討，為研究學(xué)習(xí)記憶的機(jī)制提供有力證據(jù)，將鋁中毒研究進(jìn)一步推向前進(jìn)。材料和方法一、動(dòng)物模型的建立選擇斷乳后30克Wi

5、tar大鼠40只(由本校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供)，隨機(jī)分為4組，每組10只。4組分別為：對(duì)照組(給予蒸餾水)、低劑量組(給予0．2％AC13水溶液，蒸餾水配制)、中劑量組(給予0.4％A1C13水溶液，蒸餾水配制)高劑量組(給予0.6％A1C13水溶液，蒸餾水配制)。各組通過自由飲水?dāng)z入A1C13，連續(xù)染毒90天。動(dòng)物室溫度18～23℃，相對(duì)濕度45～55％。 二、試驗(yàn)方法: 使用電生理儀器進(jìn)行LTP測(cè)定。采用放射性同位素32

6、p方法測(cè)定各組MAPK/ERKs活性；使用Western-Blot測(cè)定各組海馬ERKs含量變化；利用RT-PCR技術(shù)測(cè)定ERK2的mRNA表達(dá)。 結(jié)果： 1．慢性鋁暴露損害大鼠海馬CA1區(qū)LTP的形成，并呈劑量依賴關(guān)系。 2．慢性鋁暴露使MAPK的活性降低。 3．慢性鋁暴露使ERK1/2的蛋白含量和活性降低。 4．慢性鋁暴露使ERK2的mRNA表達(dá)顯著降低。 討論: 長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(L

7、TP)是研究學(xué)習(xí)記憶的重要生理模型，是學(xué)習(xí)記憶的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)證明，長(zhǎng)期慢性的鋁暴露抑制了LTP的形成，并且鋁暴露的濃度越大，對(duì)LTP的抑制作用則越強(qiáng)。LTP的形成需要很多的蛋白激酶的參與。其中早期LTP需要對(duì)突觸蛋白質(zhì)進(jìn)行共價(jià)修飾和蛋白質(zhì)通訊，但不需要新的蛋白質(zhì)合成；晚期IXP需要全新的mRNA和蛋白質(zhì)合成。 MAPK/ERKs在學(xué)習(xí)與記憶中的重要作用已被證實(shí)。MAPK/ERKs可通過激活CREB影響基因的表達(dá)，從而影響行為動(dòng)物腦中LT

8、P的形成和維持，進(jìn)而影響中樞神經(jīng)突觸的可塑性和長(zhǎng)時(shí)記憶的形成。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鋁暴露可使MAPKs的活性降低，其蛋白含量也比對(duì)照組少。在海馬中，MAPK/ERKs主要為ERK2，鋁暴露各組中的ERK2 mRNA表達(dá)水平與對(duì)照組相比明顯降低。 綜上所述，慢性鋁暴露除了可影響MAPK/ERK的生物活性外，并且可通過影響基因表達(dá)而影響其蛋白的表達(dá)，對(duì)學(xué)習(xí)記憶的損害深遠(yuǎn)而持久。隨著鋁暴露濃度的增高，這種損害作用更加明顯。提示我們，在日常