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环境诱导脑听觉功能可塑性的细胞分子机制

朱小青  
【摘要】:脑在出生后要经历一个快速的发育关键期(Development plasticity),在此期间,脑的结构和功能极易受环境、经验影响,表现出极大的可塑性。大量的研究已证明,生后环境、经验在脑的早期可塑性中起关键作用。然而,环境经验能否在成年期诱导类似关键期的可塑性,以往却很少报道。近期研究发现,对关键期可塑性已经关闭的成年动物施加中等强度连续宽频噪声(Continuous broadband noise)暴露后,成年大鼠初级听皮层神经元听反应呈现类似于发育关键期的反应特征。本论文以生后早期脉冲噪音暴露后经丰富环境饲养的大鼠,和成年后中等强度连续窄频噪音暴露动物为模型,以初级听皮层LTP和听觉中枢兴奋性和抑制性受体亚单位蛋白质表达为指标,研究了环境诱导成年听皮层突触可塑性的细胞分子机制。 论文主要包括以下三个部分: 一、丰富环境改善生后早期脉冲噪声暴露对大鼠听皮层长时程增强(LTP)效应损伤的细胞分子机制 生后第10天的SD幼鼠同母鼠一同放置于脉冲噪音环境中暴露至38天,再放入丰富环境中暴露至66天龄开始相关实验,对照动物组为同龄的噪声暴露组动物和正常饲养动物。实验采用电生理学和分子生物学方法,研究成年后丰富环境对生后早期噪声暴露所致听皮层可塑性的影响。电生理学方法为离体脑片技术,通过TBS刺激白质诱导听皮层LTP,结果显示,成年后的丰富环境改善了生后早期脉冲噪声暴露对听皮层LTP的损伤,使损伤的听皮层LTP得到逆转。分子生物学蛋白免疫印迹技术检测大鼠听皮层相关蛋白量变化,结果显示丰富环境暴露后听皮层兴奋性NMDA受体亚单位NR2A、NR2B和抑制性GABAA受体亚单位α1蛋白表达恢复到正常动物的表达水平,NR2A/NR2B和GABAAAαl/GABAAa3比值也有所提高,表明丰富环境逆转了生后早期脉冲噪声暴露导致的听皮层某些兴奋性及抑制性受体亚单位蛋白表达降低。另外,成年后丰富环境暴露也逆转了早期噪音暴露造成的中脑下丘NMDA受体的亚单位的表达下降,并明显上调了下丘GABAA受体亚单位α1和α3蛋白表达,逆转了中脑.下丘兴奋性和抑制性比值。 二、成年后中等强度连续窄频噪音暴露增强听皮层长时程增强(LTP)效应 以成年SD雌鼠为听觉实验模型,实验组(EXP)为成年大鼠,生后第8周开始给予中等强度连续窄频噪音暴露至第14周用于实验,对照组动物为同龄的正常条件下饲养的雌鼠(CON)和3周龄的幼年大鼠(JUV)。采用电生理学离体脑片技术,观察成年后中等强度窄频噪声暴露对诱导大鼠听皮层长时程增强效应的影响。离体脑片记录结果表明,实验组动物在窄频噪声频率覆盖的听皮层后部诱导的LTP显著高于前部,而CON组与JUV组动物的各自前、后部LTP则无显著性差异,提示成年后连续窄频噪音暴露改变了听皮层(后部)的突触可塑性。NMDA受体拮抗剂APV和AMPA受体拮抗剂DNQX均可显著地抑制CON组与EXP组动物听皮层诱导的LTP。相同浓度拮抗剂对EXP组动物LTP抑制作用低于CON组。以上结果提示,NMDA和AMPA受体可能参与介导成年后连续窄频噪声暴露诱导的听皮层LTP呈现类似于发育关键期的“重启”过程。 三、成年后中等强度连续窄频噪音暴露改变听皮层受体蛋白表达 本实验通过蛋白免疫印迹技术,考察成年后中等强度窄频噪声暴露对听皮层兴奋性NMDA受体、AMPA受体亚单位和抑制性GABAA受体亚单位蛋白表达的影响。同上一章,成年动物生后第八周开始中等强度连续窄频暴露6周后开始用于实验。结果显示,听皮层AMPA受体亚单位GluR2的表达上升,并接近于幼年动物水平;NMDA受体NR2A/NR2B比值上升NR2A、GABAAAα1、GABAAβ2表达下降;α1/α3和β2/β3表达比值均更接近于幼年动物表达水平,兴奋性受体/抑制性受体比值也明显上升。结果提示听皮层兴奋性受体和抑制性受体亚单位表达平衡变化可能是成年后听皮层“重启”类似于关键期可塑性的重要细胞分子机制之一。 综上所述,特定环境声音暴露对动物听觉系统发育起着重要的作用。听觉经验可能通过改变中枢听觉系统兴奋性和抑制性系统平衡来影响听觉中枢功能发育。研究结果不仅具重要理论意义,也为治疗、康复脑功能障碍提供了实验依据,具有现实的指导意义和积极的应用前景。


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