海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元形態(tài)發(fā)育研究進展

賀立新，盧大華

（1.湘潭職業(yè)技術學院，湖南 湘潭 411104；2.中南大學，湖南 長沙 410006）

大腦海馬位于腦顳葉，因彎曲形狀似海馬而得名，它的主要功能有：學習、記憶、空間導航以及調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌和自主神經(jīng)活動[1]。目前，海馬是大腦研究最多最廣泛的區(qū)域，CA3區(qū)錐體神經(jīng)元發(fā)育的研究已經(jīng)得到了相當?shù)年P注，突觸活性的長時程增強[2]（1ong-term potentiation，LTP）是對海馬突觸可塑性研究的經(jīng)典模型，是與學習記憶密切相關的神經(jīng)突觸可塑性的生物學基礎[3]。

海馬體是大腦中興奮發(fā)作閾值很低的部位，很多精神性疾?。ū热绨d癇）的發(fā)作與其關系較大，另外，在阿茲海默病中，海馬也是首先受到損傷的區(qū)域：表現(xiàn)癥狀為記憶力衰退以及方向知覺的喪失，這類患者非常“健忘”[4]。相關損害可引起海馬區(qū)錐體神經(jīng)元萎縮（樹突長度縮短）、樹突棘密度降低，從而導致出現(xiàn)記憶問題和迷惑癥狀[5]；雙側(cè)海馬損害則無法形成或保留新的記憶，導致順行性遺忘。在海馬神經(jīng)元樹突尤其是樹突棘上，存在有大量小電導鈣激活鉀通道，這種通道可能與超極化后電位相關，對錐體神經(jīng)元的興奮起非常重要的作用，而且這種通道的分布密度決定興奮性的大小，很多神經(jīng)精神性疾病與錐體神經(jīng)元樹突上的這種鉀離子通道有關[6]，樹突上鉀通道數(shù)目的減少與活性降低可以導致樹突神經(jīng)元興奮性增高，從而產(chǎn)生神經(jīng)元的持續(xù)放電，在慢性應激模型的研究中，應激組大鼠海馬CA3錐體細胞數(shù)量明顯減少，樹突總長度明顯縮短，不僅如此，CA3區(qū)錐體細胞的超微結(jié)構(gòu)也有明顯改變：細胞體積變小、固縮、胞漿凝固、密度增加、細胞器模糊不清，數(shù)量減少。這些結(jié)構(gòu)的改變，表明海馬CA3區(qū)錐體細胞功能的降低。但是這種慢性應激對海馬損傷的具體機制尚不清楚，這種損傷機制目前認為可能與高糖皮質(zhì)激素血癥有關。有報道從化學介質(zhì)角度研究研究海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：鈣結(jié)合素（calbindin，CB）與人胎海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)含神經(jīng)元的發(fā)育有關[7]，其中鈣結(jié)合蛋白：小白蛋白（parvalbumin）可以影響免疫反應性（PV-IR）神經(jīng)元的發(fā)育，PV-IR神經(jīng)元染色及突起分支隨著胎齡增大而逐漸增加，與此同時多極神經(jīng)元的數(shù)量也逐漸增加。小白蛋白（PV）的含量在老年性癡呆、癲癇等疾病中發(fā)生明顯變化，PV含量的變化可通過調(diào)節(jié)GABA神經(jīng)元的放電活動來改變局部區(qū)域神經(jīng)元的活動，PV在特定神經(jīng)元內(nèi)的存在具有重要的機能意義。有實驗通過免疫組織化學技術對正常大鼠海馬的光鏡觀察，發(fā)現(xiàn)在海馬錐體神經(jīng)元內(nèi)廣泛分布有5-羥色胺（5-HT）遞質(zhì)，該遞質(zhì)可影響神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生突觸前易化和長時敏感化，并可以使神經(jīng)元內(nèi)的c-AMP濃度明顯升高，進而激活有關調(diào)節(jié)基因和效應的轉(zhuǎn)錄和表達，使細胞合成更多的蛋白質(zhì)及調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)的變化。因此，當神經(jīng)活動時，在固定的神經(jīng)環(huán)路，只要改變遞質(zhì)的表型而無需形成新的突觸就可以改變信息的交流，在腦缺血動物模型中，短暫性腦缺血可導致海馬區(qū)神經(jīng)元發(fā)生遲發(fā)型死亡，引起海馬區(qū)錐體神經(jīng)元發(fā)生不同程度的病理生理改變：錐體細胞排列疏松，層數(shù)減少，胞漿內(nèi)尼氏體消失、神經(jīng)纖維排列紊亂、細胞核變小、核仁消失，海馬區(qū)有明顯變性、壞死的錐體細胞；海馬錐體細胞的這種結(jié)構(gòu)改變影響其正常功能。

1 海馬分區(qū)

海馬皮質(zhì)根據(jù)其形態(tài)結(jié)構(gòu)差異，可分為四個亞區(qū)：即CA1、CA2、CA3、CA4，其中CA4區(qū)與齒狀回緊密相鄰，CA1區(qū)與下托相連接，錐體神經(jīng)元是海馬神經(jīng)元中的主神經(jīng)元，分布于海馬CA1～CA4區(qū)內(nèi)[8]。錐體神經(jīng)元長徑20～30μm，短徑10～20μm。CA1區(qū)排列2～3層，CA3區(qū)的細胞數(shù)是CA1區(qū)的1.5～2.0倍，排列疏松，最多可達10層；CA2區(qū)排列緊密，但不與苔蘚纖維（mossy fiber）形成突觸，只接受下丘腦乳頭上區(qū)的傳入纖維。海馬本部CA3區(qū)的錐體神經(jīng)元不僅能夠接受來自于苔狀纖維的傳入沖動外，還能夠接受其他皮質(zhì)（比如內(nèi)嗅皮質(zhì)Ⅱ?qū)樱┗蚱べ|(zhì)下結(jié)構(gòu)的傳入信息[8]。CA3區(qū)的主神經(jīng)元錐體神經(jīng)元數(shù)量多，且功能完善，是大腦海馬中重要的神經(jīng)元。

2 結(jié)構(gòu)發(fā)育

探索人體大腦海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的發(fā)育過程及其規(guī)律對研究大腦海馬的發(fā)育及其功能具有重要意義。CA3區(qū)神經(jīng)元錐體神經(jīng)元結(jié)構(gòu)發(fā)育是一個研究重點。Seress等[9]觀察了猴子海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的發(fā)育，錐體神經(jīng)元呈現(xiàn)增長性趨勢。賀曉舟等[13]通過電子顯微鏡對成年和老齡Wistar大鼠海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的微細研究發(fā)現(xiàn)：老齡組大鼠與成年組大鼠相比，其海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元出現(xiàn)明顯的形態(tài)學變化：核仁體積減少，核膜出現(xiàn)內(nèi)陷，線粒體腫脹、變性。該研究認為：大鼠海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的微細結(jié)構(gòu)在衰老過程中有退行性改變。李長雨等[10]通過HE和硫堇染色方法，觀察人胎海馬組織形態(tài)學發(fā)育，研究結(jié)論為：人體胎兒從17孕周開始錐體神經(jīng)元內(nèi)細胞層開始出現(xiàn)小部分尼氏體；尼氏體數(shù)量隨胎齡及細胞胞體體積增大而增加，顏色逐漸變深。寧薇等[11]通過對大鼠海馬CA3區(qū)椎體神經(jīng)元的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠神經(jīng)元樹突發(fā)育的關鍵時期是胚胎的第7－14天，在這一發(fā)育時期內(nèi)，錐體神經(jīng)元樹突干上的生長錐和樹突絲生長發(fā)育比較活躍，相互之間逐漸形成觸，因而隨胎齡增長整個樹突樹逐漸復雜并發(fā)育成熟；錐體神經(jīng)元在發(fā)育早期可以產(chǎn)生相對多的樹突絲以及生長錐，樹突絲和生長錐可以進行活躍的伸縮運動并與軸突相接觸，從而促使突觸的形成，突觸形成以后，樹突絲逐漸變粗變短，構(gòu)成相對穩(wěn)定的樹突棘，與此同時也形成了大量的興奮性突觸[12]?？傊?，在整個樹突的發(fā)育過程中：樹突絲、樹突棘、樹突樹的發(fā)育關聯(lián)密切而且至關重要。

3 功能

CA3區(qū)錐體神經(jīng)元相關功能作用也是一個研究重點。Seress等[13]報道了猴子海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元形態(tài)的發(fā)育，海馬CA3錐體神經(jīng)元隨胎齡呈現(xiàn)增長性趨勢。吳金英等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠發(fā)育早期階段，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子分布于海馬CA3錐體神經(jīng)元細胞間質(zhì)，而生后10～20天的發(fā)育期內(nèi)，海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元可合成腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，并且該營養(yǎng)因子可沿錐體神經(jīng)元軸突順行運輸、傳遞信息。王斌等研究發(fā)現(xiàn)，延遲整流鉀電流（IK）在大鼠海馬錐體神經(jīng)元的發(fā)育過程中逐漸增加，并伴隨有通道激活動力學和藥理學特性的改變，這種變化可能對促進海馬錐體神經(jīng)元的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育成熟以及逐步增強海馬神經(jīng)元相應的認知功能密切相關。

海馬錐體神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)育、軸突的生長以及突觸形成與修飾過程中另外一個非常重要的因素是：一氧化氮，一氧化氮可以引導神經(jīng)元軸突向靶細胞遷移并影響鄰近神經(jīng)元的生長發(fā)育與突觸形成[15]；與此同時，在海馬神經(jīng)元生長發(fā)育過程中，還伴隨磷酸化周期素依賴激酶2（CDK2）與磷酸化視網(wǎng)膜母細胞瘤（Rb）蛋白的相應增加，研究發(fā)現(xiàn)這些磷酸化細胞周期相關蛋白可能參與了海馬神經(jīng)元的凋亡，從而導致海馬神經(jīng)元數(shù)量隨年齡增加而逐漸減少。另外海馬內(nèi)的應激性調(diào)節(jié)因子促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子（CRF）也可能通過加速樹突棘的退縮，導致神經(jīng)元樹突丟失。吳金英等研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育早期大鼠海馬CA3區(qū)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子分布于細胞周圍間質(zhì)，而生后10～20天發(fā)育期間，CA3區(qū)錐體神經(jīng)元合成腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子并可沿神經(jīng)元軸突順行運輸、傳遞信息。王斌等研究發(fā)現(xiàn)，延遲整流鉀電流（IK）在大鼠海馬錐體神經(jīng)元的發(fā)育過程中逐漸增加，并伴隨有通道藥理學特性以及激活動力學特點的改變，這些特征性變化也在促進海馬錐體神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)成熟以及逐步增強認知功能有關。

4 結(jié)語

CA3區(qū)錐體神經(jīng)元是是海馬中的重要神經(jīng)元，數(shù)量多，功能完善。探索人體大腦海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的發(fā)育過程及其規(guī)律對研究大腦海馬錐體神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)育及其功能的完善具有非常重要的意義。然而，在現(xiàn)階段有關海馬神經(jīng)元發(fā)育的研究對象主要集中于大鼠、猴、兔等動物方面，而在人胎海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元形態(tài)發(fā)育過程的研究卻十分缺乏，隨著科學研究的進一步深入，人胎海馬CA3區(qū)錐體神經(jīng)元發(fā)育過程及其相關功能將逐漸得以闡明。

[1]MOZAFFARIAN F，JOGATAII MT，ALIZADEH A，et al.Post pubertal behavioral changes in rats with neonatal lesions of the ventral hippocampus[J].Saudi medical journal，2011，32（2）：192-194.

[2]PAN Z，LU XF，SHAO C，et al.The effects of sevoflurane anesthesia on rat hippocampus：A genomic expression analysis[J].Brain research，2011，1381：124-133.

[3]CONNOR SA，HOEFFER CA，KLANN E，et al.Fragile X mental retardation protein regulates heterosynaptic plasticity in the hippocampus[J].Learn Mem，2011，18（4）：207-220.

[4]SERESS L，RIBAK CE.Postnatal development of CA3pyramidal neurons and their afferents in the Ammon＇s horn of rhesus monkeys[J].Hippocampus，1995，5（3）：217-231.

[5]AMARAL DG，WITTER MP.The hippocampal formation.In：Paxinos G，editor.The rat nervous system[M].San Diego：Academic Press，1995：443-493.

[6]ANDRADE JP，LUKOYANOV NV，PAULA-BARBOSA MM.Chronic food restriction is associated with subtle dendritic alterations in granule cells of the rat hippocampal formation[J].Hippocampus[J].2002，12：149-164.

[7]APOSTOLOVA LG，DINOV ID，DUTTON RA，et al.3D comparison of hippocampal atrophy in amnestic mild cognitive impairment and Alzheimer＇s disease[J].Brain，2006，129：2867-2873.

[8]ASTUR R S，TAYLOR L B，MAMELAK A N，et al，Humans with hippocampus damage display severe spatial memory impairments in a virtual Morris water task[J].Science，2009，51（2）：1916.

[9]BAKKER A，KIRWAN CB，MILLER M，et al.Pattern separation in the human hippocampal CA3and dentate gyrus[J].Science，2008，319：1640-1642.

[10]BARTESAGHI R，SEVERI S.Effects of early environment on field CA3apyramidal neuron morphology in the guineapig[J].Neuroscience，2002，110：475-488.

[11]CHADWICK MJ，HASSABIS D，WEISKOPF N，et al.Decoding individual episodic memory traces in the human hippocampus[J].Curr Biol，2010：544-547.

[12]XU J，RONG S，XIE B，et al.Memory impairment in cognitively impaired aged rats associated with decreased hippocampal CREB phosphorylation：reversal by procyanidins extracted from the lotus seedpod[J].J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2010 ，65（9）：933-940.

[13]TALIAZ D，LOYA A，GERSNER R，et al.Resilience to chronic stress is mediated by hippocampal brain-derived neurotrophic factor[J].J Neurosci，2011，31（12）：4475-4483.

[14]CHENG XF，CAO Z，NING LB，et al.Quantitative proton magnetic resonance spectroscopy of human precentral gyrus and hippocampus[J].Absolute concentrations of metabolites，Neurosciences（Riyadh），2011，16（2）：168-169.

[15]SZILáGYI T，ORBáN-KIS K，HORVáTH E，et al.Morphological identification of neuron types in the rat hippocampus[J].Rom J Morphol Embryol，2011，52（1）：15-20.