海馬mGluRs的表達(dá)與大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力

李玉秀，楊東偉

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海馬mGluRs的表達(dá)與大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力

李玉秀1,2，楊東偉1

摘要：目的研究大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力與海馬代謝型谷氨酸受體(mGluRs)表達(dá)相關(guān)性。方法將90只健康雄性大鼠隨機(jī)分為空白對照組、小強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組各30只，連續(xù)進(jìn)行5 d Morris水迷宮訓(xùn)練，7 d后更換站臺位置，再次進(jìn)行5 d Morris水迷宮訓(xùn)練，每輪訓(xùn)練結(jié)束2 h后，取材檢測海馬CA1區(qū)mGluR1、mGluR5表達(dá)。結(jié)果小強(qiáng)度組及大強(qiáng)度組大鼠再次訓(xùn)練后平均逃避潛伏期均比首輪訓(xùn)練后顯著縮短；小強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組在首輪訓(xùn)練和再次訓(xùn)練后，CA1區(qū)mGluR1、mGluR5表達(dá)均明顯增高；小強(qiáng)度組再次訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR1升高幅度明顯比首輪訓(xùn)練低，大強(qiáng)度組再次訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR1表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義；小強(qiáng)度組兩輪訓(xùn)練海馬CA1區(qū)mGluR5表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，大強(qiáng)度組再次訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR5升高幅度明顯比首次訓(xùn)練高。結(jié)論大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力與mGLURs表達(dá)變化相關(guān)，其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：空間學(xué)習(xí)記憶；谷氨酸受體；海馬；大鼠

作者單位：1.河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，河南洛陽 471003

2.河南推拿職業(yè)學(xué)院，河南洛陽 471023

學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練對于動物的學(xué)習(xí)記憶能力有著重要作用[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練能夠改善阿爾茨海默癥、癲癇等病理模型動物的空間學(xué)習(xí)記憶能力。在學(xué)習(xí)記憶過程中， mGluR1(metabotropic glutamate receptors, mGluRs) 發(fā)揮著重要作用， mGluR1受到抑制可以損害學(xué)習(xí)與記憶功能[3-4]，但也有證據(jù)表明，抑制mGluR1并不能導(dǎo)致所有形式的學(xué)習(xí)與記憶功能的損害。mGluR1在某些類型的學(xué)習(xí)與記憶過程中的作用也有所不同[5]，而mGluR1拮抗劑可能是有效的記憶功能促進(jìn)劑[6]，其能夠提高動物某些學(xué)習(xí)與記憶功能[7]。同時，研究發(fā)現(xiàn)mGluR5特異性激動劑能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，對腦缺血后的神經(jīng)組織具有保護(hù)作用[8]，而抑制mGluR5對于某些類型的學(xué)習(xí)與記憶功能并沒有明顯的損傷作用[7]。空間學(xué)習(xí)記憶能力與訓(xùn)練的強(qiáng)度有著密切關(guān)系，而且mGluRs可能在其中也發(fā)揮著重要的作用。因此，我們擬通過對大鼠進(jìn)行Morris水迷宮訓(xùn)練，探討預(yù)先訓(xùn)練對大鼠空間學(xué)習(xí)記憶及其與mGluRs之間的關(guān)系。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動物及分組成年雌性Sprague-Dawley(SD)大鼠90只(由河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物中心提供)，體質(zhì)量(240±20) g，飼養(yǎng)室溫(24±1) ℃，12 h光照，12 h黑暗，自由飲食。隨機(jī)分為空白對照組、小強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組各30只。

1.2主要的試劑和儀器mGluR1抗體、mGluR5抗體(美國abcam公司)，PV9000試劑盒、DAB試劑盒(北京中杉生物工程有限公司)，圖像采集(日本尼康顯微圖像系統(tǒng))，MT-200 Morris水迷宮視頻跟蹤分析系統(tǒng)(成都泰盟科技有限公司)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法Morris水迷宮行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，各組大鼠飼養(yǎng)適應(yīng)7 d后，小強(qiáng)度和大強(qiáng)度組大鼠進(jìn)行Morris水迷宮行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。從站臺所在象限的對側(cè)象限開始，小強(qiáng)度組每天游泳1輪，游完4個象限，大強(qiáng)度組每天訓(xùn)練2輪，兩組連續(xù)訓(xùn)練5 d。訓(xùn)練周期結(jié)束2 h各組取6只大鼠做心臟灌流，用4%多聚甲醛灌注腦組織，取腦并做石蠟包埋。其余大鼠在飼養(yǎng)7 d，再次啟動Morris水迷宮行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，游泳訓(xùn)練強(qiáng)度同首次訓(xùn)練。訓(xùn)練周期結(jié)束2 h內(nèi)做心臟灌流，用4%多聚甲醛灌注腦組織，取腦并做石蠟包埋，mGluR1及mGluR5表達(dá)采用免疫組織化學(xué)法，操作方法按照abcam公司手冊進(jìn)行檢測，統(tǒng)計分析mGluR1及mGluR5表達(dá)的平均光密度值。

2結(jié)果

2.1Morris水迷宮定位航行平均潛伏期比較小強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組首次和再次訓(xùn)練過程中，隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加，大鼠平均逃避潛伏期均逐漸縮短，與首次訓(xùn)練相比，再次訓(xùn)練后大鼠平均逃避潛伏期顯著縮短。結(jié)果表明，訓(xùn)練可以顯著提高大鼠空間學(xué)習(xí)與記憶能力，見圖1和圖2。

①與首次訓(xùn)練相比P<0.05。圖1　小強(qiáng)度水迷宮訓(xùn)練平均潛伏期

①與首次訓(xùn)練相比P<0.05。圖2　大強(qiáng)度水迷宮訓(xùn)練平均潛伏期

2.2小強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR1表達(dá)比較小強(qiáng)度組首次和再次水迷宮訓(xùn)練后大鼠海馬CA1區(qū)mGluR1的表達(dá)均顯著增加(P<0.05)，與首次水迷宮訓(xùn)練相比較，再次訓(xùn)練后大鼠海馬CA1區(qū)mGluR1的表達(dá)較低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見圖3。

①與對照組比較P<0.05；②與再次訓(xùn)練比較P<0.05。圖3　小強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR1比較

2.3大強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR1表達(dá)比較大強(qiáng)度組首次和再次水迷宮訓(xùn)練后大鼠海馬CA1區(qū)mGluR1的表達(dá)與空白對照組相比均顯著增加(P<0.05)。但兩次水迷宮訓(xùn)練后相比，海馬CA1區(qū)mGluR1表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見圖4。

①與對照組比較P<0.05。圖4　大強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR1比較

2.4小強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR5表達(dá)比較小強(qiáng)度組大鼠兩輪水迷宮訓(xùn)練后大鼠海馬CA1區(qū)mGluR5的表達(dá)與空白對照組相比均顯著升高(P<0.05)，但兩次水迷宮訓(xùn)練后相比海馬CA1區(qū)mGluR5的表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見圖5。

①與對照組比較P<0.05。圖5　小強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR5比較

2.5大強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR5表達(dá)比較大強(qiáng)度組大鼠兩輪水迷宮訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR5的表達(dá)與空白對照組相比均顯著升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。與首次訓(xùn)練相比，再次水迷宮訓(xùn)練后大鼠海馬CA1區(qū)mGluR5的陽性表達(dá)明顯較高(P<0.05)，見圖6。

2.6大鼠海馬CA1區(qū)mGluR1和mGluR5的表達(dá)小強(qiáng)度組首次訓(xùn)練大鼠CA1區(qū)mGluR1陽性表達(dá)細(xì)胞比空白組多，再次訓(xùn)練后大鼠CA1區(qū)mGluR1的陽性表達(dá)細(xì)胞比空白對照組多，再次訓(xùn)練CA1區(qū)mGluR1的陽性表達(dá)細(xì)胞少。小強(qiáng)度組首次訓(xùn)練和再次訓(xùn)練大鼠和空白對照組大鼠CA1區(qū)mGluR5的陽性表達(dá)細(xì)胞比空白組多，首次訓(xùn)練和再次訓(xùn)練CA1區(qū)mGluR5的陽性表達(dá)表達(dá)細(xì)胞也增多。大強(qiáng)度組大鼠首次訓(xùn)練和再次訓(xùn)練CA1區(qū)mGluRR5的陽性表達(dá)細(xì)胞均比空白對照組多，首次訓(xùn)練和再次訓(xùn)練比較，再次訓(xùn)練大鼠CA1區(qū)mGluR5的陽性表達(dá)細(xì)胞比預(yù)先訓(xùn)練組多，見圖7。

①與對照組比較P<0.05；②與再次訓(xùn)練比較P<0.05。圖6　大強(qiáng)度組海馬CA1區(qū)mGluR5比較

A～E mGluR1陽性表達(dá)細(xì)胞(A：空白對照，B：小強(qiáng)度預(yù)先訓(xùn)練，C：小強(qiáng)度再次訓(xùn)練，D：大強(qiáng)度預(yù)先訓(xùn)練，E：大強(qiáng)度再次訓(xùn)練 ) ；F～J mGluR5陽性表達(dá)細(xì)胞(F：空白對照，G：小強(qiáng)度預(yù)先訓(xùn)練，H：小強(qiáng)度再次訓(xùn)練，I：大強(qiáng)度預(yù)先訓(xùn)練，J：大強(qiáng)度再次訓(xùn)練)標(biāo)尺=50 μm。圖7　mGluR1 和 mGluR5陽性表達(dá)細(xì)胞(SP，×400)

3討論

運(yùn)動訓(xùn)練是預(yù)防和延緩腦衰老的一種有效方法，合理的運(yùn)動訓(xùn)練能夠促進(jìn)新陳代謝、改善認(rèn)知功能、提高機(jī)體免疫力，對學(xué)習(xí)記憶有良好的作用[9]。學(xué)習(xí)與記憶的核心問題在于研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸可塑性。谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最多的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)70%的突觸傳遞。mGluRs1在大鼠海馬內(nèi)均分布豐富[10]，在突觸可塑性及學(xué)習(xí)與記憶過程中發(fā)揮著重要作用[11-12]，mGluR1受到抑制可以損害學(xué)習(xí)與記憶功能[13-14]。而mGluR5和mGluR1有很多相似的功能，但這兩種受體的作用并不完全相同，他們在中樞神經(jīng)系統(tǒng)分別發(fā)揮其特有的作用。

本研究結(jié)果顯示再次訓(xùn)練后大鼠平均逃避潛伏期明顯縮短，其空間學(xué)習(xí)記憶能力顯著提高。同時，大鼠mGluR1和mGluR5的表達(dá)均有明顯變化。本研究中小強(qiáng)度訓(xùn)練時，首次和再次訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR1 和mGluR5均明顯增加，但再次訓(xùn)練后mGluR1增加幅度明顯比首次訓(xùn)練后較低，而兩輪訓(xùn)練后mGluR5的增加幅度無差異。大強(qiáng)度訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR1和mGluR5也均有明顯增加，而與小訓(xùn)練量組大鼠不同，兩輪訓(xùn)練后海馬CA1區(qū)mGluR1的增加幅度無明顯差異，而mGluR5再次訓(xùn)練后表達(dá)進(jìn)一步增加，這可能涉及影響大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力。

Bhardwaj等[15]研究使mGluR激動劑去羥苯乙二醇(dehydroxy-phenylglycol, DHPG)誘導(dǎo)的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶顯著減少，從而改變mGluR1蛋白水平，或者影響mGluR1的蛋白激酶信號通路，DHPG誘導(dǎo)的長時程抑制顯著減弱。并且，mGluR1可以調(diào)節(jié)海馬CA1區(qū)頂樹突和基樹突的晚期長時程增強(qiáng)，而mGluR5對海馬CA1區(qū)頂樹突的晚期LTP具有調(diào)節(jié)作用[16]。本研究顯示海馬CA1區(qū)mGluR1和mGluR5在空間學(xué)習(xí)與記憶中均發(fā)揮著重要的作用，但兩者在空間學(xué)習(xí)與記憶中的作用應(yīng)有所不同。mGluR1和mGluR5在新異信息的學(xué)習(xí)或?qū)W習(xí)與記憶的初始階段均發(fā)揮作用，而mGluR5對于學(xué)習(xí)記憶的鞏固與強(qiáng)化也有重要作用，其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

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The Relationship between the Hippocampal mGluRs Expression and the Rat Spatial Learning and Memory Ability

LI Yu-xiu1，2, YANG Dong-wei1

(1.Medical College, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003,China；2.Henan Vocational College of Traditional Chinese Massage, Luoyang 471023,China)

Abstract:ObjectiveTo research the relationship between the rat spatial learning and memory ability and expression of metabotropic glutamate receptors (mGluRs)in hippocampus. Methods90 healthy male rats were randomly divided into blank control group, small intension training group, and large intension training group by Morris water maze with 30 rats, respectively. After 7 d of first 5 d training Morris water maze had been training again for 5 d through replacement platform position. After the end 5 d training period, the expression of mGluR1 and mGluR5 has been detected in CA1 area of hippocampal by immunohistochemistry. ResultsThe training average escape latency of rats in small intension training group and large intension training group after the second training was significantly shortened after the first training. The small intension training group and large intension training group after the training, mGluR1 and mGluR5 expression in CA1 area was significantly increased. The rising extent of mGluR1 in small intension training group after the second training was obviously lower than the first training in hippocampal CA1 area, but non difference in large intension training group.The mGluR5 expression of small intension training group after two training was no significant difference in hippocampal CA1 area. However, the mGluRs expression after the second training was higher than that in the first training.ConclusionThe same type training can improve the spatial learning and memory of rats through changing the mGluRs expression, but the mechanism need a further study.

Key words:spatial learning and memory；glutamate receptor；hippocampus；rat

通信作者：楊東偉，男，博士，副教授，E-mail：77725043@qq.com

作者簡介：李玉秀(1978-)，男，青海民和人，講師，從事腦的學(xué)習(xí)記憶功能研究工作。

收稿日期：2016-01-04

中圖分類號：Q427，Q257

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15926/j.cnki.issn1672-688x.2016.01.003

文章編號：1672-688X(2016)01-0008-04