星形膠質(zhì)細(xì)胞興奮在鑭暴露子代大鼠學(xué)習(xí)記憶功能損傷中的作用研究.pdf

1、目的
　　稀土元素(rareearthelements，REEs)由元素周期表中原子序數(shù)57～71的15個(gè)鑭系元素及其同族的鈧和釔組成。目前，REEs已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、涂料、電子、能源、燃料添加劑和現(xiàn)代生物醫(yī)藥等各個(gè)方面。大量的REEs進(jìn)入到環(huán)境中，可以通過消化道、呼吸道等途徑進(jìn)入人體并在組織器官中積累。血液循環(huán)中的REEs可以通過血腦屏障并在腦內(nèi)蓄積，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)(centralnervoussystem，CNS

2、)的損傷和功能障礙。中國稀土礦區(qū)兒童的平均智商、注意力和學(xué)習(xí)能力低于正常對(duì)照地區(qū)兒童。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，REEs可損害受試動(dòng)物CNS發(fā)育，導(dǎo)致神經(jīng)元的形態(tài)和結(jié)構(gòu)異常，學(xué)習(xí)記憶功能低下。
　　鑭是一種廣泛使用的REEs，化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，具有較強(qiáng)的生物學(xué)活性，故經(jīng)常被用作REEs的代表來探討其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的不良影響。研究表明，鑭可在腦中蓄積，并通過影響腦的微量元素分布，促進(jìn)氧化應(yīng)激、干擾Ca2+、酶和神經(jīng)遞質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，

3、損害認(rèn)知功能。每天注射高劑量鑭可使雛雞的長(zhǎng)時(shí)記憶明顯受損，長(zhǎng)期利用鑭染毒也可使大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力下降。提示鑭對(duì)CNS的毒性作用、特別是對(duì)認(rèn)知能力的影響不容忽略。
　　在發(fā)育成熟的大腦中，膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量約占腦細(xì)胞總數(shù)的90％:其中又以星形膠質(zhì)細(xì)胞(Astrocyte，AC)占大多數(shù)（為腦細(xì)胞的40％-60％）。AC存在以細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度為媒介的可興奮性，并與突觸前和突觸后神經(jīng)元一起形成了三重突觸。當(dāng)突觸前神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸(

4、glutamate，Glu)，它激活A(yù)C上的代謝型谷氨酸受體5(mGluR5)，谷氨酸與mGluR5相互作用使磷脂酶C(phospholipasec，PLC)活化，胞液內(nèi)肌醇-1，4，5-三磷酸(inositol-1，4，5-triphosphate，IP3)的濃度升高并激活胞內(nèi)“鈣庫”——內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的IP3受體，使Ca2+通道開放，導(dǎo)致胞液內(nèi)的Ca2+迅速升高，當(dāng)鈣濃度超過某個(gè)臨界值時(shí)觸發(fā)多種神經(jīng)膠質(zhì)遞質(zhì)(gliotransmitte

5、rs)的釋放，作用于突觸前，后膜的相應(yīng)受體發(fā)揮增強(qiáng)或抑制突觸傳遞的作用。
　　AC的興奮不只局限于單個(gè)細(xì)胞，還可通過Cx43、Cx30等縫隙連接蛋白構(gòu)成的縫隙連接(gapJunction，GJ)傳播至周圍細(xì)胞，形成“鈣波”，對(duì)神經(jīng)元的活動(dòng)做出協(xié)調(diào)一致的反應(yīng)。
　　在本研究中，我們自雌鼠妊娠至仔鼠斷乳后一個(gè)月期間給予氯化鑭(lanthanumchloride，LaCl3)，建立LaCl3染毒的子代動(dòng)物模型。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用神經(jīng)

6、行為學(xué)、分子生物學(xué)等方法探討鑭對(duì)AC興奮的影響及AC興奮在鑭暴露仔鼠學(xué)習(xí)記憶功能損傷中的作用。
　　方法
　　由中國醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供的實(shí)驗(yàn)用Wistar雌性大鼠60只，體重240±10g。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室溫度17-23℃，相對(duì)濕度45％-55％，動(dòng)物飼料由實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。隨機(jī)將雌鼠分為對(duì)照組（飲用蒸餾水）;0.125％劑量染鑭組（飲用含0.125％LaCl3的蒸餾水溶液）、0.25％劑量染鑭組（飲用含0.25％LaCl3

7、的蒸餾水溶液）、0.5％劑量染鑭組（飲用含0.5％LaCl3的蒸餾水溶液）和1.0％劑量染鑭組（飲用含1.0％LaCl3的蒸餾水溶液），每組12只動(dòng)物。然后將雌雄大鼠按1∶1合籠，次日晨發(fā)現(xiàn)陰栓者定位受孕，記為妊娠第0d，以自由飲水方式對(duì)各實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物進(jìn)行染鑭。子代大鼠在斷乳之前經(jīng)由母體血循環(huán)和吸吮母乳染鑭，斷乳后則通過自由飲水?dāng)z入。至斷乳后1個(gè)月結(jié)束，然后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定:采用神經(jīng)行為學(xué)測(cè)試方法測(cè)定仔鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，采用實(shí)時(shí)定量PCR

8、法測(cè)定仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5、PLC、Cx43和Cx30mRNA轉(zhuǎn)錄水平，采用Westernblot法測(cè)定仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5、PLC、Cx43和Cx30蛋白表達(dá)水平，采用酶聯(lián)免疫分析(ELISA)法測(cè)定仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量，采用Fura-2熒光探針法檢測(cè)仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+濃度。
　　結(jié)果
　　1、氯化鑭對(duì)仔鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響
　　在Morris水迷宮

9、定位航行試驗(yàn)中，LaCl3染毒組仔鼠逃避潛伏期和游泳距離顯著高于對(duì)照組;空間探索試驗(yàn)中，LaCl3染毒組仔鼠進(jìn)入目標(biāo)象限的次數(shù)均顯著少于對(duì)照組;0.25％、0.5％以及1.0％LaCl3劑量組仔鼠在目標(biāo)象限內(nèi)的時(shí)間明顯短于對(duì)照組。
　　2、氯化鑭對(duì)mGluR5，PLC，Cx43和Cx30表達(dá)水平的影響
　　0.125％劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5mRNA，PLCmRNA，Cx43mRNA和Cx30mRNA轉(zhuǎn)錄

10、水平顯著高于對(duì)照組;0.25％劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5mRNA，PLCmRNA，Cx43mRNA和Cx30mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著高于對(duì)照組和0.125％劑量組;0.5％劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5mRNA，PLCmRNA，Cx43mRNA和Cx30mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著高于對(duì)照組、0.125％劑量組和0.25％劑量組;1.0％劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5mRNA，PLCmRNA，Cx43m

11、RNA和Cx30mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著高于對(duì)照組、0.125％劑量組、0.25％劑量組和0.5％劑量組。LaCl3組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5，PLC，Cx43和Cx30蛋白表達(dá)顯著高于對(duì)照組，且具有劑量反應(yīng)關(guān)系。
　　3、氯化鑭對(duì)仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量的影響
　　0.125％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量與對(duì)照組無顯著性差異，0.25％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞

12、IP3含量顯著高于對(duì)照組和0.125％LaCl3劑量組，0.5％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量顯著高于對(duì)照組和0.125％、0.25％LaCl3劑量組，1.0％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量顯著高于對(duì)照組和0.125％、0.25％以及0.5％LaCl3劑量組。
　　4、氯化鑭對(duì)仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+濃度的影響
　　0.125％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞C

13、a2+濃度顯著高于對(duì)照組;0.25％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+濃度顯著高于對(duì)照組和0.125％LaCl3劑量組;0.5％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+濃度顯著高于對(duì)照組和0.125％、0.25％LaCl3劑量組;1.0％LaCl3劑量組仔鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+濃度顯著高于對(duì)照組和0.125％、0.25％以及0.5％LaCl3劑量組。
　　結(jié)論
　　1、亞慢性LaCl3染毒

14、導(dǎo)致子代大鼠學(xué)習(xí)記憶能力低下。
　　2、亞慢性LaCl3染毒導(dǎo)致子代大鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞mGluR5，PLC，Cx43和Cx30的mRNA轉(zhuǎn)錄水平和蛋白表達(dá)水平升高。
　　3、亞慢性LaCl3染毒引起子代大鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞IP3含量增高。
　　4、亞慢性LaCl3染毒引起子代大鼠大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)細(xì)胞Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡。
　　5、亞慢性LaCl3染毒可致星形膠質(zhì)細(xì)胞過度興奮，其可能是鑭造成學(xué)習(xí)記憶損傷