中樞神經突觸長時程增強現象

劉軍英

一、LTP 的產生

1973 年Bliss和Lomo發現了突觸傳遞的長時程增強現象:當以一個或幾個頻率為10～20Hz,在串長為10～15s或頻率為100Hz,串長為3～4s 的電刺激條件下,繼后的單個測試刺激會引起群峰電位(PS) 和群體興奮性突觸后電位的振幅增大,群體峰電位的潛伏期縮短,這種易化現象持續的時間可長達10 小時以上。

二、LTP 與學習記憶的關系

改變突觸可塑性形成機制,可影響學習與記憶。在特定環境中,誘導或增強突觸可塑性,可促進或易化學習與記憶。Thomas在海馬突觸可塑性與年齡導致記憶下降的關系研究中指出,易化LTP誘導,或降低誘導LTP 的閾值,可改善老年鼠的記憶能力;而阻斷LTP 的誘導,會直接影響海馬依賴性學習行為的獲得。

三、LTP的形成機理

LTP 的形成與維持是突觸前和突觸后機制的聯合作用,腦內50%以上的突觸是以谷氨酸為遞質的興奮性突觸,突觸前末梢釋放Glu,與興奮性氨基酸受體結合,誘發突觸后神經元興奮,產生興奮性突觸后電位( EPSP)。興奮性氨基酸受體分為NMDA 受體和非NMDA 受體,后者包括AMPA 受體和海人藻酸( Kainic acid,KA)受體。非NMDA 受體也是化學門控性離子通道受體,受體興奮時離子通道僅允許Na+、K+單價陽離子進出,胞外Na+ 內流引起突觸后膜去極化,誘發EPSP快速參與興奮性突觸傳遞;同時非NMDA受體引起的膜去極化為移走Mg2+、激活NMDA受體創造了條件。

四、Ca2+與LTP

突觸前和突觸后神經元內鈣離子濃度的增高均與LTP 的發生及維持有關,經元內Ca2+濃度的升高可以促進遞質釋放,Ca2+還可與突觸前神經元內的鈣調蛋白結合,促進遞質釋放。Ca2+ 流入突觸后神經元是LTP 產生的觸發因素,如果用NMDA 受體的競爭性拮抗劑阻礙NMDA 受體的作用或細胞內注射Ca2+的螯合劑,都會阻礙LTP的產生。突觸后Ca2+ 濃度的升高,還可引起細胞的骨架蛋白結構重排,突觸后面積增大,減小了突觸傳遞時的電阻,易化LTP 的形成。

五、PKC與LTP

PKC的激活是產生LTP的重要條件,將PKC 注入海馬腦片CA1 區,錐體細胞就會出現LTP 樣反應。PKC 不僅使突觸后膜上NMDA 受體的數量迅速增多,受體活性的調控也依賴于PKC,多種因素都可通過PKC 控制NMDA 受體和突觸可塑性。另外,PKC 的底物蛋白還可能包括核轉錄因子,細胞外信號經PKC 的作用可以對基因表達產生影響,這對LTP 的維持有很重要的作用。

六、靜寂突觸的概念

我們將只具有NMDA 受體,缺乏介導快速興奮性突觸傳遞AMPA 受體的突觸,稱為“靜寂突觸”。靜寂突觸具有NMDA受體,突觸后NMDA 受體的激活是誘導LTP 的必須條件,因此靜寂突觸與LTP 的誘導密切相關。

七、AMPA 受體與LTP

靜寂突觸的轉化與LTP形成的易化同時發生表明,靜寂突觸的轉化可能是LTP 表達的機制。AMPA受體通過與膜蛋白的相互作用,調節突觸的可塑性和穩定性,突觸后位點也存在NSF 蛋白與AMPA 受體GluR2 亞型C-末端的相互作用。破壞這種相互作用的肽的表達,可引起膜表面AMPA 受體分布密度降低,影響AMPA 受體在突觸后膜上的插入或移出。AMPA 受體通過胞飲和胞吐作用在細胞質和細胞膜表面循環,當存在興奮性突觸后電流時,海馬CA1區錐體細胞的胞飲和胞吐作用受到破壞。阻斷突觸后胞吐作用,導致非激活依賴性AMPA 受體介導的突觸反應性下降,而NMDA 受體介導的反應卻不受影響,說明這些改變不能引起非特定突觸功能的衰退。相反,阻斷胞飲作用,可增加AMPA 受體介導的突觸反應,推測是由于AMPA 受體持續插入突觸胞質膜引起的。

八、寂靜突觸與LTP

腦內存只具有NMDA 受體而不具有AMPA 受體的靜寂突觸,AMPA 受體的遷移和定位通過受體的胞內C末端和眾多胞質蛋白的相互作用來實現。LTP 的誘導和維持過程中AMPA 受體數量增多,而長時程壓抑的誘導和維持過程中, AMPA 受體內移化增多。LTP 的誘導是通過突觸后細胞內Ca2+濃度的升高,以及各種信號級聯反應的激活而形成的。

(作者單位:山東省濟寧市衛生學校)