海馬mGluRs的表達與大鼠空間學習記憶能力

李玉秀，楊東偉

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海馬mGluRs的表達與大鼠空間學習記憶能力

李玉秀1,2，楊東偉1

摘要：目的研究大鼠空間學習記憶能力與海馬代謝型谷氨酸受體(mGluRs)表達相關性。方法將90只健康雄性大鼠隨機分為空白對照組、小強度組和大強度組各30只，連續進行5 d Morris水迷宮訓練，7 d后更換站臺位置，再次進行5 d Morris水迷宮訓練，每輪訓練結束2 h后，取材檢測海馬CA1區mGluR1、mGluR5表達。結果小強度組及大強度組大鼠再次訓練后平均逃避潛伏期均比首輪訓練后顯著縮短；小強度組和大強度組在首輪訓練和再次訓練后，CA1區mGluR1、mGluR5表達均明顯增高；小強度組再次訓練后海馬CA1區mGluR1升高幅度明顯比首輪訓練低，大強度組再次訓練后海馬CA1區mGluR1表達差異無統計學意義；小強度組兩輪訓練海馬CA1區mGluR5表達差異無統計學意義，大強度組再次訓練后海馬CA1區mGluR5升高幅度明顯比首次訓練高。結論大鼠空間學習記憶能力與mGLURs表達變化相關，其機制有待于進一步研究。

關鍵詞：空間學習記憶；谷氨酸受體；海馬；大鼠

作者單位：1.河南科技大學醫學院，河南洛陽 471003

2.河南推拿職業學院，河南洛陽 471023

學習記憶訓練對于動物的學習記憶能力有著重要作用[1-2]。研究發現，學習記憶訓練能夠改善阿爾茨海默癥、癲癇等病理模型動物的空間學習記憶能力。在學習記憶過程中， mGluR1(metabotropic glutamate receptors, mGluRs) 發揮著重要作用， mGluR1受到抑制可以損害學習與記憶功能[3-4]，但也有證據表明，抑制mGluR1并不能導致所有形式的學習與記憶功能的損害。mGluR1在某些類型的學習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劑[6]，其能夠提高動物某些學習與記憶功能[7]。同時，研究發現mGluR5特異性激動劑能夠促進神經干細胞的增殖，對腦缺血后的神經組織具有保護作用[8]，而抑制mGluR5對于某些類型的學習與記憶功能并沒有明顯的損傷作用[7]。空間學習記憶能力與訓練的強度有著密切關系，而且mGluRs可能在其中也發揮著重要的作用。因此，我們擬通過對大鼠進行Morris水迷宮訓練，探討預先訓練對大鼠空間學習記憶及其與mGluRs之間的關系。

1材料與方法

1.1實驗動物及分組成年雌性Sprague-Dawley(SD)大鼠90只(由河南科技大學醫學院實驗動物中心提供)，體質量(240±20) g，飼養室溫(24±1) ℃，12 h光照，12 h黑暗，自由飲食。隨機分為空白對照組、小強度組和大強度組各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)，MT-200 Morris水迷宮視頻跟蹤分析系統(成都泰盟科技有限公司)。

1.3實驗方法Morris水迷宮行為學實驗，各組大鼠飼養適應7 d后，小強度和大強度組大鼠進行Morris水迷宮行為學實驗。從站臺所在象限的對側象限開始，小強度組每天游泳1輪，游完4個象限，大強度組每天訓練2輪，兩組連續訓練5 d。訓練周期結束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7 d，再次啟動Morris水迷宮行為學實驗，游泳訓練強度同首次訓練。訓練周期結束2 h內做心臟灌流，用4%多聚甲醛灌注腦組織，取腦并做石蠟包埋，mGluR1及mGluR5表達采用免疫組織化學法，操作方法按照abcam公司手冊進行檢測，統計分析mGluR1及mGluR5表達的平均光密度值。

2結果

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

①與首次訓練相比P<0.05。圖1　小強度水迷宮訓練平均潛伏期

①與首次訓練相比P<0.05。圖2　大強度水迷宮訓練平均潛伏期

2.2小強度組海馬CA1區mGluR1表達比較小強度組首次和再次水迷宮訓練后大鼠海馬CA1區mGluR1的表達均顯著增加(P<0.05)，與首次水迷宮訓練相比較，再次訓練后大鼠海馬CA1區mGluR1的表達較低，差異有統計學意義(P<0.05)，見圖3。

①與對照組比較P<0.05；②與再次訓練比較P<0.05。圖3　小強度組海馬CA1區mGluR1比較

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

①與對照組比較P<0.05。圖4　大強度組海馬CA1區mGluR1比較

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

①與對照組比較P<0.05。圖5　小強度組海馬CA1區mGluR5比較

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

2.6大鼠海馬CA1區mGluR1和mGluR5的表達小強度組首次訓練大鼠CA1區mGluR1陽性表達細胞比空白組多，再次訓練后大鼠CA1區mGluR1的陽性表達細胞比空白對照組多，再次訓練CA1區mGluR1的陽性表達細胞少。小強度組首次訓練和再次訓練大鼠和空白對照組大鼠CA1區mGluR5的陽性表達細胞比空白組多，首次訓練和再次訓練CA1區mGluR5的陽性表達表達細胞也增多。大強度組大鼠首次訓練和再次訓練CA1區mGluRR5的陽性表達細胞均比空白對照組多，首次訓練和再次訓練比較，再次訓練大鼠CA1區mGluR5的陽性表達細胞比預先訓練組多，見圖7。

①與對照組比較P<0.05；②與再次訓練比較P<0.05。圖6　大強度組海馬CA1區mGluR5比較

A～E mGluR1陽性表達細胞(A：空白對照，B：小強度預先訓練，C：小強度再次訓練，D：大強度預先訓練，E：大強度再次訓練 ) ；F～J mGluR5陽性表達細胞(F：空白對照，G：小強度預先訓練，H：小強度再次訓練，I：大強度預先訓練，J：大強度再次訓練)標尺=50 μm。圖7　mGluR1 和 mGluR5陽性表達細胞(SP，×400)

3討論

運動訓練是預防和延緩腦衰老的一種有效方法，合理的運動訓練能夠促進新陳代謝、改善認知功能、提高機體免疫力，對學習記憶有良好的作用[9]。學習與記憶的核心問題在于研究中樞神經系統的突觸可塑性。谷氨酸是中樞神經系統中含量最多的興奮性神經遞質，介導中樞神經系統70%的突觸傳遞。mGluRs1在大鼠海馬內均分布豐富[10]，在突觸可塑性及學習與記憶過程中發揮著重要作用[11-12]，mGluR1受到抑制可以損害學習與記憶功能[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，他們在中樞神經系統分別發揮其特有的作用。

本研究結果顯示再次訓練后大鼠平均逃避潛伏期明顯縮短，其空間學習記憶能力顯著提高。同時，大鼠mGluR1和mGluR5的表達均有明顯變化。本研究中小強度訓練時，首次和再次訓練后海馬CA1區mGluR1 和mGluR5均明顯增加，但再次訓練后mGluR1增加幅度明顯比首次訓練后較低，而兩輪訓練后mGluR5的增加幅度無差異。大強度訓練后海馬CA1區mGluR1和mGluR5也均有明顯增加，而與小訓練量組大鼠不同，兩輪訓練后海馬CA1區mGluR1的增加幅度無明顯差異，而mGluR5再次訓練后表達進一步增加，這可能涉及影響大鼠空間學習記憶能力。

Bhardwaj等[15]研究使mGluR激動劑去羥苯乙二醇(dehydroxy-phenylglycol, DHPG)誘導的細胞外信號調節激酶顯著減少，從而改變mGluR1蛋白水平，或者影響mGluR1的蛋白激酶信號通路，DHPG誘導的長時程抑制顯著減弱。并且，mGluR1可以調節海馬CA1區頂樹突和基樹突的晚期長時程增強，而mGluR5對海馬CA1區頂樹突的晚期LTP具有調節作用[16]。本研究顯示海馬CA1區mGluR1和mGluR5在空間學習與記憶中均發揮著重要的作用，但兩者在空間學習與記憶中的作用應有所不同。mGluR1和mGluR5在新異信息的學習或學習與記憶的初始階段均發揮作用，而mGluR5對于學習記憶的鞏固與強化也有重要作用，其機制有待于進一步研究。

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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，從事腦的學習記憶功能研究工作。

收稿日期：2016-01-04

中圖分類號：Q427，Q257

文獻標志碼：A

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

文章編號：1672-688X(2016)01-0008-04