對突觸的可塑性的分析與探討

1、對突觸的可塑性的分析與探討摘要：突觸可塑性的研究是近年的研究熱點。突觸可塑性即突觸改變的能力,也就是突觸數(shù) 量可增加或減少和突觸生理功能的改變。突觸的修飾在很大程度上反映了整個神經(jīng)系統(tǒng)回路 的可塑性，因此也反映了行為的可塑性。突觸可塑性與學習和記憶的關系密切，而心理應激 與學習記憶以及LTP也存在密切關系，因此，突觸可塑性與心理應激也存在密切關系。關鍵字：突觸可塑性、學習和記憶、心理應激、關系密切突觸是神經(jīng)細胞間信息傳遞的關鍵結構，神經(jīng)細胞借助突觸彼此相互聯(lián)系，構成機體 復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的各種功能。突觸在形態(tài)和傳遞效能上的改變稱為突觸的可 塑性。突觸可塑性即突觸改變的能力，也就是突

2、觸數(shù)量可增加或減少和突觸生理功能的改變。 其主要表現(xiàn)形式長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)現(xiàn)象已被公認為是學習記憶活動的細胞水平的生物學基礎1。突觸的修飾在很大程度上反映了整個神經(jīng)系統(tǒng)回路的可塑 性，因此也反映了行為的可塑性。一、突觸可塑性的發(fā)生機制有關突觸可塑性形成機制的學說較多，迄今仍是爭論激烈、進展迅速的研究領域。下 面以海馬CAI區(qū)NMDA 一依賴性L作為例，介紹得到多數(shù)學者認可的經(jīng)典理論。該理論認 為，當突觸前纖維接受某種高頻條件閾上刺激時，大量神經(jīng)遞質同時釋放，作用于突觸后 AMPA受體，產(chǎn)生較大的EPSPs，致使突觸后膜去極化，NMDA受體中的Mg2+阻隔被去除， NMD

3、A受體激動，Ca2+內(nèi)流，進而引發(fā)胞內(nèi)Ca2+庫釋放，進一步增加胞內(nèi)游離Ca2+，從而 激活一系列細胞內(nèi)Ca2+依賴的級聯(lián)反應，最終使突觸后膜受體等重要蛋白質磷酸化、基因 表達改變、蛋白質合成增加，最終產(chǎn)生突觸傳遞效率長時程增強的現(xiàn)象。其中心環(huán)節(jié)是 NMDA受體的激活。NMDA受體是一種配體、電壓雙重門控的特殊通道，其激活需要谷氨 酸等配體和膜電位去極化雙重條件，而一定頻率的條件刺激剛好能滿足這一雙重條件，故能 啟動可塑性變化程序。在胞內(nèi)Ca2+激活的級聯(lián)反應中，蛋白激酶扮演了重要角色，頗受重視的有Ca2+-依賴 性Ca2+/鈣調(diào)蛋白-依賴性蛋白激酶11(CaMKll)、蛋白激酶C(PKC)、

4、CAMP-依賴性蛋白激 酶(PKA)、絲氨酸蘇氨酸激酶，此外還有一種非第二信使依賴性的酪氨酸蛋白激酶。這些蛋 白激酶一方面可以直接被Ca2+激活，在LTP的誘導中起作用;另一方面具有自身磷酸化的功 能，對LTP的維持起作用。其中CaMKll、PKC與LTP，的誘導和早期維持有關，PKA與 LTP的維持有關。此外，有關LTP / LTD發(fā)生機制的“受體循環(huán)”假說近年受到重視。該假說認為，AMPA 受體實際上是處于一種不停的循環(huán)流動過程中，它們可以被以“胞吐”形式插人到突觸后致 密區(qū)(PSD)，也可被以“胞吞”形式從PSD區(qū)移除，進人胞內(nèi)儲存于內(nèi)涵體，進人循環(huán)通 路。LTP的形成與AMPA受體的插

5、人有關，而LTD則與AMpA受體的內(nèi)陷/移除有關。有 證據(jù)表明，突觸前條件刺激可以改變AMPA受體在突觸后膜上的分布密度，胞吐和胞吞抑 制劑可分別阻斷LTP和LTD的產(chǎn)生。二、突觸可塑性與學習記憶突觸傳遞的長時程增強(LTP) 一直被認為是學習記憶的神經(jīng)基礎之一，是突觸可塑性的 功能指標，也是研究學習記憶的理想模型。一般來說，突觸結構的可塑性應是其功能可塑性的物質基礎，結構和功能兩者辯證統(tǒng) 一于突觸信息傳遞過程中。大量的研究資料表明，在LTP產(chǎn)生的同時，相應部位的突觸在 形態(tài)上或數(shù)量上均發(fā)生了較長時程的改變。胡學軍2等對習得性LTP得研究發(fā)現(xiàn)，實驗組凹型突觸明顯增加，而凸型突觸明顯減 少，且實

6、驗組出現(xiàn)穿孔型突觸。1995年，韓太真3 等在大鼠視皮層腦片標本上發(fā)現(xiàn)LTP形 成后的腦片局部出現(xiàn)界面率大于2的U型突觸，這種突觸一般體積較大，且又多個活性區(qū)。 U型突觸由于前后膜界面擴大，活性區(qū)增多，導致更多遞質釋放，從而突觸傳遞效能大大增 強，這可能是LTP形成和維持的形態(tài)學基礎。1996年，WeekS等于強直刺激后24h觀察， 發(fā)現(xiàn)凹型和不規(guī)則型突觸數(shù)目增加，他們認為凹型突觸可能與LTP的維持有關。1977年， Fifkova4 等首次用電鏡觀察了強直刺激小鼠海馬結構引起的傳人終末部位樹突棘的形態(tài)和 數(shù)量變化，當給穿通纖維施加一次條件刺激后，齒狀回分子層外1/3部位樹突棘明顯增大。 19

7、81年，他們觀察到LTP伴有棘頭和棘徑寬度的增加和棘徑長度的減少。Applegatele5發(fā) 現(xiàn)LTP伴隨棘頭面積的增加。Perkel提出樹突棘在LTP的行程中起重要的作用。他們發(fā)現(xiàn) 樹突棘棘徑長度縮短，從而異化了 LTP的產(chǎn)生。Aderson等利用連續(xù)切片方法輔以三維重建 技術，發(fā)現(xiàn)LTP形成后，總的樹突棘的數(shù)目增加。突觸可塑性是學習記憶的神經(jīng)學基礎，而學習和記憶又可以反過來增強突觸的可塑性， 可以形成新的神經(jīng)回路。神經(jīng)元通過突觸相互連接形成局部回路，局部回路既是信息傳遞的 基本結構，也是信息整合的基本單位，同時又是信息儲存、信息轉化的部位?，F(xiàn)代神經(jīng)科學 對學習記憶的研究，提出信息在腦內(nèi)貯存

8、的神經(jīng)生物學機制表現(xiàn)在神經(jīng)回路中信號振蕩、神 經(jīng)信號物質的產(chǎn)生、編碼、調(diào)控與維持、神經(jīng)網(wǎng)絡形成新的連接。神經(jīng)網(wǎng)絡中結構和功能模 式建立后，某一環(huán)節(jié)的激活可激發(fā)大腦的聯(lián)想、思維與信息再現(xiàn).因此，真正的記憶在于思 考的方法：頭腦使用越多，所發(fā)生的腦脈沖越多，即脈沖在腦內(nèi)某神經(jīng)元回路受到強化，經(jīng) 過這里傳遞信息就可以暢通無阻。經(jīng)常使用大腦，神經(jīng)細胞活躍，脈沖暢通，銘記印象清楚、 深刻，保持持久，回憶、再認信息的速度也相對加快。三、突觸可塑性與心理應激近年來關于心理應激與學習記憶以及LTP關系的研究越來越多，研究發(fā)現(xiàn)LTP的高低 直接反映了學習記憶功能的好壞6。而各種各樣的心理應激，如：限制應激、暴露

9、于新的 環(huán)境、暴露于食肉動物等都可以引起LTP的抑制7。心理應激不僅僅可以阻斷LTP,而且 還可以易化LTD8?，F(xiàn)有的研究表明心理應激過程中，腎上腺激素水平(如糖皮質激素)將升高，而心理應激 對LTP的抑制作用與腎上腺激素的升高有關。Diamond等人采用給予實驗動物外源性糖皮 質激素(GC)的方法9，Coussens等采用給予實驗動物GC增效劑的方法10，研究了腎上腺 激素對突觸可塑性的影響，結果一致表明腎上腺素可以引起LTP抑制，LTD增強。Bruce S.McEwen等人對腎上腺完整的小鼠和腎上腺被切除的小鼠給予心理應激，結果發(fā)現(xiàn)腎上腺 完整的小鼠應激1小時后齒狀回(DGdentateg

10、yrus)區(qū)的LTP誘導沒有受影響，但是應激4小 時后對DG區(qū)LTP的誘導產(chǎn)生了明顯的抑制作用。腎上腺切除鼠沒有表現(xiàn)出應激對LTP的 抑制效應，有應激和沒有應激組都表現(xiàn)出一個較低水平的LTP11,這些研究結果提示腎上腺 激素水平的增高在LTP的抑制中起著重要的作用，但有關腎上腺激素在心理應激中對LTP 抑制過程中具體的作用機制尚不清楚，有待進一步研究。有關心理應激對突觸可塑性的影響機制十分復雜，除了與腎上腺激素和AMPA受體的 移動有關外，還涉及到NMDA受體、鈣離子、以及谷氨酸的釋放。更詳盡的機制還有待進 一步研究。參考文獻：Martin SJ,MorrisRG. Cortical plas

11、ticity: itsJaCurrlBicrang0, 11(2): 57-59. 胡學軍.幼年習得性LT P形成后突觸結構的變化J.生理學通報，1992.9:45 49.韓太真.視皮層LTP形成后的突觸形態(tài)特征J.ChinJNeurosci，1995，(2):144 一 148.Fifkova E, Van Harreceld A.Long-lasting morphological changes in dendritic spines of dentate granular cells following stimulation of the entorhinsl area J. J Neurocytol, 1977, 6:211230.Applegate M D, Kerr D S. Redistribution of synapic vesicles during long-term potentiation in the hippocampus J. Brain Res, 1987, 401:401406.Brenda M, et al: Neuron, 1998; 20: 445-468.Diamond DM, et al: Behav Brain Res. 19