慢性應(yīng)激后小鼠空間學(xué)習(xí)記憶功能及腦內(nèi)BDNF表達(dá)的變化

吳晨　趙曉東　宦冉　孫麗娟　單潔　李亞

【摘 要】目的：研究慢性應(yīng)激后小鼠海馬和前腦皮層BDNF表達(dá)的變化，探討小鼠學(xué)習(xí)記憶功能變化的機(jī)制。方法：建立多因素慢性應(yīng)激小鼠模型，通過(guò)Morris水迷宮檢測(cè)小鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力；免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)小鼠海馬和前腦皮層BDNF表達(dá)水平的時(shí)序變化。結(jié)果：與對(duì)照組小鼠比較，慢性應(yīng)激后即刻和24h組小鼠在水迷宮中的空間學(xué)習(xí)記憶能力明顯減退（P<0.05， P<0.01），海馬CA1、CA3、DG和前腦皮層BDNF的表達(dá)明顯減少（P<0.05，P<0.01）；而慢性應(yīng)激后一周組小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力有部分恢復(fù)，海馬各區(qū)和前腦皮層BDNF的表達(dá)亦有所增加，無(wú)顯著性差異。結(jié)論：BDNF在海馬和前腦皮層表達(dá)的下調(diào)，可能與慢性應(yīng)激后小鼠學(xué)習(xí)記憶功能的損傷有關(guān)。

【關(guān)鍵詞】慢性應(yīng)激；學(xué)習(xí)記憶；BDNF；海馬；前腦皮層

【Abstract】Objective：To explore the mechanism of learning-memory function alteration in mice after chronic stress， and the expressions of brain derived neurotrophic factor（BDNF） of prefrontal cortex （PFC） and hippocampus （HP） in mice.Methods：The chronic stress mice model was established by using multiple chronic unpredictable stressors.The abilities of learning-memory were measured using Morris water maze task.The expression of BDNF in PFC and HP were tested by immunohistochemical method.Result：The spatial learning-memory function in mice were significantly decreased （P<0.05， P<0.01） in immediately and 24h after stress groups， compared with control group mice.Meanwhile，the expression of BDNF in the CA1，CA3，DG of HP and PFC were significantly reduced （P<0.05，P<0.01）.A week after stress， the spatial learning-memory function in mice was partly enhanced，the expression of BDNF in HP and PFC were partly increased，and there was no significant difference.Conclusion：The impairment of learning-memory function induced by chronic stress in mice，which may be nearly associated with the down-regulated expression of BDNF.

【Key words】Chronic stress；Learning and memory；BDNF；Hippocampus；Prefrontal cortex

研究證實(shí)，長(zhǎng)期的慢性應(yīng)激狀態(tài)，可引起機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，腦內(nèi)出現(xiàn)產(chǎn)生廣泛的神經(jīng)化學(xué)及形態(tài)學(xué)改變，動(dòng)物的行為和學(xué)習(xí)記憶功能明顯減退[1]。已有許多研究報(bào)道，海馬和前額葉皮層是學(xué)習(xí)記憶信息儲(chǔ)存和整合的關(guān)鍵腦區(qū)，并且在機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控中也具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，慢性應(yīng)激可引起海馬神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化和丟失、亦可引起前額葉皮層體積變小、樹(shù)突萎縮及神經(jīng)元丟失等變化[2]，進(jìn)而影響海馬和前額葉皮層的功能。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）屬于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的重要成員之一。研究報(bào)道，BDNF是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中分布最廣、含量最高的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，特別是海馬、杏仁核、紋狀體和皮層等部位都有豐富的表達(dá)，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞具有營(yíng)養(yǎng)、支持和保護(hù)作用。BDNF可增強(qiáng)動(dòng)物腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞間的突觸聯(lián)系，從而使學(xué)習(xí)記憶功能增強(qiáng)[3]。本研究建立多因素慢性應(yīng)激動(dòng)物模型，檢測(cè)慢性應(yīng)激后小鼠學(xué)習(xí)記憶功能的變化，并且測(cè)定小鼠海馬和前腦皮層神經(jīng)元BDNF表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化，探討B(tài)DNF在慢性應(yīng)激所致小鼠學(xué)習(xí)記憶功能變化中的作用。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

昆明種3月齡健康小白鼠，SPF級(jí)，體重22±2g，雌雄各半，濟(jì)南朋悅實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁育有限公司提供，許可證號(hào)：SCXK（魯）20140007。實(shí)驗(yàn)小鼠在實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)一周。自由飲水進(jìn)食。隨機(jī)分為對(duì)照組和慢性應(yīng)激組。

1.2 慢性應(yīng)激動(dòng)物模型制備

慢性應(yīng)激組小鼠采用7種不同應(yīng)激源，實(shí)驗(yàn)周期28天。為高臺(tái)（高1.6m，直徑0.05m，1h/次）、足底電擊（電壓36V，15秒/次，每次間隔1分鐘，共30次）、通宵照明（10h）、冰水游泳（8oC冷水中游泳，3min）、禁食（36h）、禁水（24h）、斜籠擁擠（36h）。每天隨機(jī)給予一種刺激；對(duì)照組小鼠在相同飼養(yǎng)環(huán)境中正常飼養(yǎng)，不接受任何實(shí)驗(yàn)應(yīng)激源刺激。在慢性應(yīng)激后即刻、應(yīng)激后24h及一周進(jìn)行水迷宮實(shí)驗(yàn)和BDNF檢測(cè)。

1.3 Morris水迷宮檢測(cè)學(xué)習(xí)記憶能力

采用Morris水迷宮進(jìn)行兩組小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力檢測(cè)。Morris 水迷宮為一圓形水池（直徑80cm，高50cm），水溫控制在25±1℃。水迷宮被均等分為四個(gè)象限，在第一象限（目標(biāo)象限）水面下1cm放置一塑料平臺(tái)，在其對(duì)面第三象限池壁中間位置放置一明顯標(biāo)記物。測(cè)試程序包括定位航行和空間搜索兩部分。檢測(cè)歷時(shí)3天，其中前2天為定位航行，將小鼠分別從水迷宮的四個(gè)象限中心位置面向池壁輕輕放入水中，記錄小鼠找到平臺(tái)所需要的時(shí)間，即逃避潛伏期（Escape latency）。第3天為空間搜索試驗(yàn)，撤掉平臺(tái)，將小鼠在第三象限池壁的中心點(diǎn)放入水中，記錄小鼠在各個(gè)象限的游泳時(shí)間，總時(shí)間上限為120s。檢測(cè)小鼠對(duì)平臺(tái)（目標(biāo)象限）的記憶能力。

1.4 小鼠海馬和前腦皮層BDNF的表達(dá)

小鼠腹腔注射0.4%的戊巴比妥鈉麻醉，暴露心臟，經(jīng)心先灌注生理鹽水，再以事先冰上預(yù)冷的多聚甲醛溶液（4%）灌注，完整取腦；置于固定液中后固定，梯度酒精脫水、透明和石蠟包埋，對(duì)腦組織進(jìn)行連續(xù)冠狀切片（片厚5μm）。采用SABC（鏈霉素過(guò)氧化復(fù)合物）免疫組織化學(xué)試劑盒，DAB顯色劑進(jìn)行免疫組化染色，BDNF多克隆抗體，購(gòu)于武漢博士德生物工程有限公司。以PBS（磷酸鹽緩沖液）代替一抗作陰性對(duì)照。采用Motic Images Advanced 3.2圖像分析處理系統(tǒng)，分析計(jì)算海馬CA1、CA3區(qū)、齒狀回（DG）和前腦皮層（PFC）BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元的數(shù)目。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（M±s）來(lái)表示，逃避潛伏期采用重復(fù)測(cè)量方差分析（repeated-measures ANOVA）；各象限游泳時(shí)間采用單因素方差分析（one-way ANOVA），組間比較以LSD法分析。其他數(shù)據(jù)組間比較用非配對(duì)t 檢驗(yàn)分析。P<0.05 時(shí)說(shuō)明有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 慢性應(yīng)激后小鼠空間學(xué)習(xí)記憶功能的變化

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示（表1），在定位航行中，兩組小鼠隨訓(xùn)練周期其逃避潛伏期均顯著降低（對(duì)照組F=9.638，P<0.01；應(yīng)激后即刻F= 6.366，P<0.01）。與對(duì)照組比較，應(yīng)激后即刻、24h和應(yīng)激后一周小鼠的逃避潛伏期均長(zhǎng)于對(duì)照組小鼠（P<0.05，P<0.01）。

2.2 慢性應(yīng)激后小鼠海馬和前腦皮層BDNF的表達(dá)

小鼠免疫組化結(jié)果（表3），與對(duì)照組比較，在應(yīng)激后即刻應(yīng)激組小鼠PFC和海馬CA1、CA3、DG區(qū)BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目顯著減少（P<0.05，P<0.01）；在應(yīng)激后24h，僅在PFC和海馬CA1、DG區(qū)BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目明顯減少（P<0.05）；而應(yīng)激后一周則無(wú)顯著性差異（P>0.05）。結(jié)果表明，慢性應(yīng)激后小鼠海馬和前腦皮層BDNF的表達(dá)減少，應(yīng)激后一周有部分恢復(fù)。

3 討論

本研究結(jié)果顯示，慢性應(yīng)激能夠在一定程度上損傷小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶。有研究報(bào)道，多因素的慢性應(yīng)激可引起前額葉皮層和海馬的選擇性損傷，從而導(dǎo)致動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶障礙、癡呆、抑郁等[1]。已經(jīng)明確，海馬和前額葉皮層功能最復(fù)雜的腦區(qū)之一，在空間學(xué)習(xí)記憶、情緒、工作記憶以及行為計(jì)劃和組織等方面具有重要作用，同時(shí)也是參與應(yīng)激反應(yīng)的重要腦區(qū)。慢性應(yīng)激后，可引起海馬神經(jīng)元突觸可塑性發(fā)生改變，空間學(xué)習(xí)記憶損傷[4]。研究報(bào)道，在不同應(yīng)激刺激狀態(tài)下，可引起動(dòng)物的工作記憶功能明顯受損[5]。BDNF是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的重要成員。有研究報(bào)道，BDNF能維持成熟神經(jīng)細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)、分化和凋亡，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的修復(fù)和再生[6]，增加神經(jīng)細(xì)胞間的突觸聯(lián)系，能有效防止神經(jīng)元的變性及死亡[7]。研究表明，BDNF廣泛參與動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知功能，在神經(jīng)元可塑性的調(diào)控中具有重要作用[3]。研究報(bào)道，BDNF mRNA高表達(dá)區(qū)在海馬、上丘和內(nèi)側(cè)前額葉皮層，并且在海馬內(nèi)其表達(dá)量最豐富[8]。本實(shí)驗(yàn)室早先的研究顯示，慢性應(yīng)激后，小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為以及空間學(xué)習(xí)記憶能力顯著降低，并且海馬各區(qū)及前腦皮層BDNF表達(dá)降低[9]。在本研究中，慢性應(yīng)激引起小鼠水迷宮空間學(xué)習(xí)記憶能力明顯減退，腦內(nèi)海馬各區(qū)和前腦皮層BDNF的表達(dá)顯著降低，但慢性應(yīng)激后各項(xiàng)指標(biāo)有部分恢復(fù)。結(jié)果提示，海馬及前腦皮層神經(jīng)元BDNF表達(dá)的下調(diào)，可能參與了慢性應(yīng)激后小鼠空間學(xué)習(xí)記憶功能的損傷機(jī)制。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]