中枢神经突触长时程增强现象

刘军英

一、LTP 的产生

1973 年Bliss和Lomo发现了突触传递的长时程增强现象:当以一个或几个频率为10～20Hz,在串长为10～15s或频率为100Hz,串长为3～4s 的电刺激条件下,继后的单个测试刺激会引起群峰电位(PS) 和群体兴奋性突触后电位的振幅增大,群体峰电位的潜伏期缩短,这种易化现象持续的时间可长达10 小时以上。

二、LTP 与学习记忆的关系

改变突触可塑性形成机制,可影响学习与记忆。在特定环境中,诱导或增强突触可塑性,可促进或易化学习与记忆。Thomas在海马突触可塑性与年龄导致记忆下降的关系研究中指出,易化LTP诱导,或降低诱导LTP 的阈值,可改善老年鼠的记忆能力;而阻断LTP 的诱导,会直接影响海马依赖性学习行为的获得。

三、LTP的形成机理

LTP 的形成与维持是突触前和突触后机制的联合作用,脑内50%以上的突触是以谷氨酸为递质的兴奋性突触,突触前末梢释放Glu,与兴奋性氨基酸受体结合,诱发突触后神经元兴奋,产生兴奋性突触后电位( EPSP)。兴奋性氨基酸受体分为NMDA 受体和非NMDA 受体,后者包括AMPA 受体和海人藻酸( Kainic acid,KA)受体。非NMDA 受体也是化学门控性离子通道受体,受体兴奋时离子通道仅允许Na+、K+单价阳离子进出,胞外Na+ 内流引起突触后膜去极化,诱发EPSP快速参与兴奋性突触传递;同时非NMDA受体引起的膜去极化为移走Mg2+、激活NMDA受体创造了条件。

四、Ca2+与LTP

突触前和突触后神经元内钙离子浓度的增高均与LTP 的发生及维持有关,经元内Ca2+浓度的升高可以促进递质释放,Ca2+还可与突触前神经元内的钙调蛋白结合,促进递质释放。Ca2+ 流入突触后神经元是LTP 产生的触发因素,如果用NMDA 受体的竞争性拮抗剂阻碍NMDA 受体的作用或细胞内注射Ca2+的螯合剂,都会阻碍LTP的产生。突触后Ca2+ 浓度的升高,还可引起细胞的骨架蛋白结构重排,突触后面积增大,减小了突触传递时的电阻,易化LTP 的形成。

五、PKC与LTP

PKC的激活是产生LTP的重要条件,将PKC 注入海马脑片CA1 区,锥体细胞就会出现LTP 样反应。PKC 不仅使突触后膜上NMDA 受体的数量迅速增多,受体活性的调控也依赖于PKC,多种因素都可通过PKC 控制NMDA 受体和突触可塑性。另外,PKC 的底物蛋白还可能包括核转录因子,细胞外信号经PKC 的作用可以对基因表达产生影响,这对LTP 的维持有很重要的作用。

六、静寂突触的概念

我们将只具有NMDA 受体,缺乏介导快速兴奋性突触传递AMPA 受体的突触,称为“静寂突触”。静寂突触具有NMDA受体,突触后NMDA 受体的激活是诱导LTP 的必须条件,因此静寂突触与LTP 的诱导密切相关。

七、AMPA 受体与LTP

静寂突触的转化与LTP形成的易化同时发生表明,静寂突触的转化可能是LTP 表达的机制。AMPA受体通过与膜蛋白的相互作用,调节突触的可塑性和稳定性,突触后位点也存在NSF 蛋白与AMPA 受体GluR2 亚型C-末端的相互作用。破坏这种相互作用的肽的表达,可引起膜表面AMPA 受体分布密度降低,影响AMPA 受体在突触后膜上的插入或移出。AMPA 受体通过胞饮和胞吐作用在细胞质和细胞膜表面循环,当存在兴奋性突触后电流时,海马CA1区锥体细胞的胞饮和胞吐作用受到破坏。阻断突触后胞吐作用,导致非激活依赖性AMPA 受体介导的突触反应性下降,而NMDA 受体介导的反应却不受影响,说明这些改变不能引起非特定突触功能的衰退。相反,阻断胞饮作用,可增加AMPA 受体介导的突触反应,推测是由于AMPA 受体持续插入突触胞质膜引起的。

八、寂静突触与LTP

脑内存只具有NMDA 受体而不具有AMPA 受体的静寂突触,AMPA 受体的迁移和定位通过受体的胞内C末端和众多胞质蛋白的相互作用来实现。LTP 的诱导和维持过程中AMPA 受体数量增多,而长时程压抑的诱导和维持过程中, AMPA 受体内移化增多。LTP 的诱导是通过突触后细胞内Ca2+浓度的升高,以及各种信号级联反应的激活而形成的。

(作者单位:山东省济宁市卫生学校)