海马mGluRs的表达与大鼠空间学习记忆能力

李玉秀，杨东伟



海马mGluRs的表达与大鼠空间学习记忆能力

李玉秀1,2，杨东伟1

摘要：目的研究大鼠空间学习记忆能力与海马代谢型谷氨酸受体(mGluRs)表达相关性。方法将90只健康雄性大鼠随机分为空白对照组、小强度组和大强度组各30只，连续进行5 d Morris水迷宫训练，7 d后更换站台位置，再次进行5 d Morris水迷宫训练，每轮训练结束2 h后，取材检测海马CA1区mGluR1、mGluR5表达。结果小强度组及大强度组大鼠再次训练后平均逃避潜伏期均比首轮训练后显著缩短；小强度组和大强度组在首轮训练和再次训练后，CA1区mGluR1、mGluR5表达均明显增高；小强度组再次训练后海马CA1区mGluR1升高幅度明显比首轮训练低，大强度组再次训练后海马CA1区mGluR1表达差异无统计学意义；小强度组两轮训练海马CA1区mGluR5表达差异无统计学意义，大强度组再次训练后海马CA1区mGluR5升高幅度明显比首次训练高。结论大鼠空间学习记忆能力与mGLURs表达变化相关，其机制有待于进一步研究。

关键词：空间学习记忆；谷氨酸受体；海马；大鼠

作者单位：1.河南科技大学医学院，河南洛阳 471003

2.河南推拿职业学院，河南洛阳 471023

学习记忆训练对于动物的学习记忆能力有着重要作用[1-2]。研究发现，学习记忆训练能够改善阿尔茨海默症、癫痫等病理模型动物的空间学习记忆能力。在学习记忆过程中， mGluR1(metabotropic glutamate receptors, mGluRs) 发挥着重要作用， mGluR1受到抑制可以损害学习与记忆功能[3-4]，但也有证据表明，抑制mGluR1并不能导致所有形式的学习与记忆功能的损害。mGluR1在某些类型的学习与记忆过程中的作用也有所不同[5]，而mGluR1拮抗剂可能是有效的记忆功能促进剂[6]，其能够提高动物某些学习与记忆功能[7]。同时，研究发现mGluR5特异性激动剂能够促进神经干细胞的增殖，对脑缺血后的神经组织具有保护作用[8]，而抑制mGluR5对于某些类型的学习与记忆功能并没有明显的损伤作用[7]。空间学习记忆能力与训练的强度有着密切关系，而且mGluRs可能在其中也发挥着重要的作用。因此，我们拟通过对大鼠进行Morris水迷宫训练，探讨预先训练对大鼠空间学习记忆及其与mGluRs之间的关系。

1材料与方法

1.1实验动物及分组成年雌性Sprague-Dawley(SD)大鼠90只(由河南科技大学医学院实验动物中心提供)，体质量(240±20) g，饲养室温(24±1) ℃，12 h光照，12 h黑暗，自由饮食。随机分为空白对照组、小强度组和大强度组各30只。

1.2主要的试剂和仪器mGluR1抗体、mGluR5抗体(美国abcam公司)，PV9000试剂盒、DAB试剂盒(北京中杉生物工程有限公司)，图像采集(日本尼康显微图像系统)，MT-200 Morris水迷宫视频跟踪分析系统(成都泰盟科技有限公司)。

1.3实验方法Morris水迷宫行为学实验，各组大鼠饲养适应7 d后，小强度和大强度组大鼠进行Morris水迷宫行为学实验。从站台所在象限的对侧象限开始，小强度组每天游泳1轮，游完4个象限，大强度组每天训练2轮，两组连续训练5 d。训练周期结束2 h各组取6只大鼠做心脏灌流，用4%多聚甲醛灌注脑组织，取脑并做石蜡包埋。其余大鼠在饲养7 d，再次启动Morris水迷宫行为学实验，游泳训练强度同首次训练。训练周期结束2 h内做心脏灌流，用4%多聚甲醛灌注脑组织，取脑并做石蜡包埋，mGluR1及mGluR5表达采用免疫组织化学法，操作方法按照abcam公司手册进行检测，统计分析mGluR1及mGluR5表达的平均光密度值。

2结果

2.1Morris水迷宫定位航行平均潜伏期比较小强度组和大强度组首次和再次训练过程中，随着训练次数的增加，大鼠平均逃避潜伏期均逐渐缩短，与首次训练相比，再次训练后大鼠平均逃避潜伏期显著缩短。结果表明，训练可以显著提高大鼠空间学习与记忆能力，见图1和图2。

①与首次训练相比P<0.05。图1　小强度水迷宫训练平均潜伏期

①与首次训练相比P<0.05。图2　大强度水迷宫训练平均潜伏期

2.2小强度组海马CA1区mGluR1表达比较小强度组首次和再次水迷宫训练后大鼠海马CA1区mGluR1的表达均显著增加(P<0.05)，与首次水迷宫训练相比较，再次训练后大鼠海马CA1区mGluR1的表达较低，差异有统计学意义(P<0.05)，见图3。

①与对照组比较P<0.05；②与再次训练比较P<0.05。图3　小强度组海马CA1区mGluR1比较

2.3大强度组海马CA1区mGluR1表达比较大强度组首次和再次水迷宫训练后大鼠海马CA1区mGluR1的表达与空白对照组相比均显著增加(P<0.05)。但两次水迷宫训练后相比，海马CA1区mGluR1表达差异无统计学意义，见图4。

①与对照组比较P<0.05。图4　大强度组海马CA1区mGluR1比较

2.4小强度组海马CA1区mGluR5表达比较小强度组大鼠两轮水迷宫训练后大鼠海马CA1区mGluR5的表达与空白对照组相比均显著升高(P<0.05)，但两次水迷宫训练后相比海马CA1区mGluR5的表达差异无统计学意义，见图5。

①与对照组比较P<0.05。图5　小强度组海马CA1区mGluR5比较

2.5大强度组海马CA1区mGluR5表达比较大强度组大鼠两轮水迷宫训练后海马CA1区mGluR5的表达与空白对照组相比均显著升高，差异有统计学意义(P<0.05)。与首次训练相比，再次水迷宫训练后大鼠海马CA1区mGluR5的阳性表达明显较高(P<0.05)，见图6。

2.6大鼠海马CA1区mGluR1和mGluR5的表达小强度组首次训练大鼠CA1区mGluR1阳性表达细胞比空白组多，再次训练后大鼠CA1区mGluR1的阳性表达细胞比空白对照组多，再次训练CA1区mGluR1的阳性表达细胞少。小强度组首次训练和再次训练大鼠和空白对照组大鼠CA1区mGluR5的阳性表达细胞比空白组多，首次训练和再次训练CA1区mGluR5的阳性表达表达细胞也增多。大强度组大鼠首次训练和再次训练CA1区mGluRR5的阳性表达细胞均比空白对照组多，首次训练和再次训练比较，再次训练大鼠CA1区mGluR5的阳性表达细胞比预先训练组多，见图7。

①与对照组比较P<0.05；②与再次训练比较P<0.05。图6　大强度组海马CA1区mGluR5比较

A～E mGluR1阳性表达细胞(A：空白对照，B：小强度预先训练，C：小强度再次训练，D：大强度预先训练，E：大强度再次训练 ) ；F～J mGluR5阳性表达细胞(F：空白对照，G：小强度预先训练，H：小强度再次训练，I：大强度预先训练，J：大强度再次训练)标尺=50 μm。图7　mGluR1 和 mGluR5阳性表达细胞(SP，×400)

3讨论

运动训练是预防和延缓脑衰老的一种有效方法，合理的运动训练能够促进新陈代谢、改善认知功能、提高机体免疫力，对学习记忆有良好的作用[9]。学习与记忆的核心问题在于研究中枢神经系统的突触可塑性。谷氨酸是中枢神经系统中含量最多的兴奋性神经递质，介导中枢神经系统70%的突触传递。mGluRs1在大鼠海马内均分布丰富[10]，在突触可塑性及学习与记忆过程中发挥着重要作用[11-12]，mGluR1受到抑制可以损害学习与记忆功能[13-14]。而mGluR5和mGluR1有很多相似的功能，但这两种受体的作用并不完全相同，他们在中枢神经系统分别发挥其特有的作用。

本研究结果显示再次训练后大鼠平均逃避潜伏期明显缩短，其空间学习记忆能力显著提高。同时，大鼠mGluR1和mGluR5的表达均有明显变化。本研究中小强度训练时，首次和再次训练后海马CA1区mGluR1 和mGluR5均明显增加，但再次训练后mGluR1增加幅度明显比首次训练后较低，而两轮训练后mGluR5的增加幅度无差异。大强度训练后海马CA1区mGluR1和mGluR5也均有明显增加，而与小训练量组大鼠不同，两轮训练后海马CA1区mGluR1的增加幅度无明显差异，而mGluR5再次训练后表达进一步增加，这可能涉及影响大鼠空间学习记忆能力。

Bhardwaj等[15]研究使mGluR激动剂去羟苯乙二醇(dehydroxy-phenylglycol, DHPG)诱导的细胞外信号调节激酶显著减少，从而改变mGluR1蛋白水平，或者影响mGluR1的蛋白激酶信号通路，DHPG诱导的长时程抑制显著减弱。并且，mGluR1可以调节海马CA1区顶树突和基树突的晚期长时程增强，而mGluR5对海马CA1区顶树突的晚期LTP具有调节作用[16]。本研究显示海马CA1区mGluR1和mGluR5在空间学习与记忆中均发挥着重要的作用，但两者在空间学习与记忆中的作用应有所不同。mGluR1和mGluR5在新异信息的学习或学习与记忆的初始阶段均发挥作用，而mGluR5对于学习记忆的巩固与强化也有重要作用，其机制有待于进一步研究。

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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：杨东伟，男，博士，副教授，E-mail：77725043@qq.com

作者简介：李玉秀(1978-)，男，青海民和人，讲师，从事脑的学习记忆功能研究工作。

收稿日期：2016-01-04

中图分类号：Q427，Q257

文献标志码：A

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

文章编号：1672-688X(2016)01-0008-04