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丰富环境通过调控 CaMKII 激活沉默突触对 TBI 小鼠认知功能的影响研究
作者: 黎芸
单位: 广西中医药大学第一附属医院仙葫院区

摘要

明确丰富环境(enriched environment,EE)改善重复轻度创伤性脑损伤(repetitive mild traumatic brain injury,rmTBI)小鼠认知功能是否必须通过调控钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ,CAMKII)及其下游α-氨基- 3 -羟基- 5 -甲基- 4 -异恶唑丙酸受体(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor,AMPAR)介导的沉默突触激活。


雄性C57BL/6小鼠建立rmTBI模型,分成抑制剂N-[2-[[[3-(4-氯苯基)-2-丙烯基]甲氨基]甲基]苯基]-N-(2-羟乙基)-4-甲氧基苯磺酰胺(KN93)与抑制剂2,3-二羟基-6-硝基-7-氨磺酰基-苯并(f)喹喔啉(NBQX)两个实验部分进行。抑制剂均于造模后急性期开始腹腔注射持续给药直至实验终点,每个部分的实验均将80只小鼠随机分为5组:生理盐水(Normal Saline,NS)-假手术组(Sham operation,sham)、NS-TBI-EE、抑制剂-sham、抑制剂-TBI、抑制剂-TBI-EE。EE干预4周。蛋白质免疫印迹(Western blot,WB)检测海马CAMKII、磷酸化钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(phosphorylated Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ,p-CAMKII)、磷酸化谷氨酸受体 1 (phosphorylated Glutamate Receptor 1 ,p-GluA1);HE染色评估病理;免疫组化检测突触后密度蛋白95(Postsynaptic Density protein 95,PSD-95),Morris水迷宫评价认知功能。


rmTBI后CaMKⅡ在急性期过度激活,而在非急性期则显著降低,并伴p-GluA1降低,及认知障碍。EE可维持rmTBI小鼠的急性期与非急性期中CaMKⅡ的正常兴奋程度以及改善非急性期rmTBI小鼠PSD-95在突触后致密区定位/密度异常,显著改善其认知功能。小鼠注射KN93,持续抑制CaMKⅡ后,EE仍能通过代偿机制使p-CaMKⅡ/CaMKⅡ恢复正常范围,改善小鼠的记忆及认知功能,证实EE效应未被完全阻断。小鼠注射NBQX后,持续阻断AMPA受体后,尽管CaMKⅡ仍呈现与NS-TBI-EE组相似的双向改变,但p-GluA1及PSD-95密度未见明显恢复,Morris水迷宫显示NBQX-TBI-EE组认知功能与NBQX-TBI组无显著差异,故阻断AMPAR后EE对小鼠认知功能的影响无明显差异。


重复轻度创伤性脑损伤(rmTBI)小鼠模型中,CaMKⅡ及其下游AMPA受体介导的沉默突触去沉默化(unsilencing of silent synapses)是创伤后认知功能恢复的核心机制。而丰富环境改善rmTBI后认知功能的关键通路为EE,维持CaMKⅡ的正常兴奋程度,促进AMPA受体插入以及沉默突触激活;阻断下游AMPA受体可阻碍EE治疗TBI小鼠认知功能,从而证实CaMKⅡ-AMPA受体轴是EE发挥神经修复作用的重要条件。因此,精准恢复海马CaMKⅡ生理活性、促进沉默突触向功能性突触转化,并结合环境丰容等干预,应作为rmTBI后促进认知恢复的首要治疗靶标与核心策略。


关键词: CaMKⅡ,AMPAR,丰富环境,重复性轻度创伤性脑损伤,沉默突触
来源:中华医学会第二十六次物理医学与康复学学术会议