Cdk5通過調制抑制性神經傳遞限制成年視皮層可塑性.pdf

1、生物體在青少年時期隨著不斷變化的外部環(huán)境刺激，腦神經環(huán)路進行精細加工從而加速了多種感知覺的功能成熟，這個時間窗口被定義為關鍵期。在成年個體中可塑性迅速降低，使得腦環(huán)路得到了鞏固和穩(wěn)定，但同時也限制了腦功能受損（如弱視和中風等）后的功能恢復。在關鍵期結束后重新恢復眼優(yōu)勢可塑性（一種用來探測視皮層可塑性的經典模型），被認為是臨床上治療成年弱視的關鍵。然而，介導關鍵期以及可塑性消退的機制尚未完全清楚。移除一些限制因子，如NgR，CSPG，Pi

2、rB和lynx1，可以使得大腦結構更加易于雕刻。鑒定新的限制成年視覺可塑性的因子以及對神經環(huán)路發(fā)育的機制的探索仍然任重而道遠。在本研究中，綜合運用生化分子，在體和離體電生理，藥理學，RNA干擾以及行為學等實驗技術，嘗試探索調控視覺可塑性和提高視銳度的新的分子信號和手段，并在多層次上揭示其作用機制。
　　細胞周期蛋白依賴的激酶5(Cdk5)在腦發(fā)育和突觸可塑性中發(fā)揮著至關重要的作用，其活性的異常已被暗示存在于多種神經退行性失調中。干

3、預Cdk5可以顯著減輕中風的有害影響，也可以提高AD模型小鼠的認知功能。但是，Cdk5信號在出生后的皮層環(huán)路成熟中的生理作用很大程度上不為人所知。在本研究中，發(fā)現在小鼠的初級視皮層(V1)，Cdk5的蛋白表達與關鍵期的時程高度相關。在關鍵期達到峰值時，它的表達相對于關鍵期前明顯下降了。關鍵期后，它的表達又重新上升到了關鍵期前的水平，并在成年得到了維持。在成年小鼠中，藥理學抑制或利用病毒RNA干擾方法在視皮層敲減Cdk5成功地再激活了眼優(yōu)

4、勢可塑性。短時程的單眼縫合誘發(fā)了明顯的眼優(yōu)勢偏移。單細胞動作電位發(fā)放數分析顯示，在注射Cdk5抑制劑CP681301的小鼠中，單眼縫合顯著降低了剝奪眼的誘發(fā)反應，而非剝奪眼的反應與對照小鼠是差不多的，表明恢復的可塑性呈現出幼年樣的特征。進一步研究表明增強的可塑性伴隨著GABA信號的下調，CP681301顯著降低了谷氨酸脫羧酶，即GABA合成酶GAD65/67的表達，而突觸后的GABAA受體α1和α2亞基則沒有明顯變化。另外，BDNF和神

5、經元周網絡的水平沒有受CP681301的影響。Cdk5敲減也顯著降低了GAD67的蛋白表達，而對GAD65的表達則呈現出溫和的效應。免疫共沉淀實驗也表明Cdk5與GAD67存在著相互作用。單細胞膜片鉗也證實微小抑制性突觸后電流(mIPSC)的幅度在抑制Cdk5后下調，而頻率則出現稍微的上升。腹腔給藥地西泮增強GABA信號可以濃度依賴性地阻斷Cdk5抑制劑誘導的眼優(yōu)勢偏移。這證明了減少的抑制水平參與了眼優(yōu)勢可塑性的恢復。這些結果暗示了Cd

6、k5在視覺系統(tǒng)發(fā)育和成熟過程中對腦環(huán)路的鞏固和穩(wěn)定的至關重要的作用。更重要的是，靶點Cdk5的相同的機制可能對成年階段中樞神經系統(tǒng)損傷的功能恢復具有適應性的參考價值，比如弱視，中風或者神經退行性疾病。
　　視知覺學習是指通過反復的知覺任務訓練從而提高感知覺能力的方法。前人的工作已表明其可用于改善成年弱視患者的視功能。然而目前對知覺學習的機制了解得還很少。利用前期建立的小鼠視知覺學習模型，從行為和分子水平上對視知覺學習的機制進行了初

7、步探索。反轉學習可以廢除之前知覺訓練提升的視力水平。視知覺訓練沒有改變V1區(qū)GADs的表達。盡管知覺訓練沒有改變NR2AmRNA的水平，但顯著降低了NR2A蛋白的表達。任務規(guī)則學習顯著降低了突觸后致密區(qū)的Homer1mRNA的水平。Pinin mRNA在任務學習和知覺學習小鼠的表達顯著低于未游泳的小鼠。這些因子的改變進一步暗示了視知覺學習與神經可塑性緊密的相關性。
　　綜上所述，結合視知覺學習和抑制Cdk5等手段提高可塑性將是治愈