Cdk5通過調(diào)制抑制性神經(jīng)傳遞限制成年視皮層可塑性.pdf

1、生物體在青少年時(shí)期隨著不斷變化的外部環(huán)境刺激，腦神經(jīng)環(huán)路進(jìn)行精細(xì)加工從而加速了多種感知覺的功能成熟，這個(gè)時(shí)間窗口被定義為關(guān)鍵期。在成年個(gè)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(shí)也限制了腦功能受損（如弱視和中風(fēng)等）后的功能恢復(fù)。在關(guān)鍵期結(jié)束后重新恢復(fù)眼優(yōu)勢(shì)可塑性（一種用來探測(cè)視皮層可塑性的經(jīng)典模型），被認(rèn)為是臨床上治療成年弱視的關(guān)鍵。然而，介導(dǎo)關(guān)鍵期以及可塑性消退的機(jī)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(jié)構(gòu)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(duì)神經(jīng)環(huán)路發(fā)育的機(jī)制的探索仍然任重而道遠(yuǎn)。在本研究中，綜合運(yùn)用生化分子，在體和離體電生理，藥理學(xué)，RNA干擾以及行為學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，嘗試探索調(diào)控視覺可塑性和提高視銳度的新的分子信號(hào)和手段，并在多層次上揭示其作用機(jī)制。
　　細(xì)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(guān)重要的作用，其活性的異常已被暗示存在于多種神經(jīng)退行性失調(diào)中。干

3、預(yù)Cdk5可以顯著減輕中風(fēng)的有害影響，也可以提高AD模型小鼠的認(rèn)知功能。但是，Cdk5信號(hào)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(xiàn)在小鼠的初級(jí)視皮層(V1)，Cdk5的蛋白表達(dá)與關(guān)鍵期的時(shí)程高度相關(guān)。在關(guān)鍵期達(dá)到峰值時(shí)，它的表達(dá)相對(duì)于關(guān)鍵期前明顯下降了。關(guān)鍵期后，它的表達(dá)又重新上升到了關(guān)鍵期前的水平，并在成年得到了維持。在成年小鼠中，藥理學(xué)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(shì)可塑性。短時(shí)程的單眼縫合誘發(fā)了明顯的眼優(yōu)勢(shì)偏移。單細(xì)胞動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)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(yīng)，而非剝奪眼的反應(yīng)與對(duì)照小鼠是差不多的，表明恢復(fù)的可塑性呈現(xiàn)出幼年樣的特征。進(jìn)一步研究表明增強(qiáng)的可塑性伴隨著GABA信號(hào)的下調(diào)，CP681301顯著降低了谷氨酸脫羧酶，即GABA合成酶GAD65/67的表達(dá)，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(jīng)元周網(wǎng)絡(luò)的水平?jīng)]有受CP681301的影響。Cdk5敲減也顯著降低了GAD67的蛋白表達(dá)，而對(duì)GAD65的表達(dá)則呈現(xiàn)出溫和的效應(yīng)。免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)也表明Cdk5與GAD67存在著相互作用。單細(xì)胞膜片鉗也證實(shí)微小抑制性突觸后電流(mIPSC)的幅度在抑制Cdk5后下調(diào)，而頻率則出現(xiàn)稍微的上升。腹腔給藥地西泮增強(qiáng)GABA信號(hào)可以濃度依賴性地阻斷Cdk5抑制劑誘導(dǎo)的眼優(yōu)勢(shì)偏移。這證明了減少的抑制水平參與了眼優(yōu)勢(shì)可塑性的恢復(fù)。這些結(jié)果暗示了Cd

6、k5在視覺系統(tǒng)發(fā)育和成熟過程中對(duì)腦環(huán)路的鞏固和穩(wěn)定的至關(guān)重要的作用。更重要的是，靶點(diǎn)Cdk5的相同的機(jī)制可能對(duì)成年階段中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的功能恢復(fù)具有適應(yīng)性的參考價(jià)值，比如弱視，中風(fēng)或者神經(jīng)退行性疾病。
　　視知覺學(xué)習(xí)是指通過反復(fù)的知覺任務(wù)訓(xùn)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(duì)知覺學(xué)習(xí)的機(jī)制了解得還很少。利用前期建立的小鼠視知覺學(xué)習(xí)模型，從行為和分子水平上對(duì)視知覺學(xué)習(xí)的機(jī)制進(jìn)行了初

7、步探索。反轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)可以廢除之前知覺訓(xùn)練提升的視力水平。視知覺訓(xùn)練沒有改變V1區(qū)GADs的表達(dá)。盡管知覺訓(xùn)練沒有改變NR2AmRNA的水平，但顯著降低了NR2A蛋白的表達(dá)。任務(wù)規(guī)則學(xué)習(xí)顯著降低了突觸后致密區(qū)的Homer1mRNA的水平。Pinin mRNA在任務(wù)學(xué)習(xí)和知覺學(xué)習(xí)小鼠的表達(dá)顯著低于未游泳的小鼠。這些因子的改變進(jìn)一步暗示了視知覺學(xué)習(xí)與神經(jīng)可塑性緊密的相關(guān)性。
　　綜上所述，結(jié)合視知覺學(xué)習(xí)和抑制Cdk5等手段提高可塑性將是治愈