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脑科学是21世纪国际上最具挑战性和最活跃的前沿基础学科之一,了解脑的奥秘,揭开学习、记忆和高级认知功能的机制,对哺乳动物尤其是人类的生存极为重要。许多研究已经表明N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体在突触可塑性和学习记忆过程中起着重要的作用。特别是NMDA受体的NR2B亚基。1999年钱卓博士创建了NR2B亚基在前脑特异性过量表达的转基因小鼠,并发现转基因小鼠海马脑区的NMDA受体通道开放时间延长,活性增加,其海马CA1区突触可塑性增强(表现为突触对高频刺激反应增强)。此外,NR2B转基因小鼠在多种行为学测试中(水迷宫,声音和场景恐惧条件化测试等)表现出更好的学习和记忆能力。这些结果表明NR2B亚基对于海马脑区的突触可塑性和相关的学习记忆是很重要的。前额叶皮层在人和动物的工作记忆,情感记忆,注意力调节和行为抑制中起着重要作用。但与海马脑区相比,关于NMDA受体及其亚基在前额叶皮层(Prefrontal cortex)突触可塑性中的作用及机制却少有研究。本研究利用NR2B转基因模式小鼠,将分子生物学技术,离体脑片电生理学技术与整体行为学方法相结合,重点研究了前额叶突触小体NR2B亚基过量表达,对前额叶Ⅴ层到Ⅱ-Ⅲ层锥体细胞兴奋性突触后电位(Excitatory Postsynaptic Potential,EPSP)、NMDA受体依赖的长时程增强(Long-term Potentiation,LTP)及前额叶相关的空间工作记忆功能的影响。本课题的研究工作主要包括以下三部分:1转基因小鼠前额叶NR2B基因的表达运用Westem-blot,提取了突触小体的NR2B蛋白,对其进行定量检测。研究结果显示,转基因小鼠功能性NR2B基因在前额叶突触膜上的表达量高于对照,这为我们的后续实验工作的顺利开展奠定了基础。2转基因小鼠前额叶脑区突触可塑性的分析2.1基本突触传递分析:采用离体脑片场电位记录技术,考察了NR2B转基因模式小鼠前额叶Ⅴ层到Ⅱ-Ⅲ层锥体细胞的基本突触传递功能。分别将转基因组与同窝对照组的刺激强度—反应曲线(Input-Output curve)和双脉冲抑制(Pairedpulse depression,PPD)进行分析对比,结果表明NR2B亚基的过量表达并不会改变转基因模式小鼠突触后AMPA受体的功能和突触前神经递质释放的功能。2.2 NMDA受体介导的突触可塑性分析采用离体脑片场电位记录技术,研究分析NR2B亚基前脑特异性过量表达对小鼠前额叶Ⅴ层到Ⅱ-Ⅲ层锥体细胞区突触可塑性的影响。与同窝对照小鼠相比,转基因小鼠前额叶Ⅴ层到Ⅱ-Ⅲ层锥体细胞区NMDA受体依赖的LTP得到了显著增强。在此基础上,我们使用NR2A和NR2B亚基拮抗剂研究了NR2A和NR2B亚基在NMDA受体介导的LTP中的作用,无论在转基因小鼠还是同窝对照小鼠的脑片,NR2A和NR2B亚基拮抗剂都能够减弱NMDA受体介导的LTP,特别是使用了NR2A亚基拮抗剂后,发现转基因小鼠的LTP仍显著高于对照小鼠。这些结果提示了,NR2A和NR2B亚基都参与了NMDAR依赖性的LTP的形成,NR2B亚基的过量表达可以引起NMDAR依赖的LTP的增强。对长时程抑制(Longtermdepression,LTD)的研究发现,NR2B转基因组的LTD与对照组相比并无显著差异。3转基因模式小鼠空间工作记忆的行为学分析大量的研究已表明NMDAR依赖的突触可塑性与学习记忆功能密切相关,为了探明小鼠前脑过量表达NR2B对前脑相关的学习记忆功能的影响,我们利用T-迷宫的延缓选择任务(The delayed alternative T-maze,DAT)和水迷宫任务,分别检测NR2B转基因模式小鼠的空间工作记忆能力。所获得的研究结果是,NR2B转基因模式小鼠的空间工作记忆得到显著提高,结果表明了NR2B亚基在前脑的过量表达也能够提高小鼠的学习和记忆功能。我们的结果与NR2B转基因小鼠海马脑区的研究结果一致,NR2B亚基在前脑的过量表达也能增强前额叶脑区NMDAR介导的突触可塑性和空间工作能力。表明了NR2B亚基在小鼠的前额叶脑区的突触可塑性及学习记忆功能中也起到重要作用。