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妈/钙调蛋白依赖型蛋白激酶 Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ,CaMKⅡ)在海马脑区主要包括0α和β亚型,αCaMKⅡ亚型在海马学习记忆和突触可塑性中的作用已被广泛研究,相比之下,βCaMKⅡ亚型在海马学习记忆和突触可塑性中作用及机制的研究却甚为缺乏,特别是有关β3CaMKⅡ亚型在海马齿状回(Dentate gyrus,DG)亚区相关的模式分离、灵活性学习及突触长时程抑制(Long-term deβression,LTD)中的作用,更是未见任何研究报道。本研究利用通过化学遗传学技术创建的DG脑区特异性上调βCaMKⅡ的βCaMKⅡ-F90G 转基因小鼠(Transgenic mice,TG),实现 了外源 βCaMKⅡ-F90G在DG脑区区域特异性、可逆转、可实时调控的过量表达,系统深入研究了βCaMKⅡ在DG脑区特异性过量表达对于相关认知功能和突触可塑性的影响及其机制。主要研究结果如下:1.βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠的灵活性学习能力受损八臂迷宫及十字型水迷宫的反向任务测试结果表明,βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠的灵活性学习能力受损,βCaMKⅡ-F90G特异性抑制剂NM-PP1可以逆转这种受损。而转基因小鼠的情绪、新异物体识别记忆、空间参考记忆及模式分离能力正常。2.βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠DG脑区内侧前穿质通路(Medial perforant path,MPP)N-甲基-D-天冬门氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)依赖的 LTD(NMDAR-LTD)受损离体脑片电生理实验结果表明,βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠DG脑区MPP通路NMDAR-LTD受损,这种损伤可被NM-PP1逆转。而其DG脑区颗粒细胞(Granular cells,GCs)的基本电生理属性、基本突触传递能力以及MPP通路非NMDAR依赖的LTD均正常,海马Schaffer通路NMDAR-LTD也正常。3.βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠DG脑区NMDAR-LTD过程中CaMKⅡ过度激活,蛋白磷酸酶 1/2A(Proteinphosphatase 1/2A,PP1/2A)活性受损,突触小体中stargazin过量表达,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)内化及去磷酸化受损Western blotting及活性测定试剂盒的检测结果表明,NMDAR-LTD过程中,βCaMKⅡ-F90G转基因小鼠DG脑区CaMKⅡ过度激活,PP1/2A活性受损,突触小体中stargazin过量表达,导致AMPAR内化及其GluA1亚基Ser831和Ser845位点的去磷酸化受损,这可能是转基因小鼠NMDAR-LTD受损的原因。NM-PP1可以逆转转基因小鼠的上述变化。4.βCaMKⅡ-F90G 转基因小鼠 DG 脑区蛋白激酶 B(Protein kinase B,Akt)——糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)通路的活性异常参与了转基因小鼠灵活性学习及NMDAR-LTD的受损Western blotting 检测结果表明:NMDAR-LTD 过程中,βCaMKⅡ-F90G 转基因小鼠DG脑区Akt活性过高,引起GSK3β活性显著受损,NM-PP1可以逆转其Akt-GSK3β通路活性的异常。抑制Akt过高的活性,使GSK3β活性恢复,会使转基因小鼠AMPAR内化与去磷酸化、NMDAR-LTD及灵活性学习能力的受损均得到一定程度的恢复,表明该通路的活性异常可能是引起转基因小鼠灵活性学习能力及NMDAR-LTD受损的重要原因之一。综上所述,DG脑区βCaMKⅡ特异性过量表达损害小鼠的灵活性学习能力和DG脑区NMDAR-LTD,提示NMDAR-LTD可能是灵活性学习的细胞突触机制。进一步研究发现,CaMKⅡ过量表达会造成NMDAR-LTD过程中AMPAR内化及去磷酸化的受损,而其原因可能是由于CaMKⅡ的过度激活导致PP1/2A活性受损、突触小体中stargazin过量表达以及Akt-GSK3β通路活性异常造成。我们的研究首次发现βCaMKⅡ在灵活性学习以及前脑LTD中的重要作用,为揭示CaMKⅡ全酶在学习记忆及突触可塑性中的作用机制提供了新的重要证据。