在生物代谢过程中,蛋白质中的甲硫氨酸残基易被氧化形成甲硫氨酸亚砜,导致蛋白质的空间结构,甚至其功能发生改变。然而,生物体中同时存在特异性的还原酶可以通过还原甲硫氨酸亚砜来逆转这种翻译后修饰。甲硫氨酸亚砜还原酶家族四个成员中,只有MsrB1是含有高还原性（高效抗氧化性）硒代半胱氨酸的硒蛋白。MsrB1高表达于肝脏和肾脏等器官,且在敲除模型小鼠中发现,该小鼠肝脏和肾脏氧化水平均明显升高。另外,有研究表明MsrB1在体外能与Actin、TRPM6和Amyloid-beta等蛋白相互作用,其中,Actin蛋白是细胞骨架的主要成员之一,参与肌肉收缩/舒张、细胞运动、细胞因子和细胞质流等过程,并且神经发育过程中轴突生长、突触发生以及突触间信号传递都需要细胞骨架的调控。可见,MsrB1在中枢神经系统的发育和功能中可能具有重要作用,但MsrB1的敲除是否影响小鼠的中枢神经系统的正常功能并未有研究和报道。因此,本研究以MsrB1敲除小鼠为模型采用电生理系统以及钙荧光成像系统展开对MsrB1在小鼠大脑中功能的初步研究。首先从形态学角度出发,观察MsrB1敲除对于脑组织结构及不同类型脑细胞分布的影响。HE染色结果发现脑组织结构无明显异常,但免疫荧光染色结果显示,星形胶质细胞在小鼠海马体组织中有明显的增生和迁移现象。可见,MsrB1敲除对小鼠海马组织的影响较明显,而海马组织对高等动物陈述行记忆的固化非常重要。因此,本研究通过水迷宫与旷场行为学实验对小鼠空间学习及记忆能力进行检测。结果表明,与野生型小鼠相比,MsrB1缺失小鼠自主探索行为能力及空间学习能力明显下降,但对焦虑情绪无影响。为了进一步证实该结果,我们还通过采用电生理技术检测了小鼠大脑切片海马CA1区LTP及LTD,结果发现KO小鼠LTP及LTD大幅度降低。可见,MsrB1敲除对海马CA1区神经元信号传递功能有明显损伤。神经元的信号传递依赖于突触结构的可塑性,突触中蛋白微丝的动态聚集和解聚对树突棘的形态、功能以及递质的运输至关重要,然而,肌动蛋白微丝的动态变化受到其自身的氧化还原状态的影响。体外研究表明,MsrB1可通过还原肌动蛋白受氧化的44和47位甲硫氨酸,使肌动蛋白恢复聚集能力。本研究结果表明,MsrB1缺陷鼠大脑中肌动蛋白44位甲硫氨酸氧化水平明显升高。可见,肌动蛋白甲硫氨酸氧化水平升高与MsrB1缺陷鼠空间学习障碍有关,且进一步的蛋白质组学分析结果也显示,MsrB1敲除后,部分与补体系统、肌动蛋白骨架调节、Rap1信号通路、AD、神经元信号通路、长时程增强、钙信号调节、MAPK信号通路以及内质网蛋白质合成等生理及病理过程相关蛋白的表达均有明显变化。此外,大量研究证实NMDAR在LTP和LTD的产生过程中发挥重要作用。因此我们检测了海马中NMDAR两个亚基GluN2A和GluN2B的表达量,以及分别位于突触前和突触后的Synaptophysin和PSD-95的表达水平。结果表明,MsrB1的敲除导致海马区NMDAR亚基的表达水平降低及突触结构的损伤。同时,研究表明神经元的活动与细胞内钙离子的浓度。钙离子与钙调蛋白结合,刺激多种酶的活化,包括钙调蛋白激酶和钙敏感腺苷酸环化酶,这些酶可以帮助钙信号的传递并影响神经元功能。CaMKII在Ca离子和钙调素（CAM）复合体的作用下发生自聚集和自磷酸化,且在Ca离子浓度降低后仍保留催化活性,构成记忆分子装置,该过程长期以来被认为对LTP和学习记忆具有重要作用,而本研究的Western Blot结果也显示,MsrB1敲除鼠CaMKII磷酸化水平明显低于WT鼠。为了证明上述体内结果,我们进而采用细胞内钙荧光成像技术检测了WT鼠和MsrB1敲除鼠原代神经元中钙离子水平。结果发现,在正常条件下,MsrB1敲除鼠神经元中钙离子水平略高于WT鼠,然而,在谷氨酸刺激后WT鼠神经元钙离子水平却明显高于MsrB1敲除鼠。由此可见,MsrB1的敲除会导致小鼠神经元正常条件下钙离子水平以及在谷氨酸刺激条件下钙离子的摄取。综上所述,本研究以MsrB1敲除小鼠为模型,首次揭示了MsrB1在大脑中的作用:首先,尽管MsrB1缺失不会影响小鼠大脑的总体形态,但会导致小鼠大脑星型胶质细胞的增生;其次,MsrB1缺失影响神经元突触信号传递功能蛋白的表达以及钙信号功能蛋白的活化,进而导致神经元间信号传递功能受损,最终表现为小鼠空间记忆能力的损伤。本研究不仅扩展了我们对MsrB1功能的认识,而且为了解甲硫氨酸氧化修饰影响中枢神经系统的发育和功能提供了新的证据。此外,MsrB1与神经退行性变化之间的关联也为临床上对神经退行性病变的诊断和治疗提供了新的思路。