成体神经发生(adult neurogenesis)是指成年动物神经系统某些特定部位存在神经干细胞(neural stem cell),这些干细胞能终生不断地产生新的神经元和胶质细胞,新产生的神经元能发育分化成成熟的神经元并与其它已经存在的神经元形成突触联系,融入到原有的神经网络中。在哺乳类动物中成体神经干细胞主要局限于中枢神经系统的两个部位,第一个是侧脑室壁的亚室带(subventricular zone,SVZ),从这里产生的神经元向嗅球和纹状体迁移,然后大部分分化成中间神经元。第二个是海马中的齿状回颗粒细胞下层(subgranular zone,SGZ),新产生的神经元整合到齿状回神经环路中。起初,科学家认为只有在胚胎发育阶段,才有神经干细胞的产生,但是现在研究表明,几乎所有哺乳动物存在成体神经发生。另外成体神经发生障碍与一些疾病相关,例如老年痴呆、学习记忆能力下降,抑郁症和精神分裂症等。现在正在研究是否能通过促进成体神经发生,治疗这些疾病。大脑缺血和其它实验损伤条件下成体神经发生增强,显示成体神经发生可能有利于大脑损伤后修复。学习记忆是大脑的高级功能,目前已成为生命科学研究的热点之一。已研究表明,成体神经发生与学习记忆关系密切。神经发生的过程受到各种信号的调节,比如受到神经递质、生长因子、神经营养因子的调节以及各种环境因素的刺激等。这些因素有消极因素,比如应激反应。也有积极因素,如体育锻炼、丰富多彩的生活环境以及学习行为都能促进海马成体神经发生。那么成年新生神经元是如何产生,发育以及整合到现有的神经环路中,其分子调控的机制是什么,成体神经发生对大脑的功能有哪些有利和不利的影响。为了回答以上问题,本试验从环境因素角度出发,具体选用几种目前常见的神经相关药物,包括苦马豆素,重金属铅,氯化锂和亚硝酸盐。目的一:研究这些药物单独或结合对成体神经发生和学习记忆的影响。目的二:通过这些神经相关药物研究成体神经发生和学习记忆之间关系,目的三:通过这几种神经相关药物探索影响神经发生和学习记忆相关的分子机制。本试验运用BrdU(新生细胞标志物)活体注射、多重荧光免疫组织化学、激光共聚焦显微镜、Western blot、Morris水迷宫试验等先进的形态学、分子生物学和行为学技术方法,研究成体神经发生对大脑功能的影响。研究结果如下:1.苦马豆素是疯草主要的有毒成分,马羊等家畜摄食疯草后会出现神经系统功能障碍,如步履蹒跚、行为异常,严重者导致动物中毒死亡,给畜牧业造成了巨大经济损失。研究表明苦马豆素能抑制α-甘露糖苷酶的活性,造成甘露糖积累,使糖蛋白合成受阻,导致神经细胞空泡变性,诱导神经元凋亡。结果表明,在体外细胞培养试验和在体试验,苦马豆素能抑制神经前体细胞的增殖和存活。另外,苦马豆素处理后,小鼠海马中的蛋白双皮质素(DCX)和突触小泡蛋白(SYP)表达量均显著降低,但是凋亡蛋白(caspase3)和胶质纤维素性酸性蛋白(GFAP)的表达量却显著升高。行为学试验表明,苦马豆素处理后能损伤海马依赖的学习和记忆。本研究的结果表明苦马豆素能抑制成体神经发生并能损伤学习记忆。2.铅是我们日常生活中经常接触到的重金属,也是影响神经系统神经毒药之一。本试验不但研究铅中毒对小鼠成体神经发和学习记忆的影响,也研究了目前临床上治疗抑郁症的药物氯化锂。本研究旨在探讨锂对小鼠铅中毒引起损伤的保护作用。结果表明:铅处理后能显著的抑制成体神经发生,而锂处理能促进成体神经发生。有意思的是,预处理锂能保护铅对神经干细胞的毒性。另外,本研究发现使用锂可以有效的减轻铅对小鼠认知能力的损伤。锂可以显著的补偿海马中铅导致的磷酸化的GSK-3β和microRNA-34c的损耗。此外,锂的保护作用还体现在其他系统。铅处理组的小鼠身体一些器官功能发生紊乱,比如脾脏、肝脏和肾脏肿胀或者坏死。而锂和铅共处理组小鼠这些病变的发生率明显减少。本研究表明锂可以减弱铅中毒带来的损伤,为以后的临床治疗铅中毒提供理论依据。3.亚硝酸盐是我们日常生活中经常接触到一种食品添加剂。但是,其对成体神经发生方面还没有报道。研究结果表明:亚硝酸盐处理小鼠齿状回颗粒层中的BrdU阳性细胞数量、存活率均极显著低于对照组,表明亚硝酸盐中毒对小鼠新生神经干细胞的增殖和存活产生了影响。另外亚硝酸盐处理组BrdU/NeuN双阳性细胞的数量极显著低于对照组。本研究的结果表明,亚硝酸盐中毒能显著抑制小鼠神经干细胞增殖,降低新生细胞的存活。