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背景丰富环境(environmental enrichment, EE)与海马可塑性有关,其中包括增加神经发生和改善认知能力等。而且,丰富环境还可以改善压力、老化以及神经系统疾病等引起的脑功能损伤。丰富环境调节海马可塑性和改善脑功能的机制非常复杂,至今仍不十分清楚。经典瞬时受体电位1(transient receptor potentiall-canonical, TRPC1)通道是Ca2+通透的、非选择性的阳离子膜通道,在大脑中选择性的表达在神经元中,并且主要是表达在神经元的胞体和树突。研究表明TRPC1通道参与调节胚胎神经干细胞(neural stem cells, NSCs)的自我更新、神经突延伸生长以及促进细胞周期进程和细胞增殖等。此外,近期研究发现TRPC1介导的钙库操纵性钙内流(store-operated Ca2+entry, SOCE)曾加对于体外培养的成年海马神经组细胞的增殖是必需的。这些研究结果提示TRPC1可能在神经祖细胞(neural progenitor cells, NPCs)增殖、海马可塑性以及学习记忆等过程中起着重要作用。但是,丰富环境诱导的成年神经发生和认知功能增强是否由TRPC1及相关信号通路介导,目前还尚未见报道。目的1.探讨丰富环境对TRPC1的影响。2.探讨TRPC1在丰富环境增强成年海马神经发生和认知功能中的作用。3.探讨TRPC1参与调节丰富环境增强成年海马神经发生和认知功能的机制。方法将成年(8-10周龄)野生型(wild-type, WT)129/SvEv雄性小鼠和此基因背景下的TRPC1-/-雄性小鼠分别随机分配到标准笼(standard cage, SC;每笼4只)和丰富环境(environmental enrichment, EE;每笼12只)笼中,每笼中两种小鼠参半。采用实时定量PCR (Real Time PCR)与蛋白免疫印迹(Western blot)等实验技术检测丰富环境对TRPC1mRNA与蛋白表达水平的影响。腹腔注射5-溴脱氧尿嘧啶核苷(5-Bromo-2-deoxyuridine, BrdU)来标记新生神经组细胞,用免疫荧光技术来研究WT与TRPC1-/-小鼠海马新生神经组细胞的增殖、分化和存活情况。通过行为学测试及记录海马脑片苔状纤维(mossy fiber, MF)—海马CA3(即MF-CA3)通路长时程增强(long-termpotentiation, LTP)来检测各组小鼠学习记忆及突触可塑性的变化情况。而且,为了进一步证实TRPC1的作用,我们通过脑立体定位技术注射重组腺相关病毒rAAV2-TRPC1或rAAV2-GFP(作为对照)到各组小鼠海马齿状回(dentate gyrus, DG),并评估这些小鼠在丰富环境后神经发生及认知记忆水平。此外,应用Western blot检测MAPK家族成员及CREB蛋白等表达水平变化来探讨其内在机制。结果1.丰富环境显著增加成年小鼠海马TRPC1表达水平。成年(8-10周龄)WT小鼠随机分别饲养于标准笼(standard cage, SC)与丰富环境(environmental enrichment, EE)中。四周后,我们用实时定量PCR和蛋白免疫印迹等实验技术检测到EE组小鼠TRPC1mRNA和蛋白表达水平显著高于SC组小鼠。2.成年TRPC1-/--小鼠表现出丰富环境诱导的海马神经发生及认知功能增强障碍。(1)免疫荧光结果显示：丰富环境使WT小鼠神经祖细胞增值及新生神经元存活率显著增加了,而TRPC1-/--小鼠在丰富环境后神经祖细胞增值及新生神经元存活率并没有明显的变化。(2)行为学检测结果显示：丰富环境使WT小鼠在Morris水迷宫中逃避潜伏期显著降低和在目标象限花更长的时间搜索平台,在关联条件恐惧中凝滞反应时间显著增加,在新物体识别实验中明显更加倾向于对新物体进行探索,而TRPC1-/-小鼠丰富环境后在上述行为学测试中的表现并没有明显的改变。(3)脑片LTP记录结果显示：丰富环境显著性地增加了WT组小鼠海马脑片MF-CA3通路兴奋性突触后场电位(field excitatory postsynaptic potentials, fEPSP)的斜率,而丰富环境后在TRPC1-/-组小鼠的海马脑片中并没有检测到fEPSP斜率有明显变化。3.在成年TRPC1-/-小鼠海马DG区过表达TRPC1逆转了丰富环境诱导的海马神经发生以及认知功能增强障碍。(1)免疫荧光结果显示：丰富环境后,TRPC1-/-组小鼠神经祖细胞增值及新生神经元存活率显著低于WT组小鼠,而在TRPC1-/-小鼠海马DG区过表达TRPC1后其神经祖细胞增值及新生神经元存活率几乎恢复到WT小鼠水平。(2)行为学检测结果显示：丰富环境后,TRPC1-/-组小鼠在Morris水迷宫中逃避潜伏期显著高于WT组小鼠及在目标象限花的时间显著低于WT组小鼠,在关联条件恐惧中凝滞反应时间显著低于WT组小鼠,在新物体识别实验中识别指数显著低于WT组小鼠,而在TRPC1-/-小鼠海马DG区过表达TRPC1后其上述各行为学测试指标几乎恢复到了WT小鼠水平。(3)脑片LTP记录结果显示：丰富环境后,TRPC1-/-组小鼠海马脑片MF-CA3通路fEPSP的斜率显著低于WT组小鼠,而在TRPC1-/-小鼠海马DG区过表达TRPC1后fEPSP的斜率几乎恢复到了WT小鼠水平。4.TRPC1可能是通过ERK1/2-CREB通路来调节丰富环境诱导的成年海马神经发生以及认知功能增强的。为了探讨潜在机制,我们用蛋白免疫印迹技术检测了与丰富环境、成年海马神经发生、突触可塑性及学习记忆等有关的蛋白表达变化情况,如MAPK家族成员(ERK1/2、 p38和JNK)及CREB蛋白等。我们发现：与WT-SC组小鼠相比,WT-EE组小鼠ERK1/2、 p38和CREB(而不是JNK)蛋白磷酸化水平显著性地增加了；而且TRPC1敲除后显著性地抑制了丰富环境诱导的ERK1/2、CREB(而非p38)蛋白磷酸化水平的增加。尤其是,在TRPC1-/-小鼠海马DG区过表达TRPC1能够使在丰富环境的情况下被抑制的ERK1/2和CREB蛋白磷酸化水平几乎恢复到WT小鼠水平。结论TRPC1可能是通过激活ERK1/2-CREB通路活性来调节丰富环境对神经发生及认知功能的增强作用。鉴于丰富环境对目前一系列尚不能治愈的脑疾病有改善功效和神经发生在脑功能中的作用,TRPC1将是治疗神经系统疾病(如神经退行性疾病)的一个潜在治疗靶点。