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研究背景:父亲和(或)母亲所经历的外界环境给予的生理和(或)心理刺激不仅影响亲代自身的表现,还可以影响子代的行为学,情感以及学习记忆能力。一项人群的研究发现,孕期妇女的抑郁情绪会增加子代尤其是女儿罹患精神疾病的风险。父代青少年期的适度压力与应激可以提高其子代学习记忆能力和应对逆境的反应能力。在生育子代前或孕期,亲代的某些经历对未来子代的情绪,行为和学习记忆能力能部分或都会产生显著影响。我们将这种环境因素的影响归属于表观遗传学范畴。阿尔茨海默病是最常见的痴呆种类,临床特征为进行性认知功能下降。我们之前的研究发现,阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)模型鼠——Tg2576进行空间训练可以显著提高其自身学习记忆能力。因此,我们猜想对有患病基因但无阿尔茨海默病表型的父亲进行空间训练,观察能否改善其子代的学习记忆能力。作为对照,本研究对野生型和阿尔茨海默病3XTg父亲均进行了为期1周的空间训练,对繁殖出的子代进行认知功能和突触可塑性的检测。目的:研究野生型和阿尔茨海默病父代的空间训练对子代学习记忆能力的影响及其表观遗传学机制。方法:筛选健康的、体重没有明显差异的、生育期野生型雄鼠和AD模型鼠3XTg雄鼠饲养。采用水迷宫(Morris water maze,MWM)作为训练父代的行为学范式,对照组游泳但不进行训练。经过一周的空间训练后,和相应的雌鼠进行交配繁殖产生子代,从而将子代分为四组:Ctrl组(129s游泳组)和TR组(129s训练组),Ctrl-Tg组(3XTg游泳组)和TR-Tg组(3XTg训练组)。对7月龄的这四组子代采用水迷宫检测子代学习记忆能力;采用MED64离体微电极阵列记录系统检测长时程增强效应;采用免疫印迹检测突触相关蛋白的蛋白质水平表达;采用实时荧光定量PCR检测组织突触相关蛋白的mRNA水平表达;采用免疫组化检测脑片突触相关蛋白的表达;采用染色质免疫共沉淀检测表观遗传学改变。结果:1.父亲的空间训练增强了129s子代海马的突触传递,从而增强了空间记忆能力:水迷宫检测129s子代Ctrl组和TR组发现,TR组的小鼠寻找平台的潜伏期短于Ctrl组,在目标象限的搜索时间长于对照组。说明空间记忆能力增强。用离体电生理检测发现,TR组的input/output曲线中,fEPSP的幅度要显著高于Ctrl组。再给予3串高频刺激诱导LTP后,和低频刺激下的基线相比,TR组呈现出2.4倍的fEPSP斜率的LTP增强,而Ctrl组呈现出1.9倍的fEPSP斜率的LTP增强,二者具有统计学差异(p<0.05)。2.父亲的空间训练增强了129s子代突触前突触结合蛋白(SYT1)的蛋白水平和mRNA水平的表达:取小鼠海马进行Western blot分析突触相关蛋白的表达水平,发现和Ctrl组相比,TR组中仅突触结合蛋白(SYT1)有显著的增加。对海马样品提取mRNA,用RT-PCR检测SYT1 mRNA表达发现相同的增加。免疫组化分析脑片发现,TR组的皮层和海马中SYT1的表达均较Ctrl组显著增加。SYT1作为突触前囊泡融合释放递质重要启动因子,其增加介导了突触可塑性的增强和记忆能力的提高。3.父亲的空间训练增强了129s子代突触前突触结合蛋白(SYT1)启动子结合区的组蛋白乙酰化水平:探索TR组中海马SYT1增加的表观遗传学机制,通过CHIP检测海马SYT1启动子区组蛋白乙酰化水平的改变,发现和Ctrl组相比,TR组中海马的H3-Ace水平显著增高,SYT1启动子区的H3K14-ace水平显著增高。4.空间训练增强了129s父亲自身的海马和精子中的突触结合蛋白(SYT1)启动子结合区的组蛋白乙酰化水平:探索子代海马乙酰化增高是否来源于父亲,对父亲的海马和精子进行CHIP分析,发现TR组海马和精子中SYT1启动子区的乙酰化水平也较Ctrl组显著增高。5.3XTg父亲经历的一周空间训练不能改善子代的记忆能力和突触结合蛋白(SYT1)的表达:对3XTg小鼠的Ctrl-Tg组和TR-Tg组进行行为学检测和突触可塑性分析,发现没有显著差异。进行海马突触相关蛋白的蛋白水平和mRNA水平分析发现也没有显著差异。结论:父代的空间训练通过对突触前突触结合蛋白(SYT1)的表观遗传学修饰改善了子代的空间记忆能力和突触可塑性。然而,这一训练范式并不能改善3XTg子代的记忆能力和突触可塑性。