LTP和记忆相关性研究新进展（注：本文于1997—11—28收到。），本文主要内容关键词为：相关性论文,新进展论文,本文论文,记忆论文,LTP论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分类号 59.811
1 前言
自1949年Hebb提出有关记忆形成的理论以来，对记忆的研究一直是神经生物学家和生理心理学家关注的热点。围绕“记忆是怎样形成的？”这个问题开展了一系列的研究，也取得了令人瞩目的进展。特别是对记忆形成过程的不同阶段所发生的一些生理生化变化及神经元形态上的改变的研究使人们对记忆的过程有了愈来愈清晰的认识。1973 年Bliss发现兔的海马神经元在高频刺激后产生突触长时程增强（LongTermPotentiation,LTP）效应，随后对LTP的特征、 形成机理以及与动物行为的相关性研究已积累了很丰富的资料。近几年的研究表明，LTP 现象是目前研究学习和记忆细胞机制极为理想的模型和电生理指标[1]。因而LTP成为80年代以来神经科学领域中最富有成果的研究领域之一。本文对这些新进展作一个小结。
2 LTP和记忆相关性研究
由于药物阻断剂或激动剂可能存在一些副作用，对使用药物所造成的行为上的变化难以圆满地进行解释。 目前借用基因突变的方法研究LTP和记忆的相互关系已成为一个新的趋势[2]。
2.1 cAMP—反应因子结合蛋白（CREB）突变
CREB是细胞内cAMP变化的转录转导因子，调节基因的转录和蛋白质的合成。其效能依赖于蛋白磷酸酶A的活力。在脊椎动物中，CREB 基因被破坏后，其长时记忆形成受到影响。电生理表明，在其海马片中也表现出LTP缺陷。利用僵住试验对突变鼠进行记忆保持研究，发现在30 分钟以前突变鼠表现正常，但60分钟后表现出显著性记忆衰退。用电生理方法表明，在90分钟以前，突变鼠CA1区LTP和正常鼠相近，但90分钟以后衰退到基线水平。CREB基因的作用在LTP 和记忆行为上虽然存在时间上的差异，但主要趋势是一致的，而且可看出它在长时记忆的形成中起着重要作用[3]。
在果蝇中，CREB基因突变体dunce是一类有记忆缺陷的个体。 进一步的研究表明，CREB存在两类蛋白异构体分别作为CREB的抑制剂和激动剂，两者的比例大小决定着长时记忆（Long-term Memory,LTM）的产生与否。当激动剂水平占优势时，LTM形成；当抑制剂水平占优势时， 阻碍LTM形成；当两者水平相等时， 单次或多次训练仅仅增高激动剂水平，但不足以产生LTM。由于LTM的形成是依赖蛋白合成的，因此CREB基因的作用在于激活或阻断LTM形成中蛋白质的合成。另外，也发现CREB 的作用对学习或早期记忆形成没有影响[4]。
2.2 Ca[2+]／钙调蛋白激酶Ⅱ（a－Calcium－Calmodul inKinase Ⅱ,a CaMKⅡ）和fyn基因的突变
转基因的研究表明a CaMK Ⅱ和fyn基因对LTP是必需的基因。
a CaMK Ⅱ在哺乳动物脑内大量分布，在与记忆形成及LTP相关区域、谷氨酸结合活性区其含量特别高。它的50kDa 亚基是主要的突触后致密蛋白（Postsynaptic Density protein,PSD蛋白）。a CaMK Ⅱ的神经底物蛋白包括微管相关蛋白、管蛋白和突触素Ⅰ等。因此它在突触的可塑性中起着重要作用。在海马CA1区诱导LTP可导致a CaMK Ⅱ的活性增强[5,6]。在a CaMK Ⅱ基因敲除小鼠中，LTP不产生， 绝大多数生理指标正常。
fyn是酪氨酸激酶基因的一种，fyn突变鼠由于在发育过程中缺少酪氨酸激酶的表达导致海马结构上的改变[2]。fyn基因缺失小鼠中，低频刺激不产生LTP，但高频刺激仍能产生LTP。表明Fyn 酪氨酸激酶在高频刺激时其缺陷可被其它一些机制所补偿。
这两类基因突变体鼠在学习水迷宫任务时均表现出行为上的缺陷。
2.3
NO合成酶（Nitric Oxide Synthase,NOS）基因敲除
NOS广泛存在于CNS中，哺乳动物体内NO主要由NOS以L－精氨酸为底物合成。NO在LTP和记忆中的作用已有大量研究[7]。已知NOS 有神经细胞型、内皮细胞型和诱导型三种。Chapman（1992）发现在训练前1小时给大鼠外周注射NOS抑制剂L－NAME或L－NARG造成大鼠在Morris 水迷宫作业中的遗忘；给一日龄小鸡注射L－精氨酸可阻止由L －NARG 竞争NOS结合位点而造成的一次性回避反应学习上的缺陷。表明NO 在学习记忆行为中起着重要作用。Holscher（1995）发现神经细胞型NOS的NOS抑制剂7－NI（7－Nitroindazole）对一日龄小鸡学习造成损害；注射7－NI也损害大鼠在水迷宫中的空间学习行为，这个浓度同时阻碍在体的海马CA1区LTP的产生。
运用基因敲除的方法，在除掉神经细胞型NOS的小鼠中， 其脑片的神经可塑性未受损害， 小鼠也未表现出任何学习缺陷的迹象， 但使用NOS抑制剂仍影响脑片中的LTP。后来发现在海马的锥体神经元中有内皮细胞型NOS的表达。这说明神经细胞型NOS并不是诱导LTP 和学习机制的关键因素，或者在发育阶段内皮细胞型NOS能补偿神经细胞型NOS的作用。在内皮细胞型NOS基因缺失鼠中，LTP不受影响；在同时缺失神经细胞型和内皮细胞型NOS的鼠中，LTP显著降低[8]。
近年来，大多数的研究仍采用行为药物学的方法。在对记忆的生理机制的研究中，发现蛋白质的磷酸化作用和糖蛋白的合成及修饰作用在LTP和记忆的形成过程中也起着非常重要的作用。
2.4Ca[ 2+ ] ／磷脂酸化依赖性蛋白激酶 C （ Ca[ 2+]/phospholipid-dependent protein kinase C,PKC）
PKC是LTP和记忆形成过程中被激活的蛋白激酶之一。将海马片浸于PKC抑制剂中可阻止LTP的形成。将PKC 抑制剂注射到突触后膜的细胞中可阻止相应细胞中LTP的形成，而其相邻的细胞不受影响。B50或称生长相关蛋白（growth-associated protein-43.GAP-43 ）和neurogranin分别为突触前膜和后膜上PKC作用的靶子。在海马CA1区诱导LTP60 分钟时，B50蛋白和neurogranin磷酸化显著增高，其磷酸化作用可被NMDA受体桔抗剂APV所阻断。 这种迹象表明， 突触后膜的NMDA 受体也可能被PKC调节的磷酸化作用所调控[9]。
在记忆形成的过程中， 蛋白磷酸化是一个非常重要的过程。Serrano（1995）用PKC抑制剂Chelerythrine 证实能破坏一日龄小鸡在一次性回避反应训练中长时记忆的形成。Zhao （1994 ）的研究则认为PKC抑制剂的作用主要影响小鸡的中时记忆[10]。 在大鼠眨眼条件反射诱导LTP产生后，PKC在海马的突触体中活性增强。PKC 抑制剂在大鼠跳台反应训练后2小时内能抑制记忆的形成，也抑制海马内LTP的形成。因此蛋白的磷酸化作用在LTP和记忆的形成过程中均起着重要作用。
2.5 神经细胞粘合分子（Nerve Cell Adhesion Molecules,NCAMs）
NCAMs 是神经细胞表面一类糖蛋白分子。 在胚胎发育的过程中，NCAMs通过调节神经元的粘附和迁移、轴突生长、成束作用、 突触的发生及细胞间信号通路来控制在神经元之间的相互联系。在成体动物中，NCAMs则参与了突触可塑性的过程[11]。大量实验显示，NCAMs 与LTP及记忆有着密切的联系。
NCAMs在海马神经元的突触前膜和后膜上含量丰富， 它可能参与了激活依赖性突触的修饰作用。在突触可塑性和学习过程中已检测到NCAMs的表达或其翻译后修饰作用。使用独特的NCAM 抗体或合成多肽可阻止LTP和记忆的形成。在大鼠中，用抗L1或抗NCAM 的抗体可阻止海马CA1神经元中刺激诱导的LTP。同样，在自由活动的大鼠诱导LTP 可随之在齿状回中检测到NCAMs表达增多。在小鸡一次性回避反应记忆中， 脑内注射抗NCAM或L1片段会阻断记忆[12,13]。
3 LTP和记忆的研究展望
综上所述，LTP与记忆有非常紧密的相关性。虽然LTP作为记忆的一种模式被广泛研究，但由于记忆的复杂性和形式多样性，要给行为与其机制之间下一个因果结论仍为时过早。研究方法上的改进为加快对记忆机制的认识展现出新的曙光，研究者已充分认识到这一点并进行了一些尝试。
目前，对LTP的大多数研究仍局限在对离体的脑片的电生理研究，这些研究得到了很多有价值的结论。然而，在研究LTP 和学习记忆关系时，应用活体进行记录则更有意义。目前在不同种系自由活动动物上已有成熟的电记录方法，已有不少研究者使用在体的LTP观测方法。
由于遗传工程技术高度发展，基因打靶技术已非常成熟。在研究记忆机制方面不失为一个极好的方法。然而，也存在一些问题，比如基因缺失往往造成某特定的基因在整体水平上的缺失，对于复杂的行为比如记忆的变化极有可能源于发育中的问题，而非特定基因对行为的效应。因此研究工作者设计了对特定的亚区域或对一些特殊或有限的细胞类型进行一些特定的基因敲除。目前，已得到仅仅敲除海马CA1区的NMDA Ⅰ基因的动物。这种动物可用几种方法测试，比如，行为过程中的多电极记录。这些数据支持CA1区突触中NMDA 受体依赖的突触可塑性对空间记忆的获得和正常CA1区区域形成的重要作用[14,15] 。 另外， 反义mRNA的使用为记忆的研究提供了一个更诱人的前景。通过插入阻断特定合成酶的mRNA可使动物正常地生长和发育，因而在行为水平上得出的结论更有说服力。
勿容置疑，随着技术的不断更新和研究的不断深入，对记忆生理机制的认识会越来越清晰。