突触外NMDA受体在长时程增强及学习与记忆形成中的作用及其机制研究

Previous studies have demonstrated that NMDA receptors are not only sited in synaptic area, but also localized in extrasynaoptic areas, and the synaptic and extrasynaptic NMDA receptors have opposite actions on cAMP-responsive element-binding protein pathway, gene expression, and cell death. Although extensive studies have demonstrated the involvement of synaptic NMDA receptors in inductions of LTP and learning & memory, the functions of extrasynaptic NMDA receptors, especially NR2A and NR2B subunits on these process remain unclear. We propose that extrasynaptic NMDA receptors have different functions on LTP induction and learning & memory as compared with synaptic NMDA receptors. Therefore, by using phamacological, immunohistochemical, western blot analysis, immuno-electron microscopy, and RNAi interference, in current project we will examine 1) the roles of extrasynaptic NMDA receptors, as well as NR2A and NR2B subunits, on inductions of LTP and learning & memory; We will also investigate the signalling pathways mediated by extrasynaptic NMDA receptors that involved in regulating inductions of LTP and learning & memory. Our research will also provide biological basis on developing therapeutic targeting of extrasynaptic NMDA receptors for dementia.

已往研究表明NMDA受体不仅在突触内，也在突触外区域有大量表达，而且突触内、外的NMDA受体对cAMP-responsive element-binding蛋白通路、基因表达、以及细胞凋亡等起着截然相反的作用。突触内NMDA受体在LTP诱导以及学习记忆中的作用已有大量研究，但突触外NMDA受体特别是其2A、2B亚单位在此中的作用还不明确。我们推测突触外NMDA受体及其亚单位在LTP的形成、以及在学习与记忆中的作用与突触内NMDA受体不同。因此，我们拟通过结合应用药理学、免疫组化、western blot、免疫电镜、以及RNAi等技术研究阐明：1）突触外NMDA受体及其亚单位参与LTP及学习与记忆的机制；2）突触内、外NMDA受体在LTP形成及其学习记忆中的不同胞内信号转导通路调控的作用及机制。此项目的完成将为以突触外NMDA受体为靶点治疗学习记忆障碍的研发提供理论依据。

【项目背景】：NMDA型谷氨酸受体在缺血、缺氧性脑损伤、癫痫等病理情况下发挥重要的介导作用，同时，它又是突触可塑性及学习与记忆形成的关键因子。阐明NMDA受体是如何介导以上截然相反相反的生理和病理功能，一直以来都是亟需解决的一个重要科学问题。研究表明NMDA型谷氨酸受体不仅在突触内，也在突触外区域有大量表达，而且突触内、外的NMDA受体对cAMP-responsive element-binding蛋白通路、基因表达、以及细胞凋亡等起着截然相反的作用。突触内NMDA受体在LTP诱导以及学习记忆中的作用已有大量研究，但突触外NMDA受体特别是其2A、2B亚单位在此中的作用还不明确。本项目大胆假设突触内、外NMDA受体及其亚单位在LTP的形成、以及在学习与记忆中发挥不同的作用，拟通过电生理学及生化学方法阐明：1）突触外NMDA受体及其亚单位在LTP形成中的作用；2）突触内、外NMDA受体在LTP形成及其学习记忆中的不同胞内信号转导通路调控的作用及机制。.【主要研究内容及重要结果、关键数据】：.1.发现突触外NMDA受体的NR2B亚单位的激活逆向调控LTP的形成：我们发现选择性激活突触外NMDA受体不能诱导LTP的形成。但是在NR2B的特异性阻断剂ifenprodil或者Ro灌流情况下，突触外NMDA受体的激活均能够诱导LTP的形成。.2.发现突触内NMDA受体的NR2B逆向调控LTP的形成：仅激活突触内NMDA受体，不能诱导LTP的形成。但是在iffenprodil的灌流下给予同样的刺激，可以诱导LTP的形成。与此相反，在NR2A的阻断剂NVP的灌流下同样的低频刺激不能诱导LTP的形成。.3.发现突触外NMDA受体的激活增加了磷酸化P-38的表达，提示突触外NMDA受体的激活通过促进P-38的磷酸化发挥作用。.【科学意义】.我们的研究成果首次阐明了突触外NMDA受体及其亚单位在LTP形成中的作用，并且探讨了其作用机制，为进一步深入了解NMDA受体的功能以及LTP的形成机制提出了新的方向。