BDNF参与的孕期铅暴露导致树突棘发育异常的作用及机制研究

Developmental exposure to Pb results in irreversible impairment to learning and memory.The mechnism which contribute to the impairment of learning and memory involve glutamate receptor ion channels interference and LTP defects. Synaptic plasticity include two process include synaptic functional plasticity and synaptic structural plasticity. Synaptic structural plasticity which involved the number and structure change of dentritic spine contribute to information storage of learning and memory. Brain derived neturotrophic factor(BDNF) has emerged as a key regulator the whole development process of dentritic spine. Our previous experiments showed that the level of BDNF are very low after lead exposure. In addation,the density of spine which located into CA1 and DG decreased significantly. The aim of this study is to investigate the effect of lead on the development of dentritic spine and to explore the relationship between lead and regulation of development of dentritic spine by activity dependent expression and secretion of BDNF in vivo and in vitro. With advanced molecular biological and electrophysiological technologies we will prove our hypothesis that lead can impair expression and secretion of BDNF thus cause development of spine defects. This study will be helpful to clarify the mechanisms of Pb-induced impairment of learning and memory.

发育期铅神经毒性的传统损伤机制是干扰海马谷氨酸离子型通道而影响LTP产生，导致学习记忆和认知功能下降。最近研究表明与学习和记忆密切相关的神经元突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性，其中树突棘的形态和数量变化的结构可塑性是学习记忆储存过程中重要的结构基础，而BDNF是调控树突棘发育的重要神经营养因子，本项目预实验表明铅中毒后能导致海马BDNF表达下降；树突棘的数量在海马CA1和DG区显著性下降。以此为基础本项目采用大鼠、海马脑片、细胞培养结合形态学、分子生物学、电生理技术研究新生大鼠铅中毒对海马树突棘形态和数量的影响，以及海马内BDNF表达的关系，确立海马区BDNF表达的下降是导致树突棘数量和形态变化的启动因素，进而导致LTP损伤的假说，为全面阐明铅损伤学习记忆神经毒性机制提供新的实验依据。

发育期铅神经毒性的传统损伤机制认为铅干扰海马谷氨酸离子型通道而影响LTP，导致学习记忆和认知功能下降。研究表明与学习和记忆密切相关的神经元突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性，其中树突棘的形态和数量变化的结构可塑性是学习记忆储存过程中重要的结构基础，本项目研究了铅对树突棘发育及后续神经行为的影响，并探索了BDNF在此过程的调控及作用机制。本项目主要在以下方面进行了研究：①铅暴露对动物神经行为能力的影响；②铅暴露对树突棘结构发育的影响；③铅暴露对神经突触电活动及其可塑性方面的影响； ④神经元电活动依赖的BDNF表达抑制及对树突棘发育的影响。研究发现，铅暴露造成了动物的条件恐惧相关记忆受损。另外，铅暴露大鼠表现出焦虑样情绪，而其行为运动行为并无显著性变化。这种变化可能与其结构可塑性改变相关。我们发现，树突的分支及长度并无显著性变化。而树突棘密度显著性降低。树突棘颈部长度增长，头部的直径变小。非成熟状态树突棘增加。而与之相关的功能性改变包括兴奋性突触传递受到抑制，表现为mEPSC频率及幅度降低。这些改变伴随着兴奋性突触后谷氨酸能受体功能及表达的改变。我们发现AMPA受体突触传递及NMDA受体突触传递同时显示降低，westernblot结果显示，GLuR1的磷酸化降低，而NMDA受体亚基NR2A表达降低。BDNF在树突棘发育过程中起了非常重要的作用，但是其表达调控及其在铅暴露中调控树突棘发育形成中的作用并不清楚。研究显示，铅对BDNF的表达呈现出剂量依赖性的抑制。BDNF转录后剪切产生出十种mRNA片段。其中BDNFⅣ, BDNFⅥ mRNA表达与神经突触电活动相关，我们发现铅暴露导致神经元电活动依赖的BDNF mRNA表达降低。表明铅对BDNF表达的影响与神经电活动相关。我们在铅暴露培养液中加入BDNF，结果显示BDNF可部分缓解铅对树突棘发育的影响。我们的研究表明，铅通过神经元突触电活动调控BDNF表达部分参与了在树突棘发育及突触功能的影响。这一研究揭示了铅对神经行为影响的突触结构发育分子机制。