小鼠触觉经验对于barrel cortex区域功能性以及神经元可塑性影响初步分析

作     者：夏东 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祝延;孔德虎

授予年度：2009年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 

主      题：神经元网络可塑性 即刻早期基因 胡须刺激 体感皮层 触觉经验 

摘      要：目的 神经元网络可塑性是大脑学习和记忆功能的基础,可塑性的变化也是某些脑功能疾病的成因。研究大脑皮层可塑性不仅可以为认识可塑性机制提供基本方法,也可对自然衰老过程和神经退行性疾病的病理过程进行观测,进而可以为评价抗衰老药物和治疗神经退行性疾病提供新方法。啮齿类动物的体感皮层具有良好的组织学与功能上的拓扑对应关系,为可塑性研究提供了有利条件。在啮齿类动物的体感皮层胡须对应区(barrel cortex)上响应特性相近的神经元群聚集,形成与胡须分布一一对应的功能柱,这些功能柱在初级体感皮层上形成规则的排布。 正是基于此,本研究的目的就是选用即刻早期基因c-fos基因的表达产物c-fos蛋白和脑源性神经营养因子(BDNF)作为指标,拟用免疫组织化学ABC法,尝试了解触觉经验(包括被动和主动)是如何影响c-fos和BDNF的合成,探究触觉经验和SI神经元的功能和可塑性改变的相关联系。 方法 1.模型建立本文基于经典的胡须刺激模型,建立了两种新的胡须刺激模型,以对小鼠大脑皮层提供体表感觉输入。在第一个模型中,把实验组小鼠放置于新的笼子,激发其动物本能,在其探索新的环境过程中,触发胡须刺激,与对照组进行比较。第二个模型把实验动物放置于一个圆柱体的顶端,然后手工用毛刷轻轻刷实验动物的胡须,每天持续数分钟,连续数天,与对照组进行比较。 2.动物分组将实验动物分为两组:即实验组(experimental group)和对照组(control group)。 3.行为学观察本文中所用的实验动物全部饲养于树脂玻璃笼中(50×40×40cm),自然光线昼夜循环交替,上覆盖1.5 mm钢丝编制1.5 cm间隔的盖子,供应水和食物。按照动物实验模型观察动物。 4.形态学分析完成实验后,对小鼠进行内灌注取脑,组织经脱水处理后进行冰冻切片,厚度为50μm,取冠状切片,进行尼氏染色,细胞色素氧化酶染色和免疫组织化学染色。尼氏染色和细胞色素氧化酶染色用来确定大脑皮层区域和分层。免疫组织化学染色用以评价barrel cortex各层之间c-Fos蛋白和BDNF表达情况。 5.统计学分析组织切片的图像采用计算机成像分析系统,进行细胞计数,采用SPSS13.0软件进行单因素方差分析。统计数据用均数±标准误(mean±SEM)。 结果 1.模型Ⅰ经免疫组织化学染色检测对照组和实验组动物的c-fos蛋白表达;我们发现在PMBSF区域实验组c-fos蛋白免疫标记显著性地增加。其中在第Ⅳ层,与对照组相比,实验组c-fos蛋白表达量增加比率最大(526.6%,89.6±18.2 vs.14.3±2.8),在Ⅱ/Ⅲ层(243.7%,46.4±8.4 vs.13.5±2.3)和Ⅴ/Ⅵ层(390.3%,105.9±22.1 vs.21.6±4.5)的c-fos蛋白表达量也明显增加。通过单因素方差分析,在PMBSF的Ⅱ/Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ/Ⅵ层间,实验组c-fos表达量与对照组相比有显著性的差异(P0.05)。 2.模型Ⅱ经免疫组织化学染色检测对照组和实验组动物的c-fos蛋白表达;我们发现在PMBSF区域实验组c-fos蛋白免疫标记显著性地增加。其中在第Ⅳ层,实验侧皮层相对于对照侧,c-fos蛋白表达量增加比率最大(352.3%,439.6±23.6 vs.97.2±19.6),在Ⅱ/Ⅲ层(336.1%,119.5±20.4 vs.27.4±5.7)和Ⅴ/Ⅵ层(159.5%,380.4±46.1 vs.146.6±21.6)的c-fos蛋白表达量也明显增加。通过单因素方差分析,在PMBSF的Ⅱ/Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ/Ⅵ层间,实验组c-fos表达量与对照组相比有显著性的差异(P0.01)。实验组和对照组BDNF的表达情况是:在第Ⅳ层、Ⅱ/Ⅲ层和Ⅴ/Ⅵ层,实验侧皮层相对于对照侧,BDNF表达量增加比率分别为177.8%(33.8±8.7 vs.1.8±0.4)、281.5%(20.6±5.3 vs.5.4±1.1)和319.4%(13.0±3.4vs.3.1±0.8)。通过单因素方差分析,在PMBSF的Ⅱ/Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ/Ⅵ层间,实验组BDNF表达量与对照组相比有显著性的差异(P0.05)。 结论 1.我们的实验表明,由于新环境的铁丝笼子的间隙触发了胡须刺激,产生生物学效应,推测通过胡须的触觉经验是啮齿动物获得外界信息的一个重要的途径。 2.两种模型的结果都表明了触发小鼠胡须引起的刺激能诱导PMBSF区域c-fos蛋白的表达明显地增加。触觉经验可通过胡须-皮层信号传导通路,激发皮层相关区域基因表达增加,蛋白生成增加,引起神经元可塑性发生改变。 3.啮齿动物的胡须-皮层信号传导通路,为我们研究经验依赖性皮层可塑性变化的机制,提供了一条有效的途径。