母婴分离对前额叶皮层髓鞘发育与认知功能的影响

发布时间：2017-10-29 04:16

  本文关键词：母婴分离对前额叶皮层髓鞘发育与认知功能的影响

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【摘要】：婴幼儿在生命早期阶段面临巨大的生存挑战。期间,父母的关爱对婴幼儿的生长发育尤为重要。父母关爱被剥夺的早期经历,导致婴幼儿中枢神经系统发育停滞,造成不可逆的永久性伤害。在我国,“留守儿童”已经成为一个突出的社会问题。“留守儿童”由于亲情缺失,心理健康方面存在阴影,表现出内心封闭、情感冷漠、自卑懦弱、行为孤僻,缺乏爱心和社会交流的主动性,有的脾气暴躁、冲动易怒,严重情况下导致精神障碍,这些均是前额叶皮层(Prefrontal cortex, PFC)功能异常的具体表现,其神经机制尚不清楚。在中枢神经系统,髓鞘是由少突胶质细胞(Oligodendrocyte, OL)包绕轴突形成的多层膜结构。髓鞘对于动作电位跳跃式传递非常重要。中枢神经系统髓鞘化具有巨大的可塑性,而这一可塑性受到环境因素和社会活动的调节。研究表明,将小鼠单独饲养,会降低内侧前额叶皮层(Medial prefrontal cortex, mPFC)的髓鞘化水平,并损害nPFC相关功能。本研究拟采用大鼠母分隔离(Maternal separation, MS)模型,研究母婴分离对mPFC早期髓鞘发育的影响及其分子机制,观察与之相关的认知功能改变。首先,我们检测大鼠mPFC在不同年龄阶段的髓鞘化水平。我们发现,大鼠在刚出生时mPFC髓鞘化水平非常低,断奶后髓鞘化水平迅速增加,并在成年时达到顶峰,进入老年后又逐渐减少。这些结果表明,大鼠mPFC髓鞘化水平在整个生命周期中呈倒“U”型结构,同时也暗示mPFC的髓鞘可能在一定程度上参与mPFC功能的执行。为了研究母婴分离对中枢神经系统髓鞘发育与认知功能的影响,新生大鼠被随机地分为对照组(HC组)和母婴分离组(MS组)。在出生后第21天(P21),通过免疫荧光染色,我们观测到MS组mPFC髓鞘化水平显著低于HC组。通过Western-bloting,我们进一步证明MS组mPFC的髓鞘基本蛋白(Myelin basic protein, MBP)表达水平显著低于HC组。这一现象不仅仅在雄鼠被发现,雌鼠也有类似的现象。此外,我们利用电镜观察发现,MS组mPFC的髓鞘厚度显著薄于HC组,并且髓鞘呈松散状态,包裹不紧密,而轴突的直径并无明显差异。为了分析母婴分离对mPFC髓鞘化的影响是否会持续到成年,我们检测出P60成年大鼠mPFC的髓鞘化水平。结果表明,MS组即使到了成年,其mPFC的髓鞘化水平仍然不能恢复到正常水平。为了进一步研究母婴分离是否会影响其他脑区的髓鞘发育,我们检测胼胝体、纹状体和海马的髓鞘发育情况。结果表明,与HC组相比,MS组在胼胝体、纹状体和海马的髓鞘化并未受到显著影响。中枢神经系统髓鞘由OL形成,OL由少突胶质细胞前体细胞(Oligodendrocyte precursor cell,OPC)分化而来,OPC的增殖和OL的成熟受到阻碍,是发生髓鞘缺陷的重要原因之一。通过BrdU体内标记实验我们发现,母婴分离的确抑制OPC的分裂和OL的成熟。最近研究表明,母亲对婴幼儿的关爱行为和早期应激(Early life stress, ELS)都将影响子代DNA乙酰化水平。因此,我们推测母婴分离影响mPFC髓鞘发育是通过调节DNA乙酰化所导致的。众所周知,组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases, HDACs)参与DNA乙酰化水平的调节,同时也是中枢神经系统髓鞘形成所必需的。我们发现,母婴分离降低HDAC1/2在mPFC中的表达水平,并激活抑制OPC分化的Wnt信号通路,从而导致mPFC髓鞘发育受阻。髓鞘在大脑执行高级认知功能过程中发挥着重要作用,髓鞘发育异常会引起多种神经、精神疾病。鉴于髓鞘对行为的重要性,我们运用行为学方法检测mPFC依赖的行为学任务。我们发现,母婴分离损害mPFC的相关功能。母婴分离对mPFC髓鞘化的影响是否是造成mPFC功能受损的原因?母婴分离除了对OL的生成和髓鞘化产生影响外,还对大脑的神经元发育和突触连接有着深刻的影响,这些都将影响到mPFC的功能。为了证明该假设,我们使用HDACs的抑制剂VPA处理新生大鼠,观察VPA处理是否可以影响到mPFC的功能,VPA被认为可以增加突触的可塑性但会抑制OL的生成。结果表明,VPA处理会损害大鼠的认知功能和社交能力。如前所述,HDACs被抑制可提高学习能力和突触的可塑性,所以VPA对神经元和突触连接的影响不是损害大鼠认知功能和社交能力的原因,而是由于VPA抑制髓鞘的发育。为了进一步研究髓鞘化在mPFC功能中的作用,我们采用立体定位注射的方法特异性的注射L-溶血磷脂(LPC)到双侧mPFC,诱导mPFC脱髓鞘化。7天后我们发现注射LPC使]mPFC发生了严重的脱髓鞘化。行为学结果表明,LPC诱导脱髓鞘会损害大鼠的认知功能和社交能力。由此可见,OL的分化及髓鞘化是mPFC发挥功能所必需的。同时也证明母婴分离损害mPFC的相关功能,至少在一定程度上,是通过阻碍mPFC的髓鞘发育而导致的。综上所述,母婴分离严重影响mPFC髓鞘发育,并损害与之相关的功能。mPFC髓鞘化对mPFC功能的正常执行是必需的。本工作对深入理解母婴分离对大脑发育及认知功能的危害具有重要理论意义。
【关键词】：母婴分离 前额叶皮层 髓鞘化 认知功能
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R749
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 缩略词表11-16
• 第1章 引言16-27
• 1.1 概述16-18
• 1.2 调节髓鞘发育的蛋白分子和信号通路18-23
• 1.2.1 Sonic hedgehog(Shh)信号通路和BMP信号通路19
• 1.2.2 生长因子信号在少突胶质细胞分化中的作用19-20
• 1.2.3 细胞外基质(ECM)和整合素在OPC分化和迁移中的作用20
• 1.2.4 Wnt信号通路20-21
• 1.2.5 Notch信号通路21
• 1.2.6 Lingo-1信号通路抑制OPC分化和髓鞘形成21
• 1.2.7 bHLH因子Olig1/221
• 1.2.8 MRF21-22
• 1.2.9 Zfp48822
• 1.2.10 Sip122
• 1.2.11 表观遗传和染色质修饰调节少突胶质细胞的发育22-23
• 1.2.12 缺氧诱导因子(HIFs)23
• 1.3 中枢神经系统髓鞘化的可塑性23-24
• 1.4 髓鞘缺陷相关疾病24-25
• 1.5 本课题的研究内容和创新之处25-27
• 1.5.1 研究内容25
• 1.5.2 创新之处25-27
• 第2章 大鼠mPFC髓鞘发育随年龄的变化情况研究27-35
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验材料与方法28-33
• 2.2.1 实验动物28
• 2.2.2 实验主要仪器28-29
• 2.2.3 主要试剂29-31
• 2.2.4 Western-blotting31-32
• 2.2.5 免疫组织化学32
• 2.2.6 数据分析32-33
• 2.3 实验结果33-34
• 2.3.1 大鼠mPFC髓鞘化水平随年龄呈倒“U”型结构33-34
• 2.4 本章小结与讨论34-35
• 第3章 母婴分离损害大鼠mPFC髓鞘发育35-47
• 3.1 引言35-37
• 3.2 实验材料与方法37-39
• 3.2.1 实验动物37-38
• 3.2.2 实验主要仪器38
• 3.2.3 主要试剂38
• 3.2.4 Western-blotting38
• 3.2.5 免疫组织化学38
• 3.2.6 电镜38-39
• 3.2.7 数据分析39
• 3.3 实验结果39-46
• 3.3.1 母婴分离降低大鼠mPFC髓鞘化水平39-43
• 3.3.2 母婴分离对mPFC髓鞘化的影响会持续到成年43
• 3.3.3 母婴分离不会影响其他脑区的髓鞘发育43-46
• 3.4 本章小结与讨论46-47
• 第4章 母婴分离抑制OPC增殖和OL成熟47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 实验材料与方法47-48
• 4.2.1 实验动物47
• 4.2.2 实验主要仪器47
• 4.2.3 主要试剂47
• 4.2.4 Western-blotting47-48
• 4.2.5 免疫组织化学48
• 4.2.6 BrdU体内标记48
• 4.2.7 数据分析48
• 4.3 实验结果48-53
• 4.3.1 母婴分离升高mPFC中总的OPC数量并降低总的OL数量48-49
• 4.3.2 母婴分离阻碍mPFC中OPC的增殖和OL的成熟49-51
• 4.3.3 母婴分离不会影响胼胝体中总OL的数量51-52
• 4.3.4 母婴分离不会影响胼胝体中OPC的增殖和OL的成熟52-53
• 4.4 本章小结与讨论53-54
• 第5章 母婴分离损害mPFC髓鞘发育是通过HDAC1/2依赖的途径54-66
• 5.1 引言54-55
• 5.2 实验材料与方法55-58
• 5.2.1 实验动物55
• 5.2.2 实验主要仪器55
• 5.2.3 主要试剂55
• 5.2.4 Western-blotting55
• 5.2.5 免疫组织化学55
• 5.2.6 荧光定量PCR55-58
• 5.2.7 VPA处理58
• 5.2.8 数据分析58
• 5.3 实验结果58-65
• 5.3.1 母婴分离降低mPFC中HDAC1/2的表达水平,并调节相关基因转录58-59
• 5.3.2 VPA处理阻碍mPFC髓鞘发育59-61
• 5.3.3 VPA处理抑制mPFC中OL的生成61
• 5.3.4 母婴分离和VPA处理均可激活Wnt信号通路61-65
• 5.4 本章小结与讨论65-66
• 第6章 母婴分离损害mPFC的功能66-74
• 6.1 引言66
• 6.2 实验材料与方法66-68
• 6.2.1 实验动物66
• 6.2.2 实验主要仪器66-67
• 6.2.3 行为学实验67-68
• 6.2.4 数据分析68
• 6.3 实验结果68-73
• 6.3.1 母婴分离导致焦虑自闭行为,并损害空间学习记忆能力68-71
• 6.3.2 母婴分离损害幼鼠对新旧物体识别功能71-72
• 6.3.3 母婴分离损害社交能力72-73
• 6.4 本章小结与讨论73-74
• 第7章 髓鞘缺陷导致mPFC功能异常74-86
• 7.1 引言74
• 7.2 实验材料与方法74-75
• 7.2.1 实验动物74
• 7.2.2 实验主要仪器74
• 7.2.3 主要试剂74
• 7.2.4 免疫组织化学74
• 7.2.5 行为学实验74
• 7.2.6 LPC立体定位注射74-75
• 7.2.7 数据分析75
• 7.3 实验结果75-85
• 7.3.1 VPA处理损害mPFC的功能75-80
• 7.3.2 LPC诱导mPFC脱髓鞘损害mPFC的功能80-85
• 7.4 本章小结与讨论85-86
• 第8章 结论与展望86-92
• 8.1 结论86-91
• 8.1.1 大鼠mPFC髓鞘化水平随年龄呈倒“U”型结构86
• 8.1.2 母婴分离降低mPFC髓鞘化水平86-87
• 8.1.3 母婴分离阻碍mPFC中OPC的增殖和OL的成熟87-88
• 8.1.4 母婴分离降低mPFC中HDAC1/2的表达水平88
• 8.1.5 母婴分离和VPA处理均可激活Wnt信号通路88-89
• 8.1.6 母婴分离损害mPFC的功能89
• 8.1.7 母婴分离对mPFC功能的损害在一定程度上是通过抑制髓鞘发育89-91
• 8.2 展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-104
• 攻读学位期间的研究成果104-105

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