噪声性听力损失对成年小鼠空间学习记忆相关即刻早基因表达的核酸和蛋白水平的影响

发布时间：2020-06-17 13:05

【摘要】：研究背景与目标:认知障碍(cognitive impairment,CI)是目前老龄化社会中所面临的严峻的健康问题,尤其影响老年人群的生活质量。听力损失(hearing loss,HL)是最常见的神经功能障碍之一,多项流行病学研究显示,HL是CI的一个独立风险因素,因为它能促进或加速认知功能的增龄性减退。在老年人群中,HL常常表现为感音神经性听力损失(sensorineural hearing loss,SNHL)。SNHL的主要原因之一是暴露于过度的噪声。由于噪声诱导的听力损失(noise-induced hearing loss,NIHL)在实验室环境中的建立具有可控性,因此本实验室通过建立NIHL来研究HL与认知功能之间的关系。听觉相关脑区与认知相关脑区(海马)间具有重要的联系,这是HL影响认知功能相关机制的研究的重要理论依据。噪声对学习和记忆以及海马神经新生的影响已在许多研究中有所报道。然而,其中大多数研究均集中于由噪声所诱导的氧化应激影响认知功能,却忽略了HL的本身作用。本实验室前期研究证实了NIHL独立于其诱导的氧化应激,在促进认知功能下降中的作用。为了证明NIHL对认知功能的影响,我们通过将成年小鼠暴露于单次短时强噪声建立NIHL。此噪声暴露后,小鼠的应激反应仅出现一过性升高,而海马齿状回(dentate gyrus,DG)区中的神经干细胞(neural stem cells,NSCs)数量在此期间和之后的短期内未受影响,这排除了氧化应激所造成的损伤作用对认知功能的长期影响。然而,小鼠的空间学习和记忆能力于噪声暴露3个月后下降,提示HL的独立作用。此外,小鼠空间认知能力的下降与DG区中神经新生的减退有关。我们发现NIHL动物海马细胞增殖的减少,树突复杂性的下降以及学习活动对神经新生促进作用在多个方面的消退,包括(1)新生细胞的存活,(2)新生细胞向神经元分化以及(3)新生神经元到神经网络的整合的降低。为进一步研究NIHL影响认知功能的机理,本研究重点检查了NIHL对MWM训练诱导的几个即刻早基因(immediate early gene,IEGs)及其上游的转录关键因子CREB表达的潜在影响。研究方法:本研究的实验对象为6-8周龄健康的雄性CBA/CaJ小鼠75只。将它们随机的分为对照组以及噪声暴露组。仅噪声暴露组的小鼠给予单次123dB声压级(sound pressure level,SPL)宽带白噪声暴露2小时。分别于噪声后1个月(1 month post noise,1MPN)和噪声后3个月(3 months post noise,3MPN)利用听觉脑干诱发电位(auditory brainstem response,ABR)检测所有实验动物的听力阈值以评估其HL程度以及判断NIHL模型是否建立成功。在3MPN ABR后将各组小鼠根据是否给予MWM训练分别分为两个亚组,训练亚组小鼠进一步按MWM训练后取材时间点分为5、30和90min亚组。从各组动物取海马组织提取RNA和蛋白质,分别通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative Polymerase Chain Reaction,RT-qPCR)技术以及蛋白免疫印迹(Western blot,WB)技术分别在mRNA和蛋白水平对多种IEGs及其转录关键因子CREB的表达进行检测。研究结果:ABR的结果显示,暴露于噪声的小鼠成功建立了中-重度HL,并且在1MPN和3MPN间HL是稳定的。与之前的结果一致,NIHL导致噪声暴露小鼠在3MPN的空间学习中的表现较差。但是,空间记忆能力在组间未见显著差异。在本研究观测的6个目标基因中,神经元PAS结构域蛋白4(neuronal Per-Arnt-Sim(PAS)domain protein 4,Npas4)能够特异性响应于学习相关的活动,而其他IEGs和关键转录因子CREB的表达可由非学习相关活动所诱导。但本研究MWM认知训练仅诱导了Npas4 mRNA的瞬时增加,而其对所有IEGs和CREB在mRNA和蛋白水平的表达均未见显著性影响。重要的是,MWM诱导的Npas4 mRNA的瞬时增加仅见于对照组中,而在NIHL小鼠中未见。结论:学习训练未在NIHL组动物诱导出Npas4表达的瞬时增加,提示NIHL对认知功能的影响可能起始于海马IEGs对学习活动响应的压抑。本研究学习活动对其他IEGs和CREB表达的阴性结果提示PCR和蛋白质印迹可能对于海马学习诱导的IEGs表达改变不敏感,主要原因可能是海马中由学习诱导的IEGs表达可能还存在脑区及细胞类型的差异;本实验PCR和WB所采用的样本是来自完整海马,诱导效应可能已被稀释或掩盖。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R749.1;R764
【图文】：

感觉皮层间的主要联系。（引用自 Karus, 2012[17]）；MGB：内侧膝状体；IC：下丘；SOC：上橄榄复合体；CN：耳蜗核；B仁核；L：外侧杏仁核；M： 内侧杏仁核；itc：间细胞。构主要由内嗅皮层（entorhinalcortex, EC），齿状回（dentate gyrlum，Sub），角状突起区域 1 (cornu ammonis area, CA1)和角状突nis area, CA3) 几个亚区组成。EC 中的神经元信号能够投射至 DG图 3）。海马可通过前额叶，颞叶和顶叶相关区域以及旁海马皮层递路径间接的接受感觉信号输入，嗅周皮层也可投射到 CA1 和 信号输出可由 EC 通过旁海马皮层或者从 Sub 和 EC 通过嗅周皮 DG 区的颗粒细胞接收来自于 EC 的纤维传递,发出苔藓纤维至海G 区的颗粒细胞的轴突与海马的 CA1 区中的锥体细胞组成突触 区发出纤维与海马的 EC 连接, 最终形成闭合的 4 级神经元回路[

觉皮层间的主要联系。（引用自 Karus, 2012[17]）Sub：下托；CA1：海马3 区；EC：内嗅皮层；DG：齿状回 。边缘系统杏仁核和海马与听觉系统不仅在解剖学上联系紧密，而响。一般来说，杏仁核主要与开心，恐惧和生气等情绪的处理有方面也具有重要作用。杏仁核是情感处理的核心结构，它能够接的所有感官形式的输入，功能磁共振成像（functional magnetic rRI）表明，盲人的杏仁核对恐惧和愤怒等充满情绪的听觉刺激的性听觉刺激更加强烈[50]。声音强度的上升会使杏仁核活跃度增高与包括空间记忆在内的陈述性记忆相关。海马-听觉系统主要功的形成[17]。临床上严重的双侧海马具有损伤的患者表现出听觉识刺激或听觉剥夺都会在结构和功能上影响海马的可塑性。有实验时长为一个月的实验小鼠的空间学习改善并且表现出恐惧驱动记在细胞骨架，突触传递以及激素活性等方面也有所改变[53]。有证海马体衰退，例如 C57BL/6J 小鼠与年龄相关的听力阈值的增加伴及在 Morris 水迷宫（Morris water maze, MWM）认知训练中的学觉输入对海马基本功能的维持有重要作用。与海马神经新生、海马学习记忆相关即刻早基因

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本文编号：2717645