对突触的可塑性的分析与探讨

1、对突触的可塑性的分析与探讨摘要：突触可塑性的研究是近年的研究热点。突触可塑性即突触改变的能力,也就是突触数 量可增加或减少和突触生理功能的改变。突触的修饰在很大程度上反映了整个神经系统回路 的可塑性，因此也反映了行为的可塑性。突触可塑性与学习和记忆的关系密切，而心理应激 与学习记忆以及LTP也存在密切关系，因此，突触可塑性与心理应激也存在密切关系。关键字：突触可塑性、学习和记忆、心理应激、关系密切突触是神经细胞间信息传递的关键结构，神经细胞借助突触彼此相互联系，构成机体 复杂的神经网络，实现神经系统的各种功能。突触在形态和传递效能上的改变称为突触的可 塑性。突触可塑性即突触改变的能力，也就是突

2、触数量可增加或减少和突触生理功能的改变。 其主要表现形式长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)现象已被公认为是学习记忆活动的细胞水平的生物学基础1。突触的修饰在很大程度上反映了整个神经系统回路的可塑 性，因此也反映了行为的可塑性。一、突触可塑性的发生机制有关突触可塑性形成机制的学说较多，迄今仍是争论激烈、进展迅速的研究领域。下 面以海马CAI区NMDA 一依赖性L作为例，介绍得到多数学者认可的经典理论。该理论认 为，当突触前纤维接受某种高频条件阈上刺激时，大量神经递质同时释放，作用于突触后 AMPA受体，产生较大的EPSPs，致使突触后膜去极化，NMDA受体中的Mg2+阻隔被去除， NMD

3、A受体激动，Ca2+内流，进而引发胞内Ca2+库释放，进一步增加胞内游离Ca2+，从而 激活一系列细胞内Ca2+依赖的级联反应，最终使突触后膜受体等重要蛋白质磷酸化、基因 表达改变、蛋白质合成增加，最终产生突触传递效率长时程增强的现象。其中心环节是 NMDA受体的激活。NMDA受体是一种配体、电压双重门控的特殊通道，其激活需要谷氨 酸等配体和膜电位去极化双重条件，而一定频率的条件刺激刚好能满足这一双重条件，故能 启动可塑性变化程序。在胞内Ca2+激活的级联反应中，蛋白激酶扮演了重要角色，颇受重视的有Ca2+-依赖 性Ca2+/钙调蛋白-依赖性蛋白激酶11(CaMKll)、蛋白激酶C(PKC)、

4、CAMP-依赖性蛋白激 酶(PKA)、丝氨酸苏氨酸激酶，此外还有一种非第二信使依赖性的酪氨酸蛋白激酶。这些蛋 白激酶一方面可以直接被Ca2+激活，在LTP的诱导中起作用;另一方面具有自身磷酸化的功 能，对LTP的维持起作用。其中CaMKll、PKC与LTP，的诱导和早期维持有关，PKA与 LTP的维持有关。此外，有关LTP / LTD发生机制的“受体循环”假说近年受到重视。该假说认为，AMPA 受体实际上是处于一种不停的循环流动过程中，它们可以被以“胞吐”形式插人到突触后致 密区(PSD)，也可被以“胞吞”形式从PSD区移除，进人胞内储存于内涵体，进人循环通 路。LTP的形成与AMPA受体的插

5、人有关，而LTD则与AMpA受体的内陷/移除有关。有 证据表明，突触前条件刺激可以改变AMPA受体在突触后膜上的分布密度，胞吐和胞吞抑 制剂可分别阻断LTP和LTD的产生。二、突触可塑性与学习记忆突触传递的长时程增强(LTP) 一直被认为是学习记忆的神经基础之一，是突触可塑性的 功能指标，也是研究学习记忆的理想模型。一般来说，突触结构的可塑性应是其功能可塑性的物质基础，结构和功能两者辩证统 一于突触信息传递过程中。大量的研究资料表明，在LTP产生的同时，相应部位的突触在 形态上或数量上均发生了较长时程的改变。胡学军2等对习得性LTP得研究发现，实验组凹型突触明显增加，而凸型突触明显减 少，且实

6、验组出现穿孔型突触。1995年，韩太真3 等在大鼠视皮层脑片标本上发现LTP形 成后的脑片局部出现界面率大于2的U型突触，这种突触一般体积较大，且又多个活性区。 U型突触由于前后膜界面扩大，活性区增多，导致更多递质释放，从而突触传递效能大大增 强，这可能是LTP形成和维持的形态学基础。1996年，WeekS等于强直刺激后24h观察， 发现凹型和不规则型突触数目增加，他们认为凹型突触可能与LTP的维持有关。1977年， Fifkova4 等首次用电镜观察了强直刺激小鼠海马结构引起的传人终末部位树突棘的形态和 数量变化，当给穿通纤维施加一次条件刺激后，齿状回分子层外1/3部位树突棘明显增大。 19

7、81年，他们观察到LTP伴有棘头和棘径宽度的增加和棘径长度的减少。Applegatele5发 现LTP伴随棘头面积的增加。Perkel提出树突棘在LTP的行程中起重要的作用。他们发现 树突棘棘径长度缩短，从而异化了 LTP的产生。Aderson等利用连续切片方法辅以三维重建 技术，发现LTP形成后，总的树突棘的数目增加。突触可塑性是学习记忆的神经学基础，而学习和记忆又可以反过来增强突触的可塑性， 可以形成新的神经回路。神经元通过突触相互连接形成局部回路，局部回路既是信息传递的 基本结构，也是信息整合的基本单位，同时又是信息储存、信息转化的部位。现代神经科学 对学习记忆的研究，提出信息在脑内贮存

8、的神经生物学机制表现在神经回路中信号振荡、神 经信号物质的产生、编码、调控与维持、神经网络形成新的连接。神经网络中结构和功能模 式建立后，某一环节的激活可激发大脑的联想、思维与信息再现.因此，真正的记忆在于思 考的方法：头脑使用越多，所发生的脑脉冲越多，即脉冲在脑内某神经元回路受到强化，经 过这里传递信息就可以畅通无阻。经常使用大脑，神经细胞活跃，脉冲畅通，铭记印象清楚、 深刻，保持持久，回忆、再认信息的速度也相对加快。三、突触可塑性与心理应激近年来关于心理应激与学习记忆以及LTP关系的研究越来越多，研究发现LTP的高低 直接反映了学习记忆功能的好坏6。而各种各样的心理应激，如：限制应激、暴露

9、于新的 环境、暴露于食肉动物等都可以引起LTP的抑制7。心理应激不仅仅可以阻断LTP,而且 还可以易化LTD8。现有的研究表明心理应激过程中，肾上腺激素水平(如糖皮质激素)将升高，而心理应激 对LTP的抑制作用与肾上腺激素的升高有关。Diamond等人采用给予实验动物外源性糖皮 质激素(GC)的方法9，Coussens等采用给予实验动物GC增效剂的方法10，研究了肾上腺 激素对突触可塑性的影响，结果一致表明肾上腺素可以引起LTP抑制，LTD增强。Bruce S.McEwen等人对肾上腺完整的小鼠和肾上腺被切除的小鼠给予心理应激，结果发现肾上腺 完整的小鼠应激1小时后齿状回(DGdentateg

10、yrus)区的LTP诱导没有受影响，但是应激4小 时后对DG区LTP的诱导产生了明显的抑制作用。肾上腺切除鼠没有表现出应激对LTP的 抑制效应，有应激和没有应激组都表现出一个较低水平的LTP11,这些研究结果提示肾上腺 激素水平的增高在LTP的抑制中起着重要的作用，但有关肾上腺激素在心理应激中对LTP 抑制过程中具体的作用机制尚不清楚，有待进一步研究。有关心理应激对突触可塑性的影响机制十分复杂，除了与肾上腺激素和AMPA受体的 移动有关外，还涉及到NMDA受体、钙离子、以及谷氨酸的释放。更详尽的机制还有待进 一步研究。参考文献：Martin SJ,MorrisRG. Cortical plas

11、ticity: itsJaCurrlBicrang0, 11(2): 57-59. 胡学军.幼年习得性LT P形成后突触结构的变化J.生理学通报，1992.9:45 49.韩太真.视皮层LTP形成后的突触形态特征J.ChinJNeurosci，1995，(2):144 一 148.Fifkova E, Van Harreceld A.Long-lasting morphological changes in dendritic spines of dentate granular cells following stimulation of the entorhinsl area J. J Neurocytol, 1977, 6:211230.Applegate M D, Kerr D S. Redistribution of synapic vesicles during long-term potentiation in the hippocampus J. Brain Res, 1987, 401:401406.Brenda M, et al: Neuron, 1998; 20: 445-468.Diamond DM, et al: Behav Brain Res. 19