触液核对海马学习记忆功能的调控机制研究

The cerebral spinal fluid-contacting nucleus(CSF-CN),a nucleus we discovered and named in 1990’s, was characterized by its unique topography: its neurons projected their axons into the CSF while the soma were located in the deep brain parenchyma. This special topography granted the CSF-CN functionally important roles in neuro- and humoral regulation. Our preliminary data found that specific lesion of the CSF-CN induced learning and memory dysfunction accompanied by a low level of 5-HT in the hippocampus, which indicated that the CSF-CN might have a potential role in modulating the function of hippocampus in learning and memory, however, the underlying mechanisms remained unknown.. Utilizing a well-established ‘specific lesion of CSF-CN’ rat model, combining with a battery of techniques of behavior, immuno histochemistry, pharmacology, neural track tracing and electrophysiology, the present study observes (1) the effects of ‘specific lesion of the CSF-CN’ on learning and memory behaviors; (2) the synaptic connections between CSF-CN and Hippocampus in normal animals; (3) the effect on the structure and function of hippocampal neuron underlying ‘lesion’ or 'lesion compensated' models. . From three levels: animal behavior, synaptic connections and molecular basis, this study will clarify the important role of CSF-CN in life activity further and provide a new clue for the learning and memory research and clinical treatment of cognitive disorders in brain.

触液核是本课题组于上世纪90年代首先发现并命名的神经核团，该核团神经元胞体位于脑实质而突起伸入脑脊液，其特殊的解剖位置提示其可能在神经和体液调节中发挥重要作用。我们近期研究发现靶向毁损触液核后，动物学习记忆能力显著下降并伴随海马5-HT浓度降低，提示触液核可能参与了学习记忆过程中海马功能的调控，但其具体路径、细胞与分子机制尚不清楚。. 本研究拟使用成熟的“缺失触液核”动物模型，运用行为学、免疫组织化学、药理学、神经示踪和电生理学等手段，从整体、细胞和分子水平研究:(1)缺失触液核动物学习记忆行为变化；(2)正常动物触液核与海马之间的突触联系；(3)“毁损”与毁损后“补偿”两种条件下，触液核对海马神经元形态与功能的影响。. 预期结果将进一步揭示触液核在生命活动中的重要作用，也可为脑学习记忆功能研究及临床认知障碍疾病的治疗提供新的思路。

学习和记忆是脑的高级机能之一，是所有认知功能的基础。海马是与学习记忆密切相关的脑区，也是众多以学习记忆障碍为主要临床表现的神经退行性疾病的易损脑区。海马的学习记忆功能受到其内部神经环路及外部与其有着直接或间接纤维支配的神经元的影响。如中缝背核（DRN）的5-HT能神经元可通过其伸长的突起投射到海马脑区，对海马参与的学习记忆过程进行调控。接触脑脊液神经核，简称触液核，其神经元胞体位于脑实质，在解剖位置上与DRN紧邻，而其突起伸入脑脊液。目前已发现5-HT及其受体、c-Fos、TRPM8、SP、P2X3受体等多种物质在触液核表达。其特殊的解剖位置和生理特点均提示触液核可能在神经和体液调节中发挥重要作用。本课题组前期研究发现靶向毁损触液核后，大鼠的学习记忆能力显著下降，提示触液核可能在学习记忆的脑神经环路中发挥了一定作用，但其确切的作用路径、细胞与分子机制尚不清楚。本研究以神经示踪技术首次发现了触液核与海马之间的突触联系；使用成熟的“缺失触液核”大鼠模型，以定量行为学技术比较正常与缺失触液核大鼠学习记忆行为变化，发现缺失触液核后大鼠学习记忆能力显著下降；用“毁损”与毁损后“补偿”两种方式，观测触液核对学习记忆功能的调控。靶向毁损触液核后，大鼠学习记忆能力显著下降并伴随海马5-HT浓度降低，慢性补偿（每天一次，共6天）5-HT可使大鼠学习记忆能力显著改善。我们的结果提示触液核可能通过与海马神经元直接的突触联系参与了学习记忆过程的发生及调控。综上所述，本研究从整体行为、突触联系和分子基础三个层面，为“触液核”参与海马学习记忆功能调控提供了明确的科学证据，也为脑学习记忆功能研究及临床认知障碍疾病的治疗提供了新的思路，并进一步揭示了触液核在生命活动中的重要作用。