AS内铅对突触可塑性的影响及其机制研究

环境铅暴露严重损害儿童的智力发育，但其机制尚未阐明。突触可塑性是学习记忆形成的基础。最新的神经生物学研究揭示，星形胶质细胞（Astrocyte, AS）参与了突触可塑性的调控。AS存在递质谷氨酸（Glutamate,Glu）受体，突触前膜释放的Glu与其结合，可引起AS内钙离子浓度升高，进而使AS分泌Glu、ATP及D-丝氨酸等胶质源性神经调质，这些神经调质通过与突触前、后膜上相应受体的结合，对突触可塑性进行调控。本项目以铅对神经元-胶质细胞网络的影响为研究主线，以原代培养的海马神经元和AS及海马脑片为实验对象，探讨AS内铅通过对钙离子浓度和神经调质分泌的影响，干扰突触的形成及神经元受体表达与信号转导过程，揭示铅对不同发育阶段神经系统可塑性的影响及其可能机制，为明确铅智力损伤的机制提供新的研究方向与实验数据。

铅暴露严重损害儿童的智力发育，但其作用机制尚未阐明。本项目以神经元-胶质细胞网络为研究主线，以实验动物的海马及原代培养神经元和星形胶质细胞（AS）为研究对象，探讨了铅暴露AS对突触可塑性的影响及其可能机制，为进一步揭示铅智力损伤的机制提供了实验参考数据。. 细胞毒理试验研究发现：1）铅暴露可明显抑制AS内谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸转运体（GLT-1）的表达，导致AS对外源性谷氨酸（Glu）的转运与代谢能力下降； 2）铅暴露可增强Glu诱导的AS内Ca2+信号产生，并增强Glu诱导的胶质细胞源性递质的分泌；3）AS对神经元的突触形成具有很明显的促进作用，而铅暴露可抑制AS对突触形成的促进作用；4）铅暴露AS对突触形成的抑制作用可能与其抑制神经元N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）亚单位中NR1和NR2A蛋白的表达，进而抑制钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ（CaMKⅡ）的表达有关；5）神经元内腺苷酸环化酶（AC）的表达对铅暴露AS的作用敏感，但原因尚不清楚。细胞毒理试验结果提示，铅暴露AS通过影响NMDAR亚单位的表达，进而干扰CaMKⅡ蛋白的功能，对神经元内CaMKⅡ依赖性信号转导通路的信息传递产生不利影响，最终抑制神经元间突触的形成，导致学习记忆功能的障碍。. 动物实验研究发现：1）饮水铅暴露可明显损伤仔鼠的空间学习能力，较高水平铅暴露对仔鼠的空间记忆能力也有明显损伤作用；2）与细胞毒理试验结果一致，饮水铅暴露明显抑制海马中GS、GLT-1和GLAST的表达，并导致GS活性下降，其抑制作用表现在基因转录后水平；3）饮水铅暴露可明显抑制NMDAR中NR1和NR2A的表达，其抑制作用表现在基因转录水平，但对NR2B表达的抑制作用不明显，这也与细胞毒理试验结果一致；4）饮水铅暴露可明显促进D-丝氨酸（D-ser）的分解与转运环节，且主要表现在基因转录后水平，但对D-ser的合成作用不明显，这可能与细胞毒理试验中，低浓度铅暴露促进AS分泌D-ser，而高浓度铅暴露不具有促进作用的结果相一致。. 综上所述，铅暴露可通过影响AS内Glu和D-ser的代谢及神经元NMDAR的表达，干扰神经元内CaMKII依赖的信号转导，导致突触可塑性调控异常，进而损害脑学习记忆能力。