崔 越 周 敏 周靜文 黃子芮 謝遠龍 (三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

海馬功能的完整不僅依賴于結(jié)構(gòu)的完整，同時也依賴于各種神經(jīng)遞質(zhì)的參與及其質(zhì)和量的正常。鈣離子水平的異常將導(dǎo)致細胞功能障礙，甚至死亡。海馬神經(jīng)元上的鈣通道與海馬功能的發(fā)揮也有密切關(guān)系。L型鈣通道參與神經(jīng)系統(tǒng)的多種重要生理功能，包括長時程增強和抑制、學(xué)習(xí)和記憶等，而海馬是實現(xiàn)這些功能的主要腦區(qū)。海馬不同亞區(qū)表達不同的鈣通道亞單位，在將胞外電信號傳遞到胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號時發(fā)揮鑒別器的作用，進而調(diào)控各種神經(jīng)功能。不同的電壓依賴性鈣通道在不同的腦區(qū)甚至在同一神經(jīng)元內(nèi)均存在不同的分布特征。因此，不同亞型的鈣通道可能參與神經(jīng)元上不同部位的鈣內(nèi)流，進而介導(dǎo)不同的鈣相關(guān)信號的傳導(dǎo)。

現(xiàn)從海馬神經(jīng)元的基本離子通道、鈣離子通道與海馬神經(jīng)元的存活和發(fā)育、藥物干預(yù)對海馬神經(jīng)元的影響、海馬神經(jīng)元與記憶的關(guān)系等方面就有關(guān)海馬神經(jīng)元鈣離子通道研究的新進展做一綜述。

1 海馬神經(jīng)元的基本鈣離子通道

神經(jīng)元上的離子通道對神經(jīng)元基本形態(tài)的維持，以及神經(jīng)元各種功能的發(fā)揮具有重要意義，各種離子通道是神經(jīng)元膜表面的重要功能單位。海馬上的離子通道包括鉀，鈉，鈣通道等。鈣通道在其中扮演重要角色，神經(jīng)元通過電壓依從性鈣通道(VDCCS)的開關(guān)來控制不同功能。電生理學(xué)和藥理學(xué)的研究將VDCCS分成T型、L型、N型、P型、Q型和R型等多種亞型。這些通道亞型是由幾種不同的亞單位組成：包括α1亞單位、β亞單位和α2δ亞單位。L型電壓敏感性鈣通道在海馬錐體神經(jīng)元的樹突和胞體中都特別集中，該L型鈣通道的電流占細胞總體鈣電流的30%～50%。神經(jīng)元胞體膜上L型鈣通道是最重要的VDCCS，L型鈣通道不僅在調(diào)節(jié)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的水平中發(fā)揮重要作用，而且還能將鈣調(diào)信號傳至細胞核〔1〕。

2 鈣離子通道對海馬神經(jīng)元的存活和發(fā)育的影響

2.1 鈣通道介導(dǎo)的鈣電流水平影響海馬神經(jīng)元的存活 研究表明，海馬神經(jīng)元的存活依賴經(jīng)電壓門控性鈣通道(VDCC)中低水平的Ca2+的流入，離子通道的數(shù)量或功能變化可能影響神經(jīng)元的存活，在培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元上，給予L型鈣通道特異性阻斷劑可直接誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡，而給予激動劑Bay K 8644則可對神經(jīng)元起到保護作用。LI等〔2〕在研究L型鈣通道在腦缺血后海馬神經(jīng)元遲發(fā)性死亡中的作用中觀察到，神經(jīng)元的存活可能依賴于適當(dāng)?shù)募毎麅?nèi)“鈣調(diào)定點”。細胞可能有三種不同的Ca2+水平：①低 Ca2+水平，神經(jīng)元凋亡的危險性高;②中等Ca2+水平，神經(jīng)元易于存活;③具有細胞毒性的高Ca2+水平，易于誘導(dǎo)神經(jīng)元壞死。結(jié)果表明L型電壓依賴性鈣通道在神經(jīng)元的存活和死亡中有重要作用，提示缺血后晚期L型電壓依賴性鈣通道活動降低可能是海馬CA1神經(jīng)元遲發(fā)性死亡的機制之一。楊勝等〔3〕在研究大鼠海馬神經(jīng)元膜離子通道隨培養(yǎng)時間變化的特點中發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)初期神經(jīng)元的存活和發(fā)育依賴經(jīng)VDCC中低水平的Ca2+流入。神經(jīng)元培養(yǎng)細胞后期，VDCC和NMDA受體電流仍持續(xù)增加，從而引起神經(jīng)元在興奮過程中大量Ca2+流入，過度的Ca2+流入對神經(jīng)元會產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致存活率明顯下降。表明VDCC和NMDA受體數(shù)量的持續(xù)增加與神經(jīng)元存活率的減少有密切關(guān)系。

適當(dāng)?shù)陌麅?nèi)鈣水平對神經(jīng)元的存活非常重要，阿爾茨海默病(AD)中選擇性的神經(jīng)細胞死亡是胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果，即L-VSCCs的表達和功能性的改變。L-VSCCs在AD小腦中是沒有改變的，而在AD海馬中保留的神經(jīng)元L-VSCCs表達增加，過多的L-VSCCs介導(dǎo)鈣流入增多可能使AD神經(jīng)元更易受損。考慮到CA1中廣泛的細胞損傷伴隨L-VSCCs增長，推測CA1區(qū)神經(jīng)細胞可能沒有足夠的胞內(nèi)Ca2+保護機制。

2.2 鈣通道影響海馬神經(jīng)元的發(fā)育 L型鈣通道在神經(jīng)發(fā)育過程中具有重要作用，例如：L型鈣通道在調(diào)控神經(jīng)錐體生長、神經(jīng)元的遷移、軸突和樹突的延伸、突觸可塑性等方面具有重要作用。隨著海馬神經(jīng)元的發(fā)育，其離子通道也逐漸發(fā)育成熟，這與海馬神經(jīng)元的離子通道表達有關(guān)。Gage等在培養(yǎng)的大鼠胚胎E16 d的胚胎干細胞(HPCs)上記錄到了電壓依賴性鈣電流，并且有報道電壓依賴性鈣通道參與了HPCs向神經(jīng)元分化的調(diào)控〔4〕。馮錦麗等〔5〕用細胞免疫熒光和免疫印跡的方法研究顯示，海馬神經(jīng)前體細胞(HPCs)表達L型鈣通道的Cav1.2 a1C和Cav1.3 a1D亞單位，共聚焦鈣成像證明了功能性L型鈣通道的存在，并且利用全細胞膜片鉗技術(shù)記錄到了L型鈣電流。以上結(jié)果表明成年Wistar大鼠的海馬HPCs可表達功能性的L型鈣通道。L型鈣通道可能在成年HPCs的分裂增殖、遷移或分化中發(fā)揮作用。L型鈣通道的激活可以直接調(diào)控一些對神經(jīng)元的功能和存活必需且重要的基因的表達，如c-Fos，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)和Bel-2等。

在培養(yǎng)的大鼠海馬神經(jīng)元上的VDCC的研究中指出：低密度培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元表達出藥理學(xué)上多樣化的鈣離子通道族群，包括T、N、L、P/Q型鈣通道，而且不同類型鈣通道的相關(guān)比例已經(jīng)接近先前所描述的在大鼠海馬切片里的類型組成。低密度培養(yǎng)可以作為一個適合的模型用于研究海馬神經(jīng)元膜鈣通道。

Kelly等〔6〕用放射自顯影法研究老年鼠海馬、內(nèi)嗅皮質(zhì)、新皮質(zhì)上的L型和N型鈣通道。結(jié)果表明，并非所有的腦內(nèi)癲癇高發(fā)區(qū)的L型和N型鈣通道的數(shù)量與年齡變化有關(guān)，年齡相關(guān)的變化在腦內(nèi)鈣離子生理中可能表現(xiàn)在電壓門控鈣離子通道功能的改變，而不是數(shù)量的改變。

在老年大鼠海馬中L型鈣通道的a1D亞基(Cav1.3)表達中的區(qū)域選擇性改變的研究中，Veng等〔7〕指出：L型電壓敏感性鈣通道介導(dǎo)的鈣電流在老年大鼠CA1區(qū)神經(jīng)元中是增加的。L型鈣通道的a1C和a1D兩種亞基蛋白在幼年和老年大鼠海馬中的表達，發(fā)現(xiàn)了a1D亞基選擇性表達的年齡相關(guān)性變化，即在老年大鼠的CA1區(qū)中a1D亞基蛋白是增加的，但在CA3區(qū)是減少的。由此推測，老年動物中鈣電流的改變可能是由L型鈣通道a1D亞基表達的改變產(chǎn)生的。這些發(fā)現(xiàn)有助于對衰老過程中鈣穩(wěn)態(tài)變化機制的理解。

3 藥物干預(yù)對海馬神經(jīng)元鈣離子通道的影響

藥物對海馬神經(jīng)元的發(fā)生有干預(yù)作用，主要是通過影響鈣離子流的變化來實現(xiàn)。Veng等研究表明〔8〕：退行性記憶損傷程度與海馬CA1區(qū)L型鈣通道上的a1D(Cav1.3)蛋白的增加成正比，用尼莫地平(NIM)長期治療可以得到改善。海馬對嚙齒類動物的空間記憶形成非常關(guān)鍵。鈣電導(dǎo)的L-VSCC亞單位α1D在老年大鼠CA1區(qū)有選擇性表達的提高，由此推測，過多的Ca2+通過L-VSCC的流入會對記憶的形成造成傷害。于是，他們探索了退行性記憶下降和a1D蛋白質(zhì)表達的關(guān)系，還研究了長期使用L-VSCC的拮抗劑尼莫地平對退行性記憶減退和a1D表達的影響。報告顯示，CA1區(qū)中退行性記憶減退鼠的a1D表達的增加和工作記憶減退程度成正比。結(jié)論表明LVSCCs參與了記憶形成的過程。在老年化過程中所觀察到的L-VSCC蛋白和電流的增加會影響退行性記憶減退。另外，由NIM治療對退行性記憶減退帶來的改善可以被調(diào)控，至少可以通過減少a1D非正常的高水平表達從而得到控制。這些發(fā)現(xiàn)可以運用在阿爾茨海默病的病人治療上，因為這些病例的海馬中L-VSCC都會升高，同時可以應(yīng)用到長期使用L-VSCC拮抗劑治療的病人身上〔8〕。

Li等研究表明〔9〕：神經(jīng)降壓素(NT)可以通過調(diào)節(jié)L型鈣通道增強鼠海馬CA1區(qū)的γ氨基丁酸能(GABAergic)的活動能力。NT是一種重要的影響神經(jīng)元信號和GABAergic信號的神經(jīng)肽，其機制是NT通過活化GABAergic神經(jīng)元上NTS1受體來瞬時增加CA1區(qū)GABA的釋放，而且NT通過PLC-PK途徑介導(dǎo)的對L型鈣通道的調(diào)節(jié)增加神經(jīng)元的興奮性。

Chameau等研究表明〔10〕：用糖皮質(zhì)激素受體綁定于DNA的方法證明糖皮質(zhì)激素(GC)能顯著增強小鼠海馬CA1區(qū)椎體神經(jīng)元上L型鈣電流幅度并影響鈣通道亞單位的表達。他們驗證了GC對L型和N型鈣離子通道是否具有選擇性，而且認為基因靶點最終介導(dǎo)了鈣電流的增強。非穩(wěn)態(tài)噪聲分析法顯示增強的電流是由于功能性通道數(shù)量的倍增而非大量的單一電導(dǎo)引起的。定量實時PCR揭露小鼠CA1區(qū)的編碼L型和N型鈣通道的Cav1亞基轉(zhuǎn)錄體并沒有被正調(diào)節(jié)，然而β4亞基轉(zhuǎn)錄體被直接地、持續(xù)地和極大地上調(diào)，表明皮質(zhì)類激素介導(dǎo)的L型鈣通道數(shù)量的增加不是僅依靠通道亞基前體形成機制。

Lafourcade等研究〔11〕了由鈣離子對抗物，大麻素類，類罌粟堿，突觸可塑性顯示的GABAA和GABAB受體反應(yīng)之間的區(qū)別。實驗結(jié)果：GABAB反應(yīng)是由突觸前的N型或P/Q型鈣離子通道釋放GABA的中間神經(jīng)元引起的，但是它們不受eCBs或內(nèi)源性大麻素(eCB)介導(dǎo)的長時程增強(iLTD)的限制。GABABIPSPS對阿片受體(μORs)激動劑的壓迫敏感，這個結(jié)果表示GABAB反應(yīng)的主要來源是μOR表達的中間神經(jīng)元群體，而且，不是所有中間神經(jīng)元都能產(chǎn)生GABAB反應(yīng)。CB1R或μOR激動劑可以顯著的改變海馬電路活動的平衡。

突觸前副交感神經(jīng)系統(tǒng)中的高電壓鈣通道在興奮性或抑制性突觸釋放神經(jīng)遞質(zhì)過程中扮演重要角色〔12〕。在研究中，不同劑量的維拉帕米(10、20、50 mg/OR kg)長期抑制L型VDCCs用來評價海馬齒狀回抑制性中間神經(jīng)元的功能和成對脈沖刺激海馬齒狀回介導(dǎo)的短期可塑性。數(shù)據(jù)表明，在長期口服治療劑量(50 mg/kg)的維拉帕米以間隔20、30至50 ms的交叉刺激群峰時能促進細胞的興奮性，說明在通道內(nèi)成對脈沖電位化path-DG突觸在群峰電位振幅頻率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)，而不論何種劑量興奮性突觸后電位斜率沒有顯著差異。齒狀回(DG)神經(jīng)元的促進作用是通過抑制性中間神經(jīng)元直接和(或)間接抑制海馬齒狀回谷氨酸的釋放產(chǎn)生的。因此，這些實驗表明，長期使用維拉帕米可影響短期突觸前的可塑性。

4 海馬神經(jīng)元鈣離子通道與記憶之間的關(guān)系

海馬與記憶有著密切的聯(lián)系，腦海馬CA1及CA3區(qū)是學(xué)習(xí)記憶功能重要的腦區(qū)，與長時程增強(LTP)密切相關(guān)。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑他克莫斯(FK506)影響VGCC依賴的長時程增強(LTP)。VGCC依賴的LTP要么被短暫的鉀通道阻滯劑TEA誘導(dǎo)或者被一個在NMDA受體封閉下的強大的強直刺激所誘導(dǎo)。FK506(1～5 μm)在TEA誘導(dǎo)的LTP下產(chǎn)生劑量依賴性的抑制作用，F(xiàn)K506(10 μm)也阻滯強大的強直刺激下誘導(dǎo)的LTP，但是對強直后增強無影響。而低濃度FK506(1 μm)既不抑制又不增強VGCC依賴的LTP。K506對VGCC依賴的LTP有抑制作用。

FK506能阻止海馬上電壓門控鈣通道依賴性的LTP有兩種機制，一種機制是FK506可能影響鈣觸發(fā)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。強大的強直刺激可以激發(fā)電壓門控鈣通道并導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流，胞質(zhì)內(nèi)的鈣離子濃度升高可以激活鈣依賴的酶級聯(lián)反應(yīng)，包括蛋白激酶和蛋白磷酸酶。K506極有可能通過抑制鈣調(diào)神經(jīng)蛋白酶的活性來影響下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。另一種機制可能是FK506通過直接減弱VGCC的活性來抑制VGCC依賴的LTP。FK506可通過抑制NMDA受體活性來抑制LTP，可能同樣的機制也存在于VGCC活性的調(diào)節(jié)。

有研究表明，神經(jīng)細胞核內(nèi)的鈣離子濃度增加將激活導(dǎo)致突觸后結(jié)構(gòu)長效改變的相關(guān)基因，這種改變正是學(xué)習(xí)和記憶的機制。但是鈣離子進入海馬錐體神經(jīng)元的方式還未知。Fedorenko等研究〔13〕了存在于海馬CA1區(qū)分離的錐體神經(jīng)元的核膜上的鈣離子通道類型，在這些細胞的內(nèi)核膜首次發(fā)現(xiàn)了三磷酸肌醇受體(IP3Rs)被≥0.1 μmol/L的三磷酸肌醇活化。海馬CA1區(qū)分離的錐體神經(jīng)元的核膜在鈣離子直接進入細胞核進行鈣儲備的過程中起重要作用。

用L型電壓門控性鈣通道阻滯劑硝苯地平灌注大鼠海馬可提高記憶力。在大鼠海馬背側(cè)的CA1區(qū)進行雙側(cè)插管灌注后做逐步下降的抑制回避任務(wù)訓(xùn)練。通過實驗他們得到每一側(cè)灌注28或280 ng電壓依賴性鈣通道拮抗劑硝苯地平或其媒介(20%的二甲基亞砜鹽溶液)這兩個不同劑量藥物的鼠訓(xùn)練0或30 min后進行研究，而且高劑量組在訓(xùn)練前進行了10 min灌注，訓(xùn)練24 h后進行一個記憶保持試驗。與對照組相比，最高劑量硝苯地平組訓(xùn)練之后0 min進行測試，動物的實驗成績提高，低劑量組沒有統(tǒng)計學(xué)意義。訓(xùn)練后30 min給藥或訓(xùn)練前10 min給藥沒有作用。盡管無法辨別是神經(jīng)的直接影響還是血管的間接作用，這些結(jié)果與之前的益智藥二氫吡啶類鈣拮抗劑的作用一致。這些數(shù)據(jù)和早期的Lee和Lin描述海馬內(nèi)硝苯地平的致健忘的效果不一致，這可能是因為劑量不同。這個結(jié)果與其他研究者用二氫吡啶、硝苯地平觀察到的倒U型劑量反應(yīng)曲線相似。

盡管目前關(guān)于海馬上鈣通道的研究有一定進展，海馬上鈣通道在海馬神經(jīng)元存活和發(fā)育中都扮演重要角色，藥物干預(yù)也可影響海馬功能，但是目前很多具體機制還處在研究階段，海馬神經(jīng)元在學(xué)習(xí)和記憶中的作用機制還有待進一步研究。

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