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研究目的:环境铅(Lead,Pb)所致的健康损害,尤其是对儿童学习记忆和认知功能的损害越来越受到人们的关注。大脑突触可塑性被认为是学习记忆的生物学基础。长时程增强(long-term potentiation,LTP)是研究突触可塑性的理想模型。钙在LTP的形成中发挥着重要作用,铅和钙同为二价离子,铅可以阻断和模拟钙离子的作用干扰钙介导的细胞生化过程。研究表明,铅暴露能够影响海马Ry R2和(或)Ry R3蛋白来调控海马神经元内静息钙离子浓度,提示Ry Rs可能作为铅的作用靶点介导铅的学习记忆损害。本研究通过电生理膜片钳相关技术,在整体突触功能以及细胞生理水平上,进一步探讨Ry Rs在铅暴露所致学习记忆损害中的作用及机制,为最终阐明铅暴露的神经毒理学机制提供理论基础和依据。研究方法:1、SD大鼠脑片制备:取自动物房的SD大鼠待其情绪安静后,用适量麻醉剂行腹腔注射。而后立即断头,再用剪刀沿大脑矢状线方向剪开,取出全脑并快速置于通有饱和95%O2+5%CO2混合气的冰水混合的切片液中。冷却后,取出全脑,修片后用滤纸轻轻吸干脑组织上的液体,用502胶水粘置于振动切片机的标本托台上,在通氧的切片液冰水混合物中切成待用脑片若干,将切好的脑片轻柔的转移至事先准备好的孵育槽中,孵育槽盛有饱和95%O2+5%CO2混合气的人工脑脊液。2、大鼠海马CA1区整体突触场兴奋性突触后电位(f EPSP)和LTP的记录:(1)、场兴奋性突触后电位的记录:取35~42天的大鼠制成400μm厚度的离体脑片,孵育后,用含有不同浓度铅和(或)其他药物的人工脑脊液进行灌流。在低倍镜目镜下观察脑片,分别用刺激电极放置于CA2-CA1交界的放射层(Schaefer侧枝)并压在脑片表面,记录电极扎入CA1区树突棘,记录场兴奋性突触后电位。(2)、LTP记录:移动两根电极的相对位置以获得最佳的波形。玻璃记录电极充灌ACSF溶液,阻抗为3~6 MΩ。选择最大刺激强度的30%~40%作为刺激强度,记录f EPSP稳定后10 min作为基线,给予高频刺激或药物诱导LTP。以上电流信号均由片钳系统电流钳(I=0)模式下记录采集。3、大鼠海马CA1区椎体神经元全细胞模式胞内钙信号记录:取14~18天的大鼠制成350μm厚度的离体脑片,将CA1区椎体神经元细胞封接破膜后形成全细胞模式,电流信号由膜片钳系统电压钳模式下记录采集,将电压钳制在-30m V。记录铅染毒前后ACh和c ADPR诱发钙激活性氯通道电流来反映胞内钙信号的改变。研究结果:1、铅暴露对大鼠海马CA1区LTP的影响:结果显示,待f EPSP基线稳定后,给予高频刺激,可以诱导大鼠海马CA1区LTP;不同浓度(5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L)铅预灌流染毒,可以显著降低大鼠海马CA1区LTP,且具有一定的浓度依赖性;10μmol/L铅全程灌流染毒可以完全抑制海马CA1区LTP(p<0.01)。2、Ry Rs在大鼠海马CA1区LTP中的作用:Ry Rs抑制剂ryanodine可以显著抑制大鼠海马CA1区LTP(p<0.01);单独Ry Rs激动剂caffeine能够诱导大鼠海马CA1区LTP;Ry Rs抑制剂ryanodine可以显著的抑制caffeine诱导的大鼠海马CA1区LTP(p<0.05)。3、Ry Rs在铅致的海马CA1区LTP损伤中的作用:Caffeine诱导的大鼠海马CA1区LTP可以被铅抑制(p<0.05);内源性Ry Rs激动剂c ADPR可以部分逆转铅对大鼠海马CA1区LTP的损伤(p<0.05)。4、Ry Rs介导钙信号在铅致大鼠海马CA1区LTP损伤中作用:铅可抑制ACh诱导的钙信号振荡(p<0.05);铅可以抑制胞内c ADPR激活的钙信号振荡(p<0.05)。结论:1、铅暴露可损害大鼠海马CA1区突触可塑性。2、Ry Rs参与大鼠海马CA1区LTP的形成。3、铅可以通过作用于海马神经元Ry Rs,干扰细胞内钙信号调控进而损害大鼠海马突触可塑性。