运动诱发的遗忘对空间记忆中前摄干扰的影响及相关分子机制

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研究目的长期有氧运动可以提高学习记忆已得到广泛证实,然而有研究指出运动可以通过神经发生诱发对已存储的记忆的遗忘,并通过遗忘来降低原有记忆痕迹的前摄干扰,进而提高相似且冲突的新记忆的获得。被遗忘的记忆痕迹真的完全消失了吗?运动诱发遗忘后,先前的学习经验是否依然对相似记忆获得具有一定作用?运动对不同干扰条件下相似记忆的获得是否有不同的影响,这种影响是否与前摄干扰有关?相关的分子机制有哪些?本研究拟通过行为学研究,探讨被遗忘的记忆是否仍对相似记忆的获得有所影响,其次,通过空间记忆任务进一步证实运动对前摄干扰的抑制作用,并探究运动降低前摄干扰的分子机制。研究方法在研究一中,为验证运动诱发的遗忘效应(实验1),并探讨运动诱发遗忘后,先前的学习经验是否依然对相似记忆获得具有一定作用(实验2),我们以2月龄的C57BL/6J雄性小鼠为研究对象,将小鼠分为4组:包括无学习经验+安静组(NMT+Sed),无学习经验+运动组(NMT+Ex),有学习经验+安静组(WMT+Sed)和有学习经验+运动组(WMT+Ex)。有学习经验组接受运动干预前的Morris水迷宫空间导航训练和平台探索测试,以确保小鼠获得关于平台位置的空间记忆,无学习经验组不接受训练,在测试结束后,按照不同分组,运动组进行4周的自主转轮运动,安静组正常饲养。4周后对有学习经验组进行记忆保留测试,以检测运动对空间记忆保留的影响(实验1);测试结束后24h所有实验小鼠进行运动后的新的空间记忆训练(对于有经验组为相似空间记忆的获得——对侧象限任务),对于无经验组该测试为新的水迷宫空间记忆任务)检测不同组小鼠的空间学习能力,比较各组小鼠在学习新的空间记忆任务中的表现,以此获得运动诱发遗忘后,先前的学习经验对相似记忆获得是否仍具有促进作用(实验2)。在研究二中,为探讨运动诱发的遗忘对相似记忆获得中前摄干扰的作用,我们设置了记忆任务的低干扰组(新标记任务)和高干扰组(反转学习任务),实验分为四组:低干扰安静组(LI+Sed),低干扰运动组(LI+Ex),高干扰安静组(HI+Sed)和高干扰运动组(HI+Ex),四组小鼠均接受运动前的空间导航测试及平台探索测试以确保小鼠获得空间记忆,测试结束后,根据分组对小鼠进行为期4周的运动干预(安静组正常饲养),干预结束后,进行回忆测试检测小鼠的记忆保留情况,测试结束24h后低干扰组进行新标记物的空间导航训练(即水迷宫中用以识别平台位置的标记物与运动干预前的完全不同),高干扰组进行对侧平台的反转学习任务的空间导航训练,检测小鼠在不同干扰条件下的学习情况,以获得运动对不同干扰条件下相似记忆获得的影响。此外,我们还比较了高干扰安静组和高干扰运动组在反转学习任务中对原平台所在位置及象限的探索情况,以检测运动对高干扰条件下相似记忆获得的促进作用是否与抑制前摄干扰有关(实验3)。在研究三中,为探究运动调节相似记忆获得的相关分子机制,我们以实验2中获得的小鼠脑组织为研究对象,采用Western blot技术检测了海马,前额叶以及纹状体三个脑区与GluR2内吞相关的蛋白表达(实验4);为探究运动在相似记忆获得中对前摄干扰的相关分子机制,我们以实验3中获得的小鼠脑组织为研究对象,采用Western blot技术检测了海马,前额叶以及纹状体三个脑区与GluR2内吞相关的蛋白表达(实验5);为探究运动对前摄干扰的调节是否与NR2B调控的GluR2的内吞有关,我们采用NR2B受体拮抗剂注射,抑制NR2B的作用,将小鼠分为4组:NR2B拮抗剂+安静组(Sed+NR2B),NR2B拮抗剂+运动组(Ex+NR2B),安慰剂+安静组(Sed+Nacl)和安慰剂+运动组(Ex+Nacl),检测运动对前摄干扰的调节是否也同时受到抑制(实验6)。研究结果(1)运动诱发的遗忘特征:实验1探究运动诱发遗忘的研究中,在有学习经验组,4周的自主转轮运动干预显著降低了小鼠记忆的保留情况;实验2探究运动诱发的遗忘是否影响先前学习经验对相似记忆获得的研究中,有学习经验组在相似记忆获得中的表现显著优于无经验学习组在新记忆任务中的表现,且安静组与运动组无显著差异;对小鼠在学习新任务中采用的认知策略进行探究,结果发现,与安静组相比,运动组在学习新的任务时更多的采用与特定标记物相关的直接探索策略,有无学习经验对于直接探索策略的使用无显著差异。(2)运动诱发的遗忘对空间记忆前摄干扰的作用:在实验3中,对比不同干扰条件下,相似任务习得的成绩显示,HI+Sed获得平台位置多需时间及探索路径长度都显著高于HI+Ex组及LI+Sed和LI+Ex,HI+Ex与LI+Sed和LI+Sed无显著差异;比较HI+Sed和HI+Ex在学习过程中对原平台所在位置的探索次数,结果发现,HI+Sed组小鼠在学习新任务过程中对原平台所在位置的探索次数显著高于HI+Ex组。(3)运动促进相似记忆获得的相关分子机制:在实验4中,检测研究一中获得的小鼠脑组织蛋白表达,结果发现,与无学习经验组相比,有学习经验组Arc、mAChRM1和p-CaMK Ⅱ/CaMKⅡ在海马、前额叶和纹状体中的表达均显著提高;运动提高了有学习经验组海马组织细胞膜NR2B的分布,降低了细胞膜GluR2的分布,提高了细胞质GluR2的分布,运动还提高了有经验学习组海马p-GluR2的水平;运动提高了有学习经验组海马中TARP和Arc的表达。(4)运动降低前摄干扰的相关分子机制:在实验5中,与低干扰组相比,高干扰组的Arc、mAChRM1、以及p-CaMK/CaMK Ⅱ在海马、前额叶及纹状体中的表达均显著提高;高干扰条件下,运动显著提高了海马NR2B和p-GluR2/GluR2的水平以及TARP和Arc的表达。实验6:NR2B拮抗剂对运动诱导的记忆消退无显著影响;NR2B拮抗剂注射消除了运动对高干扰反转学习任务的促进作用,这一作用与NR2B拮抗剂降低了运动对前摄干扰的抑制有关;NR2B拮抗剂降低了运动组海马GluR2的磷酸化水平。研究结论通过以上研究结果,我们得出以下结论:(1)长期自主运动可以促进小鼠对空间记忆中与特定标记物相关的信息的遗忘,进而抑制其在习得相似记忆时,原有记忆痕迹对新记忆产生的前摄干扰作用。(2)运动的促遗忘效应并不影响与特定标记物无关的间接探索策略的保留,被保留的间接探索策略可进一步促进相似记忆的习得。(3)运动通过提高NR2B在海马组织中细胞膜的分布,促进GluR2的内吞作用,进而促进对前摄干扰的抑制作用。(4)GluR2的上游调控因子mAChR M1和CaMKⅡ可能参与高干扰记忆任务中前摄干扰的调节,但并不受运动调控。
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