近年来,精神分裂症等精神类疾病对人们的生活造成了很大困扰。一些主要的精神类疾病与基因和染色体的异常相关,并导致大脑的神经系统功能紊乱。治疗精神疾病的药物如果要有所突破性的进展,就需要对这类疾病的病理学,遗传基础以及大脑神经网络活动的变化等进行全面的了解。精神分裂症的病理机制非常复杂,涉及大量基因的相互作用。其中Disc1(Disrupted in Schizophrenia Gene 1)基因是与精神疾病关联性最强的易感基因之一。许多研究表明Disc1基因与精神疾病以及认知记忆功能障碍密切相关,它的改变影响了大脑功能,而神经网络活动模式可以反映脑功能。因此,围绕Disc1基因敲低是如何改变大脑神经网络活动模式的探究具有科学意义。神经振荡现象以动态的形式在神经系统中起着关键的作用,它与信息加工、记忆巩固等高级认知活动密切相关。研究假设基因敲低会影响与神经递质受体相关的基因,破坏了正常的神经活动,进而损伤大脑的认知功能。在sh RNA-Disc1组中,实验结果发现Disc1基因敲低的小鼠表现出认知能力的损害,神经振荡的分析结果显示,节律功率分布、相位同步性、信息流强度、相位幅值耦合等指标都显著减弱。生物信息学分析结果显示,小鼠海马GABA能神经元和谷氨酸神经递质受体相关基因的表达明显降低,兴奋性神经元和抑制性神经元之间的平衡被打破。研究表明,Disc1基因敲低损伤认知功能可能是通过改变正常的神经活动所致,且其与神经递质传递障碍有关。实验方法:在开始实验前,首先使小鼠对饲养室等新环境进行适应,这一阶段称为适应期。适应期结束后,将小鼠随机分为2组:对照组(sh RNA-Cont,n=8):C57BL/6J小鼠海马DG区注射NC对照病毒;模型组(sh RNA-Disc1,n=8):C57BL/6J小鼠海马DG区注射AAV(Adenoassociated viruses)干扰Disc1表达。将包含有干扰序列的腺病毒打入到小鼠海马区中构建sh Rs NA-Disc1组,同时对sh RNA-Cont组进行假手术。待小鼠恢复15天左右,利用立体定位仪确定好信号采集位置,然后使用电生理仪器进行神经振荡信号的采集。局部场电位信号的计算分析,使用实验室的场电位计算分析算法,对振荡节律的功率分布,相位锁定值,方向耦合强度,相位-相位耦合,相位-幅值耦合等一系列指标进行算分析,并比较sh RNA-Cont组和sh RNA-Disc1组之间的差异。分析小鼠全基因组的表达量,具体比较sh RNA-Cont组和sh RNA-Disc1组与神经系统发育和突触可塑性相关的基因的表达量的差异,并通过使用富集分析等手段挖掘差异表达基因对应的具体功能。实验结果:(1)新异物体和新异位置的行为学实验表明,sh RNA-Disc1组的小鼠认知记忆能力受到损伤。(2)在sh RNA-Disc1鼠中,局部场电位神经振荡节律同步性下降,同一特定节律信息流在两个脑区之间的传递和流动强度减弱,低频节律和高频幅值之间的耦合强度明显下降。(3)免疫印迹(Westernblot)实验对小鼠海马组织Disc1蛋白表达水平进行测定,与其sh RNA-Cont组比较,发现sh RNA-Disc1组海马Disc1蛋白表达水平明显降低。生物信息学分析结果表明与神经系统发育和突触可塑性相关的基因的转录表达量显著降低。生物信息功能富集分析结果与sh RNA-Disc1组小鼠海马DG区局部场电位神经振荡的变化基本一致。Disc1基因主要是通过影响谷氨酸信号通路,胆碱能信号通路和GABA能(GABAergic)信号通路的神经递质传递来影响神经振荡的。研究结论:综上所述,Disc1基因敲低显著影响了小鼠海马的神经振荡模式。Disc1基因敲低后,大量参与突触可塑性、神经递质转运和突触传递的基因的表达发生了变化并且破坏了兴奋性神经元和抑制性神经元通路之间的平衡,从而导致小鼠海马神经振荡模式的改变。同时行为学的实验结果显示小鼠的认知记忆能力受到了损伤。本研究的发现可能会揭示Disc1诱发精神障碍的潜在机制。图22幅,表13个,参考文献64篇。