基本信息
- 项目名称：
- AQP4在小鼠学习记忆下降中的作用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品通过行为学检测和形态学实验，观察比较了AQP4基因敲除型小鼠和野生型小鼠，在生理性衰老致学习记忆下降过程中的神经行为变化和脑形态差异，揭示两种小鼠在衰老过程中的变化特点，阐明AQP4在小鼠学习记忆下降过程中的作用，为探讨衰老的发展过程、寻找调节因子提供新思路。
- 详细介绍：
- 延缓衰老、预防和治疗衰老性疾病一直是大众和政府关注的热点。 AQP4是脑内主要的水通道蛋白，已经发现可以调节一些重要离子通道的功能，并可能对认知功能产生影响。另外，由于AQP4在脑内主要表达在星型胶质细胞，而星型胶质细胞对认知功能的影响是当前研究的热点之一。本作品运用行为学检测和形态学细胞染色的方法，通过探究AQP4在衰老过程中对脑形态和认知功能的影响，初步阐明AQP4与衰老的关系。进一步加深对衰老发展过程的认识，加深对AQP4的认识。同时AQP4在这一过程中对星形胶质细胞的影响，为预防衰老和治疗神经退行性疾病提供了新的可能的调节手段与方式。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品通过行为学检测和形态学实验，观察比较了AQP4基因敲除型小鼠和野生型小鼠，在生理性衰老致学习记忆下降过程中的神经行为变化和脑形态差异，揭示两种小鼠在衰老过程中的变化特点，阐明AQP4在小鼠学习记忆下降过程中的作用，为探讨衰老的发展过程、寻找调节因子提供新思路。
科学性、先进性及独特之处
- 研究方法：以AQP4基因敲除与野生型小鼠为鼠源，研究AQP4在衰老过程中对小鼠神经行为和脑形态变化的影响。 研究结果： AQP4基因敲除对小鼠衰老过程中的神经行为变化和脑大体形态变化无明显影响，为争议问题“AQP4是否影响脑形态”提供一定答案。同时AQP4基因敲除使星形胶质细胞体变小，形态改变，提示AQP4可能通过调节星形胶质细胞影响认知功能，为后续在病理模型下进一步观察奠定基础。
应用价值和现实意义
- 延缓衰老、预防和治疗衰老性疾病一直是大众和政府关注的热点。本作品通过研究AQP4对衰老过程中脑形态和神经行为的影响，加深对衰老发展过程的认识，加深对AQP4的认识。同时AQP4在这一过程中对星形胶质细胞的影响，为预防衰老和治疗神经退行性疾病提供了新的可能的调节手段与方式。
学术论文摘要
- [摘要]目的：研究AQP4是否参与小鼠脑老化过程。方法：以自然衰老小鼠为主要实验对象，通过开场实验、穿梭箱实验、免疫组织化学及细胞染色等技术，比较AQP4基因敲除小鼠和野生型小鼠在年轻和老年时行为学和脑形态学的差异。结果：自发活动中，老年鼠活动总距离小于年轻鼠，AQP4基因敲除型（AQP4-/-）和野生型（AQP4+/+）之间在总活动距离和对中心区域的探索无差异；穿梭箱实验中，老年AQP4-/-在训练和测试时进入暗箱的潜伏期差值明显小于年轻AQP4-/-小鼠，AQP4+/+和AQP4-/-进入暗箱潜伏期差值无明显差异；细胞染色显示，老年鼠与年轻鼠海马CA1厚度无差异，皮层和海马小胶质细胞数量无差异；老年鼠皮层神经元密度小于年轻鼠，海马CA1星形胶质细胞数量高于年轻鼠，小胶质细胞体面积大于年轻鼠；AQP4+/+与AQP4-/-之间，神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞数量无差异。但AQP4-/-星形胶质细胞体面积减小。结论：生理性衰老过程伴有明显的运动能力下降，神经元数量减少，星形胶质细胞增多和小胶质细胞增大。AQP4对衰老过程中的认知及脑形态变化无明显影响，但显著改变星形胶质细胞形态。
获奖情况
- 浙江大学第十二届“挑战杯”自然科学论文类一等奖
鉴定结果
- 本项目采用AQP4基因敲除小鼠，系统观察AQP4对衰老引起的认知障碍和脑形态影响，发现AQP4主要影响星形胶质细胞形态变化，对了解AQP4的作用和认知功能的调节因素有重要作用。
参考文献
- 1、AQP4作用综述 （1）Wingerchuk, Lennon, Lucchinetti, et al. Lancet Neurology, 2007, 6, 805-815. （2）Seifert. G, Schilling. K, Steinhauser. C. Nature Reviews Neuroscience, 2006, 7, 194-206. 2、AQP4新的研究进展 （1）S. Saadoun, M. J. Tait, A. Reza, et al. Neuroscience, 2009, 161:764-772. （2）Zhou J, Kong H, Hu G, et al. Neuroreport, 2008, 19: 1-5. （3）M. S. Hsu, M. Seldin, D. J. Lee, et al. Neuroscience, 2011, 178: 21-32. （4）Lu-lu Xie, Xiu-Lan Sun, Yi Fan, et al. International Journal of Neuropsychopharmacology, 2009, 12: 843-850. （5）Melissa D. Laird, Sangeetha Sukumari-Ramesh, Andrew E. B. Swift, et al. Journal of Neurochemistry, 2010, 13: 637-648. 星形胶质细胞对认知功能的影响 （1）Suzuki A, Stern SA, Bozdagi O, et al. Cell, 2011, 144(5): 810-823. （2）Gibbs ME, Bowser DN. Neurochemical Research, 2009, 34(10): 1712-1720. （3）Bezzi P, Volterra A. Cell, 2011, 144(5): 644-645.
同类课题研究水平概述
- 衰老是人类追求健康长寿的头号敌人，而其最主要的表现之一就是学习记忆与认知功能的下降。对于衰老发生发展的机制，目前仍没有一个系统权威的理论加以解释。一些普遍公认的学说，如“自由基学说”、“端粒学说”等也不能从根本上解决衰老发生的机制问题。这提示我们，衰老是一个多细胞、多分子共同作用的复杂过程，可以从新的角度寻找研究衰老过程的切入点。 水通道蛋白-4（aquaporin-4，AQP4）是中枢神经系统中最重要的一类特异性转运水的膜蛋白。它在维持脑内水和离子平衡、调节渗透压等方面的作用已被广泛研究，但是对于它与脑高级功能之间是否存在联系则知之甚少。目前已陆续有文献报道提示AQP4可能参与认知功能的调节。主要包括：1) 参与神经元信号传递，通过调节细胞内外K+含量影响神经元兴奋性；2) 介导星形胶质细胞对神经递质的调节。 由于AQP4主要表达在脑内星形胶质细胞，而星形胶质细胞对认知功能的影响是目前研究的热点。星形胶质细胞作为“第三方突触”，通过对重要神经递质谷氨酸的转运调节神经元活动，与记忆形成、学习活动、感知觉等认知功能密切相关。 同时，最新的研究发现，在小鼠发育过程中，AQP4在记忆的重要储存场所——海马的形成过程中呈现特征性的表达增强；在药物成瘾小鼠身上发现AQP4基因敲除可促进海马颗粒细胞增殖，干扰成瘾形成。上述种种证据促使我们对AQP4的研究不只是局限于脑水肿等与水平衡相关的疾病模型中，而是提示我们AQP4与脑的更高级联系。 在一些与AQP4密切相关的病理过程（如创伤性脑损伤引起的脑水肿、视神经脊髓炎等）中，有报道患者伴有不同程度的认知和运动障碍，但都未深入探讨引起认知损伤的原因。同时，目前对于AQP4的表达是否能影响脑形态变化仍存在争议，因此本作品通过直接观察AQP4在衰老致学习记忆下降过程中对脑形态的改变，阐明AQP4在小鼠衰老过程中对学习记忆功能的作用。
