FMR1基因敲除鼠海馬抑制性神經元表達改變的研究

徐明明等

摘要：目的： 探討抑制性神經元的表達改變在FMR1基因敲除鼠癲癇發病機制的作用。方法：應用免疫組織化學染色檢測2 周齡FMR1基因敲除型（KO）和同齡野生型（WT）小鼠海馬抑制性神經元數目（Glutamic acid decarboxylase （GAD） and parvalbumin（PV）陽性神經元）；應用Western blot法檢測上述小鼠海馬組織GAD和PV的含量。結果：FMR1 KO鼠和WT鼠海馬GAD神經元數目的比較：FMR1 KO鼠海馬GAD神經元81±20.134，WT鼠96.11±15.186，差異具有統計學意義（P=0.006）；CA1區FMR1 KO鼠33.24±7.710，WT鼠40.59±5.738，差異具有統計學意義（P=0.001）；CA3區FMR1 KO鼠30.94±11.028，WT鼠36.06±6.432差異具有統計學意義（P=0.041）；DG區FMR1 KO鼠17.82±5.703， WT鼠21.44±3.245，差異不具有統計學意義（P=0.0669）； FMR1 KO鼠和WT鼠的GAD65.67的蛋白水平的比較，GAD65： t=5.152，P=0.000；GAD67： t=4.723，P=0.000， FMR1 KO鼠的GAD65.67的蛋白水平均高于WT鼠。FMR1 KO鼠和WT鼠海馬PV陽性神經元數目的比較：FMR1 KO鼠和WT鼠海馬GAD神經元數目的比較：FMR1 KO鼠海馬PV陽性神經元77±16.321，WT鼠90.13±13.126，差異具有統計學意義（P=0.005）；CA1區FMR1 KO鼠24.13±6.635，WT鼠35.63±6.635，差異具有統計學意義（P=0.002）；CA3區FMR1 KO鼠25.94±9.123，WT鼠30.12±5.357差異具有統計學意義（P=0.038）；DG區FMR1 KO鼠14.73±4.473， WT鼠16.12±3.149，差異不具有統計學意義（P=0.068）； KO小鼠海馬中PV表達量分別較WT小鼠減少，KO鼠0.132±0.011，WT鼠0.155±0.013，差異有統計學意義（P=0.0386）。結論：FMR-1KO小鼠海馬抑制性神經元數目的減少以及PV蛋白表達減低，可能是誘發該種小鼠癲癇發病率高重要原因。KO鼠GAD表達增高，考慮和KO鼠代償性增高有關。

關鍵詞 ：脆性X綜合征；抑制性神經元；癲癇；谷氨酸脫羧酶； 小白蛋白

中圖分類號：R54 文獻標識碼： A 文章編號：

深圳市科技計劃項目 項目編號 201303187 FMR1基因敲除鼠PV陽性神經元變化及其癲癇發病機制的研究

Abstract ： Objective.This study focused on the expression differences of Glutamic acid decarboxylase （GAD） and parvalbumin（PV） expression between FMR1KO and wild-type （WT） mice in hippocampus. Methods. 2 weeks mice were randomly obtained for immunohistochemistry and Western blotting to detect the expression.Results Number of GAD interneurons in hippocampus ： FMR1 KO mice81±20.134，WT mice 96.11±15.186 （P=0.006）； CA1： FMR1 KO mice33.24±7.710， WT mice 40.59±5.738（P=0.001）； CA3： FMR1 KO mice 30.94±11.028，WT mice 36.06±6.432 （P=0.041）； DG： FMR1 KO mice 17.82±5.703， WT mice 21.44±3.245 （P=0.0669）； The expressions of GAD65 and GAD67 were significantly increased in the hippocampus tissues in FMR-1KO when compaired to that in WT mice （P=0.000）.Number of parvalbumin（PV）-expressing interneuron in hippocampus ： FMR1 KO mice 77±16.321，WT mice 90.13±13.126 （P=0.005）； CA1： FMR1 KO mice 24.13±6.635， WT mice 35.63±6.635（P=0.002）； CA3： FMR1 KO mice 25.94±9.123，WT mice 30.12±5.357 （P=0.038）； DG： FMR1 KO mice14.73±4.473， WT mice16.12±3.149 （P=0.068）； The expressions of PV were reduced in the hippocampus tissues in FMR-1KO when compaired to that in WT mice （P=0.0386）.Conclusion The decreased number of inhibitory interneurons in the hippocampus of FMR1 KO mice demonstrates that interneurons is possible to play an critical role in increased susceptibility to epileptic seizures of FXS.Increased expression of GAD of KO mice is compensatory.

Keywords：Fragile X syndrome； interneurons； Epilepsy； Glutamic acid decarboxylase

脆性X綜合征FXS（Fragile X syndrome，FXS）是最常見的遺傳性智力低下疾病之一，它是一種外顯率不完全的X-連鎖遺傳?。?），最初由細胞遺傳學檢查發現X染色體上存在脆性位點而得名，男性發病率明顯高于女性，臨床突出表現為中至重度的智力發育障礙，臉狹長及下頜突出等典型面部特征，以及青春期后的巨大睪丸，同時伴有適應能力下降、孤獨樣癥狀等異常行為，患者可出現癲癇發作，探索其發病機制及藥物治療途徑是目前國際上研究的熱點問題。[1]FMR1 KO鼠的許多行為學表現與脆性X綜合征患者非常相似，最明顯的包括自發活動增加、曠場習慣能力下降、聽源性驚厥易感性增強 [2]。神經環路中興奮性與抑制性功能的協調平衡對維持正常大腦的整體功能是必要的，GAD神經元抑制系統的減弱與癲癇相關[3]。Leah Selby等在一周歲KO鼠中研究發現GABA能中間神經元的變化[4]。本研究擬通過研究抑制性神經元的改變，為脆性X綜合征的癲癇發病機制提供進一步的依據，為人們認識脆性X綜合征的發病機制打下基礎。

1 材料與方法

1.材料

1.1 實驗動物及分組

FMR1基因敲除型（KO）純合子（-/-）及其野生型（WT）純合子（+/+）FVB近交系小鼠由荷蘭伊拉斯塔斯大學細胞生物學及遺傳學研究中心Oostra BA 教授惠贈。實驗前取鼠尾巴進行PCR和Western Blot進行基因型鑒定。

2.方法

2.1免疫組化漂浮法：將FVB小鼠350mg/kg水合氯醛麻醉后，4%多聚甲醛灌注固定腦組織，常規脫水、冰凍切片，漂洗盒孔內注入PBS，各取保存于PBS中的切片6-9片放入孔內。用PBS換洗3次，每次5分鐘。每片加1滴（50ul）過氧化物酶阻斷劑（S-P試劑盒中A液），室溫下置振蕩器振蕩孵育30分鐘后，用PBS換洗3次。每片加1滴（50ul）正常非特異性血清（S-P試劑盒中B液），室溫下置振蕩器振蕩孵育60分鐘后，每片加100ul 一抗（ GAD 1∶400 PV1：8000以0.2%Triton液稀釋） ，室溫下振蕩器振蕩60分鐘后放入4℃冰箱中，孵育過夜。PBS沖洗7次，吸干孔內殘余液體，每片加1滴（50ul）生物素標記的二抗（C液），室溫下振蕩孵育60分鐘。PBS沖洗3次，吸干孔內殘余液體，每片加1滴（50ul）鏈霉菌抗生物素-過氧化物酶溶液（D液），室溫下振蕩器振蕩孵育30分鐘。PBS沖洗3次，吸干孔內殘余液體，DAB液顯色，顯微鏡下觀察顯色結果，3-5分鐘用PBS液終止反應，PBS換洗3次，將切片貼于明膠處理過的載玻片上，自然晾干，脫水透明，中性樹膠封片?？瞻讓φ諏嶒灒河肞BS代替一抗，其余步驟不變。

2.2 Western Blot法：用RIPA常規提取皮層、海馬組織的蛋白。15%變性聚丙烯酰胺分離凝膠分離（120V，90分鐘），采用PVDF膜恒壓100V轉膜60分鐘， 5%脫脂奶粉溶液封閉膜1h，加入TTBS稀釋的一抗（FMRP 1：1000；PV 1：16000；GAD 1：32000；抗β-actin抗體1：2000），4℃孵育輕搖過夜。加入二抗（抗鼠抗體1：4000，抗兔抗體1：4000），室溫下與膜孵育1h（輕搖），ECL發光液孵育，x光膠片曝光顯影并進行掃描。

3.數據采集和統計

使用SPSSl7.0 for Windows軟件包（SPSS lnc.，Chicago，IL，USA）進行統計分析，兩樣本均數比較采用t檢驗。以P<0.05具有統計學意義。

2 結果

2.1 FMR1 KO鼠海馬GAD神經元數目的變化

FMR1 KO鼠和WT鼠海馬GAD神經元數目的比較：FMR1 KO鼠海馬GAD神經元81±20.134，WT鼠96.11±15.186，差異具有統計學意義（P=0.006）；CA1區FMR1 KO鼠33.24±7.710，WT鼠40.59±5.738，差異具有統計學意義（P=0.001）；CA3區FMR1 KO鼠30.94±11.028，WT鼠36.06±6.432差異具有統計學意義（P=0.041）；DG區FMR1 KO鼠17.82±5.703， WT鼠21.44±3.245，差異不具有統計學意義（P=0.0669）（見表1）

表1 FMR1 KO和WT鼠海馬GAD神經元數目比較

2.2 海馬組織GAD蛋白表達的變化

WT鼠和FMR1 KO鼠海馬組織GAD蛋白的表達量

FMR1 KO鼠和WT鼠的GAD65.67的蛋白水平的比較，GAD65： t=5.152，P=0.000；GAD67： t=4.723，P=0.000， FMR1 KO鼠的GAD65.67的蛋白水平均高于WT鼠。（見表2 圖1）

表2 WT鼠和FMR1 KO鼠海馬組織GAD蛋白的表達量

FMR1 KO鼠的GAD65和GAD67的蛋白水平均高于WT鼠，*P<0.05

圖1 WT鼠和FMR1 KO鼠GAD65 67蛋白印跡

2.3 KO與WT小鼠腦組織PV陽性中間神經元數的表達

FMR1 KO鼠和WT鼠海馬PV陽性神經元數目的比較：FMR1 KO鼠和WT鼠海馬GAD神經元數目的比較：FMR1 KO鼠海馬PV陽性神經元77±16.321，WT鼠90.13±13.126，差異具有統計學意義（P=0.005）；CA1區FMR1 KO鼠24.13±6.635，WT鼠35.63±6.635，差異具有統計學意義（P=0.002）；CA3區FMR1 KO鼠25.94±9.123，WT鼠30.12±5.357差異具有統計學意義（P=0.038）；DG區FMR1 KO鼠14.73±4.473， WT鼠16.12±3.149，差異不具有統計學意義（P=0.068）（見表3）

3、Jiao Y， Zhang C， Yanagawa Y， Sun QQ. Major effects of sensory experiences on the neocortical inhibitory circuits. J Neurosci. 2006；26：8691-701.

4、Leah Selby， Chunzhao Zhang， and Qian-Quan Sun. Major Defects in Neocortical GABAergic Inhibitory Circuits in Mice Lacking the Fragile X Mental Retardation Protein. Neurosci Lett， 2007，412：227–232.

5、Musumeci SA， Hagerman RJ， Ferri R，. Epilepsy and EEG findings in males with fragile X syndrome. Epilepsia， 1999，40：1092-9.

6、Incorpora G， Sorge G， Sorge A， Epilepsy in fragile X syndrome. Brain Dev， 2002，24：766-9.

7、易詠紅 陸雪芬 廖衛平. 脆性X 染色體綜合征臨床與腦電圖的研究.中華神經科雜志， 1997，30：297-300.

8、Qiu LF， Lu TJ， Hu XL. Limbic epileptogenesis in a mouse model of fragile X syndrome. Cereb Cortex， 2009，19：1504-14.

9、Chen L， Toth M. Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli. Neuroscience， 2001，103：1043-50.

10、Musumeci SA， Bosco P， Calabrese G. Audiogenic seizures susceptibility in transgenic mice with fragile X syndrome. Epilepsia， 2000，41：19-23.

11、Martin dl and Rmival.k .Regulate ofγ-aminobutyri acid synthesis in the brain .J Neurochem ，1993；60：359-407.

12 、Levitt P. Disruption of interneuron development[J]. Epilepsia， 2005， 46（suppl 7）： 22–28.

13、Khushdev K. Thind， Ruth Yamawaki， Ibanri Phanwar， Guofeng Zhang， Xiling Wen， Paul SInitial Loss but Later Excess of GABAergic Synapses with Dentate Granule Cells in a Rat Model of Temporal Lobe Epilepsy. Buckmaster Comp Neurol. 2010 March 1；

14、Silje Alvestad， Janniche Hammer， Hong Qu， Asta H？berg， Ole Petter Ottersen， Ursula Sonnewald Reduced astrocytic contribution to the turnover of glutamate， glutamine， and GABA characterizes the latent phase in the kainate model of temporal lobe epilepsy J Cereb Blood Flow Metab. 2011 August； 31（8）： 1675–1686.

15、Buckmaster PS， Jongen-Relo AL. Highly specific neuron loss preserves lateral inhibitory circuits in the dentate gyrus of kainate-induced epileptic rats. J Neurosci， 1999，19：9519-29.

16、Woo NH， Lu B. Regulation of cortical interneurons by neurotrophins： from development to cognitive disorders[J]. Neuroscientist， 2006， 12（1）： 43-56.

17、Kokaia M， Ernfors P， Kokaia Z， Elmer E， Jaenisch R， Lindvall O..Suppressed epileptogenesis in BDNF mutant mice. Exp Neurol 1995，133（）：215–24.

18、He XP， Kotloski R， Nef S， Conditional deletion of TrkB but not BDNF prevents epilep- togenesis in the kindling model. Neuron 2004 43：31–42.

19、 Antar LN， Dictenberg JB， Plociniak M， Afroz R， Bassell GJ. Localization of FMRP-associated mRNA granules and requirement of microtubules for activity-dependent trafficking in hippocampal neurons. Genes， brain， and behavior 2005 Aug；4（6）：350-9.

20、 Darnell JC， Klann E. The translation of translational control by FMRP： therapeutic targets for FXS. Nat Neurosci 2013 Nov；16（11）：1530-6.

21、 Darnell JC， Van Driesche SJ， Zhang C， Hung KY， Mele A， Fraser CE， Stone EF， Chen C， Fak JJ， Chi SW， Licatalosi DD， Richter JD， Darnell RB. FMRP stalls ribosomal translocation on mRNAs linked to synaptic function and autism. Cell 2011 Jul 22；146（2）：247-61.

22、 Zhou Z， Cao M， Guo Y， Zhao L， Wang J， Jia X， Li J， Wang C， Gabriel G， Xue Q， Yi Y， Cui S， Jin Q， Wang J， et al. Fragile X mental retardation protein stimulates ribonucleoprotein assembly of influenza A virus. Nature communications 2014 Feb 10；5：3259.

23、 Mercaldo V， Descalzi G， Zhuo M. Fragile X mental retardation protein in learning-related synaptic plasticity. Mol Cells 2009 Dec 31；28（6）：501-7.

24、Gibson JR， Bartley AF， Hays SA， et al. Imbalance of neocortical excitation and inhibition and altered UP states reflect network hyperexcitability in the mouse model of fragile X syndrome. J Neurophysiol， 2008，100：2615-26.

25、龍小艷， 李昌琦， 肖波， 等. 海人酸顳葉癲癇大鼠海馬GAD65表達的動態變化. 中國現代醫學雜志， 2005，（08）：1189-1191.

26、傅思瑩， 方若鳴， 方更利， 等. β-細辛醚對青霉素點燃癲癇大鼠額葉皮質FOS、GAD65表達的影響. 中藥材， 2008，（01）：79-81.

27、項華， 沈創鵬， 陳曉薇， 等. 益氣熄風化痰法對慢性癲癇大鼠大腦海馬區GAD65表達的影響. 中藥新藥與臨床藥理， 2011，（06）：646-648.

28、徐仁伵， 胡元元， 張洪， 等. 神經元GAD和GABA-T的活性與癲癇發病的關系. 中國神經免疫學和神經病學雜志， 2001，（04）：237-239.