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.2014年12月3日；84(5):1009-22.
doi:10.1016/j.neuron.2014.10.045。 Epub 2014年11月20日。

突触前NMDA受体在活动依赖性BDNF分泌和皮质纹状体LTP中的重要作用

现代公园 1, 安德烈·波佩斯库 1, 穆明普尔 2
附属公司

突触前NMDA受体在活动依赖性BDNF分泌和皮质纹状体LTP中的重要作用

现代公园等。 神经元. .

摘要

许多兴奋性突触的长时程增强（LTP）需要突触后树突中N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体亚型（NMDAR）的激活，但突触前轴突NMDAR在突触可塑性中的作用尚待阐明。在这里，我们报道轴突NMDAR通过触发活动诱导的脑源性神经营养因子（BDNF）突触前分泌，在小鼠皮质纹状体突触LTP诱导中发挥重要作用。大脑皮层轴突中BDNF或NMDAR亚单位GluN1的基因缺失可消除皮质纹状体LTP对θ波刺激（TBS）的反应。此外，TBS触发的轴突Ca（2+）升高和BDNF分泌延长需要功能性轴突NMDAR，支持轴突NMDA的激活通过增强突触前神经末梢的Ca（2+）信号诱导BDNF的分泌这一观点。这些结果表明，突触前NMDAR与突触后NMDAR在皮质纹状体突触LTP诱导中同等重要，因为它们在介导活动诱导的突触前BDNF分泌中发挥作用。

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数字

图1
图1。TBS诱导的皮质纹状体LTP依赖于NMDAR激活和细胞外BDNF
（A） HFS协议示意图。（B） 样本轨迹描述了一个代表性实验中HFS应用之前（-5～0分钟）和之后（35～40分钟）10个EPSP的平均值。“CTL”：2 mM Mg2+（ACSF，含100µM苦毒毒素）。“低镁2+“：低镁2+ACSF（<200µM Mg2+). “低镁2++APV“：低镁2+带100µM APV的ACSF。（C） HFS诱导LTP的总结。应用HFS（黑条，100Hz序列1s，每隔10s重复4次）前后，在矢状窦旁皮质纹状体切片背侧纹状体MSN细胞中记录的EPSP振幅。用HFS前基线期的平均振幅对每次记录的EPSP振幅进行标准化。平均值±s.e.m（n=4-6片，每个至少2只小鼠）。（D） HFS后30～40分钟内（C）所述所有实验的平均EPSP振幅的累积百分比图。（基线百分比，平均值±s.e.m；CTL，87±26；低Mg2+, 207 ± 17; 低镁2+/APV，86±9；**P<0.01，Kolmogorov–Smirnov检验）。（E） 描述TBS协议的示意图。（F） 样本轨迹描述了一个代表性实验中TBS应用之前（-5～0分钟）和之后（35～40分钟）的10个EPSP的平均值。“CTL”：正常ACSF。“+APV”：具有100µM APV的正常ACSF。“+TrkB IgG”：正常ACSF，含TrkB IgG（2µg/ml）。（G） TBS诱导LTP的总结。应用TBS前后，EPSP的振幅记录和呈现如（C）所示。平均值±标准差（n=5-8片，每个至少4只小鼠）。（H） TBS后30～40分钟内（G）所述所有实验的平均EPSP振幅的累积百分比图。（基线百分比，平均值±s.e.m；CTL，195±29%；+APV，82±13%；+TrkB-IgG，63±12%；**P<0.01，科尔莫戈罗夫·斯米尔诺夫试验）。另请参见图S1。
图2
图2。LTP依赖于功能轴NMDAR和BDNF表达
（A） 描述LTP光遗传学诱导方法的示意图。使用野生型纹状体切片，从MSN胞体进行全细胞记录，格林1飞行/飞行，或Bdnf公司佛罗里达州注射AAV（AAV-Cre-2a–mCherry和AAV-DIO-ChETA）的小鼠欧盟委员会-EYFP）在记录前4周在M1区域。表达ChETA的轴突欧盟委员会-通过光脉冲（0.2–1 ms；λ=480 nm）选择性激活EYFP和Cre（绿色）。（B） 显示表达ChETA的皮质轴突的纹状体切片的典型共焦图像总费用（绿色）和通过全细胞记录吸管装载Alexa 594染料（红色）的MSN（及其树突）。（C） LTP诱导光刺激的TBS模式示意图，以及纹状体MSN对连续突发刺激的光诱发复合EPSP反应示例。（D）上部面板：在基线期（-5～0分钟；左）或TBS模式光脉冲后35～40分钟（右），显示光诱发EPSP反应的代表性轨迹（平均10个EPSP）。下部面板：来自一个代表性实验的数据显示，光遗传刺激后EPSP反应增加。黑条，带有TBS图案的光脉冲。（E） 所有光遗传学LTP实验总结。测试光脉冲诱发的平均EPSP振幅（0.5 Hz），显示为视基因TBS前后的归一化平均EPSP幅度（以横线标记）。野生型小鼠（“WT”）：在缺乏（“CTL”，30-40分钟时为基线的291±44%）或存在“APV”（100µM，106±29%）或“TrkB-IgG”（2µg/ml，109±160%）的情况下。“Bdnf−/−”（142±17%）和“研磨1-/”(135±17%）：来自小鼠的数据Bdnf公司一个d格林1通过表达Cre而删除的基因Bdnf公司佛罗里达州和格林1飞行/飞行小鼠。平均值±标准偏差（n=5-9片，每片至少4只小鼠）。（F） （E）中所示数据的皮质纹状体切片视基因TBS后30～40分钟内EPSP平均振幅的累积百分比图（**P<0.01，Kolmogorov-Smirnov检验）。另请参见图S2。
图3
图3。TBS诱导钙2+皮质轴的高度取决于轴突NMDAR
（A） 背侧纹状体皮质轴突终末GCaMP5荧光信号的测量。上部记录道：代表性实验中TBS诱导GCaMP5荧光的样品记录。不同的实验条件用颜色编码（与下图相同）。该图描述了TBS诱导GCaMP5荧光随时间变化的分数变化的所有实验结果（ΔFt吨/F类0). 平均值±标准偏差（n=44–82，至少来自4个切片）“CTL”（对照）：ACSF（含2 mM Mg2+和100µM苦曲霉毒素）。“+APV”：具有100µM APV的ACSF。“氯化镉2“：含100µM CdCl的ACSF2.“+CPA”：普通ACSF，含30µM CPA。“0钙2+“：不添加Ca的ACSF2+和2 mM EGTA。（B） 平均ΔF汇总t吨/F类0（±s.e.m.）在TBS应用后30–90和100–300秒。条形图上的颜色与（A）相同。点和片（带括号）的数量用条表示（**，p<0.01；***，p<0.001；单向方差分析事后的，事后的测试）。平均ΔFt吨/F类030–90年代：CTL，0.45±0.06；APV，0.30±0.06；氯化镉2, 0.10 ± 0.03; CPA，0.30±0.05；0钙2+, 0.06 ± 0.02. 平均ΔFt吨/F类0100-300s期间：CTL，1.02±0.22；APV，-0.05±0.04；氯化镉2, 0.24 ± 0.07; CPA，0.37±0.08；0钙2+, 0.08 ± 0.06. （C） 背侧纹状体皮质轴突终末GCaMP5荧光信号的测量。上部记录道：代表性实验中HFS诱导GCaMP5荧光的样品记录。不同的实验条件用颜色编码（与下图相同）。该图描述了HFS诱导GCaMP5荧光随时间变化的分数变化的所有实验结果（ΔFt吨/F类0). 平均值±标准误差（n=28–87，至少来自5个切片）。“CTL”：ACSF（含100µM苦毒毒素，2 mM Mg2+). “低镁2+“：低镁2+ACSF（<200µM Mg2+). “低镁2+/+APV“：低镁2+带100µM APV的ACSF。“0钙2+“：不添加Ca的ACSF2+和2 mM EGTA。（D） 平均ΔF汇总t吨/F类0（±s.e.m.）在HFS应用后30–90和100–300秒。颜色代码与（C）中的相同。点和片的数量（带括号）用条表示（*，p<0.05；***，p<0.01；单向方差分析事后的，事后的测试）。对于30−90秒：CTL，0.14±0.03；低镁2+, 0.31 ± 0.04; 低镁2+/+APV，0.18±0.03；0钙2+, 0.04 ± 0.02. 对于100–300秒：CTL，0.25±0.05；低镁2+, 0.63 ± 0.09; 低镁2+/+APV，0.26±0.06；0钙2+, 0.07 ± 0.05. （E） 纹状体切片示意图格林1飞行/飞行在M1衍生的轴突中表达Cre-2a–mCherry和GCaMP5的小鼠。红色：仅限Cre（mCherry）。绿色：仅GCaMP5。黄色：Cre+GCaMP5。下面高分辨率的荧光图像显示了包含这三种轴突的典型背纹状体区域。空箭头：表达Cre+GCaMP5的轴突。填充箭头：仅表达GCaMP5的轴突。（F） GCaMP5荧光随时间变化的代表性记录痕迹（ΔFt吨/F类0)在三次TBS（bar）发作期间，在添加APV之前和之后，以及在APV被清除后，仅从GCaMP5记录到轴突（绿色）和轴突共同表达GCaMP4和Cre（黄色）。仅表达Cre的轴突未检测到GCaMP5信号。（G） 以类似方式记录的所有数据汇总（平均值±s.e.m；n=12-15），如(f），仅表达GCaMP5的轴突(“Grin1-CTL”)和同时表达GCaMP5和Cre的轴突(“格林1−/−”）在3个纹状体切片中。（H） 平均ΔF汇总t吨/F类0（±s.e.m.）在TBS应用后30–90和100–300秒。颜色代码与（F）和（G）相同。两只老鼠的穿孔数和切片数（带括号）用横条显示（**，p<0.01；未配对t吨-测试）。在控制条件下（基线），平均ΔFt吨/F类030-90年代：研磨机1CTL=0.27±0.06；格林1−/−=0.15±0.04，平均ΔFt吨/F类0在100–300秒内：格林1CTL=0.74±0.15；格林1−/−= 0.22 ± 0.05. 存在APV（+APV）时，平均ΔFt吨/F类030-90年代：格林1CTL=0.20±0.07；格林1−/−=0.14±0.06，平均ΔFt吨/F类0在100-300秒内：格林1CTL=0.01±0.05；格林1−/−= 0.09 ± 0.09. APV被冲刷（冲刷）后，平均ΔFt吨/F类030-90年代：格林1CTL=0.14±0.07；格林1−/−=0.04±0.02，平均ΔFt吨/F类0在100–300秒内：格林1CTL=0.35±0.09；格林1−/− = 0.05 ± 0.03. 另请参见图S3。
图4
图4。轴突BDNF-pH分泌依赖于NMDAR
（A）左侧：使用副矢状皮质纹状体切片对来自皮质轴突的BDNF-pH荧光的活动诱导变化进行成像的示意图。E类刺激：双极刺激电极放置在M1的第6层。赖特：表达BDNF-pH的皮质轴突的荧光图像。Ctx：皮质，Str：纹状体。（B）左侧：免疫染色图像显示BDNF pH点与突触前标志物突触素（箭头）共定位，表明突触前终末存在BDNF pH。赖特：免疫染色图像显示许多BDNF-pH点与突触后标记PSD-95（空箭头）并列，但很少有共同定位的BDNF-pH和PSD-95点（黄色箭头）。（C） BDNF-pH荧光点与突触素和PSD-95点共定位的定量测量，用每个光学截面中的总BDNF-pH点进行归一化（平均值±s.e.m.；***，p<0.001，未配对t吨-测试）。统计的纹状体切片数量（来自2只小鼠，每片切片随机取样一个光学切片）显示在条中。（D） 显示正常记录溶液（“CTL”）或含有APV（“APV”）的溶液中TBS前10 s、后50 s和100 s BDNF-pH点（箭头）荧光变化的示例图像。（E） CTL中TBS前后BDNF-pH点状荧光的样品痕迹(左边)和APV(正确的)条件。红色：点状荧光降低至基线以下（“分泌融合”）；蓝色：荧光高于基线（“融合无分泌”）；黑色，TBS后无荧光变化（“无融合”）。（F）随时间变化的平均分数荧光变化总结（ΔFt吨/F类0)对于记录的所有punta，如（E）所示。（G） 条形图描述平均ΔFt吨/F类0（±s.e.m.）在HFS或TBS应用后100–200 s内，针对所有记录的BDNF-pH点。点号和切片数（带括号）用条显示。TBS:CTL，−0.15±0.03+APV，−0.018±0.04；**p<0.01，未配对t检验。HFS中：CTL，0.21±0.05；低镁2+, −0.26 ± 0.04; 低镁2+/APV，0.02±0.06；***p<0.001，单因素方差分析事后的，事后的测试。另请参见图S4。
图5
图5。TBS诱导BDNF分泌依赖于功能轴NMDAR
（A）上部：示意图显示了格林1飞行/飞行在M1轴突中单独或同时表达Cre-2a–mCherry（红色）或BDNF-pH（绿色）或两者（黄色）的小鼠。下图：荧光图像显示背部纹状体区域包含上述三种轴突类型的点状突起。填充箭头：仅表达BDNF-pH的轴突。空箭头：共表达BDNF-pH和Cre的轴突。（B） TBS发病前10s和发病后50s和100s（A）中示例斑点的荧光图像。箭头与（A）相同。（C） TBS前后BDNF-pH点状荧光的样本痕迹，仅从表达BDNF-pH的轴突记录(格林1CTL）和共表达BDNF pH和Cre(格林1−/−)分别是。颜色代码如图4E所示。（D） 平均荧光分数随时间变化（ΔFt吨/F类0)对于野生型WT中Cre（−）或Cre（+）轴突的BDNF-pH点或格林1飞行/飞行老鼠。（E） 条形图表示平均ΔFt吨/F类0（±s.e.m.）在HFS或TBS应用后100–200 s内，针对所有记录的BDNF-pH点。点号和切片数（带括号）用条显示。WT:Cre（−），−0.28±0.04；Cre（+），−0.19±0.04。在格林1飞行/飞行Cre（−），−0.28±0.04；Cre（+），0.02±0.11；***，p<0.0001，未配对t吨-测试。另请参见图S5。
图6
图6。突触前NMDAR调节BDNF分泌和LTP诱导的模型
突触前NMDAR依赖性BDNF分泌在突触前轴突终末对TBS的反应的示意图。我们提出，在TBS期间，细胞外谷氨酸和突触前轴索去极化存在的时间巧合允许有效激活突触前的NMDAR，导致全球轴突钙2+诱导含BDNF颗粒胞吐的升高和下游信号传导，这是诱导皮质纹状体LTP必不可少的过程。
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    1. Akerboom J、Chen TW、Wardill TJ、Tian L、Marvin JS、Mutlu S、Calderon NC、Esposti F、Borguis BG、Sun XR等。神经活动成像GCaMP钙指示剂的优化。神经科学杂志。2012;32:13819–13840.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Altar CA、Cai N、Bliven T、Juhasz M、Conner JM、Acheson AL、Lindsay RM、Wiegand SJ。脑源性神经营养因子的顺行运输及其在大脑中的作用。自然。1997;389:856–860.-公共医学
    1. Bear MF，马伦卡RC。突触可塑性：LTP和LTD.Curr Opin神经生物学。1994;4:389–399.-公共医学
    1. Berndt A、Schoenenberger P、Mattis J、Tye KM、Deisserth K、Hegemann P、Oertner TG。高效通道视紫红质在低光水平下快速刺激神经元。美国国家科学院院刊2011；108:7595–7600.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Brasier DJ，Feldman DE。大鼠体感皮层突触前NMDA受体的突触特异性表达。神经科学杂志。2008;28:2199–2211.-项目管理咨询公司-公共医学

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