时间特异性敲除腺苷酸活化蛋白激酶α1/2基因小鼠的海马能量代谢与突触可塑性

背景:腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是一种分子水平的能量传感器,当机体处于低能状态时能被激活进而为神经元活动提供能量,但对于时间特异性敲除AMPK与认知功能障碍发生的关系尚未清楚.目的:探讨时间特异性敲除AMPKα1/2基因小鼠海马能量代谢与突触可塑性的变化,寻找能量代谢与认知功能之间的关键分子靶点.方法:将16只6月龄携带有AMPKα1/2flox/flox和Camk2a-cre/ERT2的AMPKα1/2flox/flox+CaMk2a-cre/ERT2基因型小鼠按随机数字表分为:对照组(n=8)和AMPKα1/2敲除组(n=8).AMPKα1/2敲除组每天腹腔注射0.1 mL他莫昔芬,对照组每天腹腔注射等剂量的玉米油溶剂.两组小鼠连续注射5 d,等待7 d后,巴恩斯迷宫检测小鼠空间学习记忆能力;化学交换饱和转移成像技术(CEST)观察海马区葡萄糖代谢能力;膜片钳电生理技术检测海马CA3-CA1神经环路场电位,包括Input-output(I/O曲线)、配对脉冲易化比率以及高频刺激诱导长时程突触可塑性.结果 与结论:①与对照组相比,AMPKα1/2敲除组小鼠逃避潜伏期延长(P<0.001),接触目标洞口次数明显减少(P<0.05),目标象限所占时间显著缩短(P<0.05);②与对照组相比,AMPKα1/2敲除组小鼠海马区葡萄糖代谢水平降低(P<0.05);③与对照组相比,AMPKα1/2敲除组小鼠海马脑区,在给予不同刺激量时的电压值均显著降低(P<0.05);在基础场电位中,不同时间间隔的配对脉冲易化比率显著降低(P<0.05);④与对照组相比,AMPKα1/2敲除组小鼠海马高频刺激后兴奋性突触后电位振幅显著降低(P<0.05);⑤结果表明,时间特异性敲除AMPKα1/2基因导致海马区葡萄糖代谢水平下降,使得突触前递质释放、突触传递效能和突触可塑性受损,进而导致空间学习记忆障碍的产生.