大鼠腦中c-fos基因的表達(dá)及功能

大鼠腦中c-fos基因的表達(dá)及功能

c-fos基因是立即確認(rèn)基因序列的成員。即刻早期基因龐大的家族包括Fos家族、Jun家族c-myc家族和erg家族,其中以Fos家族研究的比較深入。人類的c-fos基因定位于人的14號(hào)染色體長臂(14q21～31),長度約為3.5kb的DNA,有4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子組成;其轉(zhuǎn)錄形成的c-fosmRNA長度為2.2kb,有380個(gè)氨基酸組成的細(xì)胞核內(nèi)磷酸化蛋白質(zhì)Fos。c-fos基因表達(dá)的核蛋白Fos是細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,Fos經(jīng)廣泛修飾后與另一種即刻早期基因c-jun所表達(dá)的核蛋白Jun形成異源二聚體復(fù)合物,即轉(zhuǎn)錄激活蛋白1(activatorprotein1,AP-1),也稱為轉(zhuǎn)錄因子AP-1。AP-1能與DNA調(diào)節(jié)序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)復(fù)合物,可被基因啟動(dòng)因子或增強(qiáng)因子序列識(shí)別并結(jié)合,從而參與細(xì)胞的生長、分化等一系列病理生理過程,起到第三信使的作用;并參與信號(hào)傳遞系統(tǒng)中各效應(yīng)酶的轉(zhuǎn)錄過程,調(diào)控其他有多種基因表達(dá)的靶蛋白的合成。在正常生理狀態(tài)下大鼠腦中的c-fos基因有廣泛而恒定的表達(dá),出現(xiàn)于許多核團(tuán)(可能與機(jī)體的基礎(chǔ)代謝以及內(nèi)臟、軀體功能活動(dòng)、外界刺激如光線、聲音等感覺傳入有關(guān))。但在多種傷害性刺激如高溫、缺氧、機(jī)械外傷等不良應(yīng)激條件下,c-fos基因的表達(dá)顯著上升;而在針灸、藥物、康復(fù)鍛煉等良性應(yīng)激條件下,c-fos基因的表達(dá)明顯下降,但不同模型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)及不同組織器官中的c-fos基因的表達(dá)具有不完全相同的特點(diǎn),有以下幾方面。1前腦結(jié)構(gòu)內(nèi)c-fos陽性神經(jīng)元大鼠屬于嗅敏動(dòng)物,它的嗅腦和邊緣系統(tǒng)相當(dāng)發(fā)達(dá),嗅覺在大鼠的選擇配偶、御敵、覓食及其他探究性行為中發(fā)揮著十分重要的作用。楊氏以醋酸戊酯多次刺激大鼠,1h后灌注固定處死動(dòng)物,發(fā)現(xiàn)中樞系統(tǒng)內(nèi)c-fos蛋白標(biāo)記十分廣泛,尤以腦橋以上腦區(qū)為多,除嗅覺通路諸結(jié)構(gòu)外,邊緣系統(tǒng)內(nèi)也有廣泛標(biāo)記,與注意及中樞功能狀態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)的腦區(qū)也有廣泛標(biāo)記,上丘深層、下丘及腦橋核等為強(qiáng)標(biāo)記。強(qiáng)烈的聲音刺激能夠引起聽源性驚厥。陳氏用免疫細(xì)胞化學(xué)法結(jié)合體視學(xué)分析,研究了Wistar種系的聽源性驚厥易感大鼠(P77PMC)驚厥和點(diǎn)燃后,前腦結(jié)構(gòu)內(nèi)c-fos表達(dá)的差異;結(jié)果顯示:正常Wistar大鼠接受一次強(qiáng)音刺激后,海馬、齒狀回、杏仁核、內(nèi)嗅皮質(zhì)、嗅周皮質(zhì)和額—頂皮質(zhì)內(nèi)未見Fos陽性神經(jīng)元;P77PMC大鼠一次驚厥后,除海馬、齒狀回外,上述各區(qū)內(nèi)可見廣泛的Fos陽性神經(jīng)元,分布具有區(qū)域性差異;P77PMC大鼠點(diǎn)燃后,海馬、齒狀回內(nèi)有大量Fos陽性神經(jīng)元,其他的被檢區(qū)內(nèi)Fos陽性神經(jīng)元數(shù)量更多,陽性神經(jīng)元的光密度更大,與一次驚厥后比較,具有顯著差異(P<0.01)。楊氏以新異味覺刺激糖精水的攝入為條件刺激,以腹腔注射環(huán)磷酰胺(CY,免疫抑制劑)或氯化鋰(LiCL)為非條件刺激;結(jié)果表明:在條件刺激日,糖精水在學(xué)習(xí)組大鼠的下丘腦、杏仁核、邊緣皮質(zhì)誘發(fā)出c-fos表達(dá),而非學(xué)習(xí)組在這些區(qū)域沒有或少量表達(dá)。2c-fos基因表達(dá)下丘腦作為生命調(diào)節(jié)的中樞,調(diào)控著多種生理功能和生命過程。阮氏將大鼠分成實(shí)驗(yàn)組(室溫常氧)、低溫低氧1d組和3d組,把大鼠置于模擬海拔6000m的低壓艙內(nèi)(艙內(nèi)溫度為4℃),每天6h。結(jié)果表明:低溫低氧組大鼠下丘腦內(nèi)c-fos表達(dá)明顯增加,呈恒定的核特異定位分布,其中室旁核、弓狀核、腹內(nèi)側(cè)核、背內(nèi)側(cè)核表達(dá)最為強(qiáng)烈,乳頭體前核、下丘腦后核有中等強(qiáng)度的表達(dá),視上核偶有表達(dá)。袁氏用寒冷刺激,觀察大鼠下丘腦核團(tuán)c-fos基因表達(dá)蛋白的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn):寒冷能促使視交叉腹外側(cè)的視上核(SO)神經(jīng)元及視交叉上核周圍部神經(jīng)元皆出現(xiàn)c-fos基因強(qiáng)陽性反應(yīng)。第三腦室側(cè)壁室管膜上皮及少數(shù)室周核(pe)神經(jīng)元為c-fos基因陽性。視前內(nèi)側(cè)區(qū)(MPA)可見分散的陽性神經(jīng)元。室旁核外側(cè)出現(xiàn)c-fos基因反應(yīng)較淺的小神經(jīng)元。許氏觀察了水浸束縛復(fù)合應(yīng)激源與電擊足底單一應(yīng)激源誘導(dǎo)的大鼠腦內(nèi)Fos表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):水浸束縛和電擊足底均引起腦內(nèi)邊緣系統(tǒng)、間腦、腦干等許多核團(tuán)內(nèi)Fos表達(dá)。胡氏觀察了大鼠電驚厥后不同時(shí)程中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的c-fos基因表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):c-fos基因表達(dá)于電驚厥后30min開始,2h達(dá)高峰,4h后逐漸下降,12h基本恢復(fù)正常;Fos陽性神經(jīng)元呈對(duì)稱性分布,c-fos基因在顳葉聽皮質(zhì)、梨狀皮質(zhì)和內(nèi)嗅皮質(zhì)最先表達(dá),表達(dá)程度最強(qiáng),恢復(fù)也最慢。3損傷后c-fos基因表達(dá)變化外傷作為一種傷害性刺激,也影響c-fos基因表達(dá)。Philips用液壓沖擊法在SD大鼠上制作了輕度(1.0atm)和中度(2.1atm)的腦損傷模型,腦損傷后15min在海馬周圍均檢測到c-fos基因陽性神經(jīng)元,而在損傷后1h計(jì)數(shù)c-fos基因陽性神經(jīng)元只有在輕度損傷腦組織中較明顯,24h后輕度和中度腦損傷的c-fos基因陽性神經(jīng)元均與對(duì)照組無差別。Hayes于1995年制作了腦皮質(zhì)打擊和液壓沖擊傷兩種動(dòng)物模型,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)打擊傷神經(jīng)細(xì)胞c-fos基因表達(dá)在傷后5min即出現(xiàn),1d后在同側(cè)腦皮質(zhì)中消失,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)海馬中c-fos基因表達(dá)在損傷后30min、1h和3h有明顯增加。Hasegawa還發(fā)現(xiàn)c-fos表達(dá)有一定的時(shí)間依從性。在腦缺乏氧實(shí)驗(yàn)開始至結(jié)束(30min),c-fos表達(dá)就有明顯表達(dá),相對(duì)密度(RelativeIntensity,RI)達(dá)78%左右,1h為85%左右,4h幾乎達(dá)到100%,在6h時(shí)開始下降,RI值為55%左右,8h降至50%左右。4學(xué)習(xí)記憶模型研究表明,原癌基因及其蛋白產(chǎn)物不僅參與細(xì)胞的正常生長、分化及神經(jīng)功能的可塑性變化過程,而且作為核內(nèi)信使參與細(xì)胞內(nèi)的信息傳遞過程,在生命活動(dòng)中起著極為重要的作用。大量事實(shí)表明,學(xué)習(xí)記憶過程與腦內(nèi)c-fos基因的表達(dá)密切相關(guān)。由學(xué)習(xí)記憶所誘導(dǎo)的c-fos基因表達(dá)在腦內(nèi)廣泛分布,以皮層、海馬和邊緣系統(tǒng)為多,依學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練模型的不同,其表達(dá)時(shí)程有所差異,但一般于訓(xùn)練后立即或30min左右出現(xiàn),1～2h左右達(dá)峰值。被動(dòng)和主動(dòng)回避訓(xùn)練、光辨別訓(xùn)練及味覺厭惡性條件反射訓(xùn)練等多種學(xué)習(xí)記憶模型均可誘導(dǎo)腦內(nèi)c-fos基因的表達(dá)。Anokhin等率先進(jìn)行了學(xué)習(xí)記憶與c-fos表達(dá)之間關(guān)系的研究。研究表明雛鳥在受到外界刺激時(shí),其c-fosmRNA水平在小腦和內(nèi)側(cè)前腦明顯升高。在利用一次性回避性反應(yīng)訓(xùn)練小雞30min后,c-fosmRNA含量是非訓(xùn)練的2～2.5倍。若在訓(xùn)練中閉合單眼,則導(dǎo)致睜眼的前腦內(nèi)側(cè)出現(xiàn)c-fos基因不對(duì)稱的表達(dá)。提示腦中c-fos基因表達(dá)與新行為(經(jīng)驗(yàn))有關(guān)。Tischmeyer在足底電休克性光辨別訓(xùn)練大鼠時(shí)發(fā)現(xiàn),海馬組織可誘導(dǎo)c-fos基因早期、短暫的表達(dá)。高峰期在受訓(xùn)后30min出現(xiàn),在隨后2h又恢復(fù)到基礎(chǔ)水平,提示海馬區(qū)c-fosmRNA水平升高是獲得記憶痕跡必要的前提。在此基礎(chǔ)上,再施與獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)行強(qiáng)化,受訓(xùn)大鼠在學(xué)習(xí)后4～8h可出現(xiàn)第2次蛋白質(zhì)合成和加工的高峰,產(chǎn)生大量磷酸蛋白糖蛋白,從而使記憶痕跡轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期記憶。5電針給予c-fos基因表達(dá)的影響在不同應(yīng)激源所致的應(yīng)激狀態(tài)下,機(jī)體的免疫系統(tǒng)發(fā)生了顯著的變化,如NK細(xì)胞毒活性下降,白細(xì)胞數(shù)量和活性發(fā)生變化,補(bǔ)體的數(shù)量和活性發(fā)生變化等,使機(jī)體對(duì)自我的保護(hù)能力明顯下降。同時(shí)c-fos基因表達(dá)水平發(fā)生了大幅度的變化,產(chǎn)生了有活性的蛋白質(zhì)產(chǎn)物Fos蛋白,Fos蛋白和Jun蛋白組合成異源二聚體復(fù)合物即轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子-1(AP-1),調(diào)控其他基因的表達(dá)和產(chǎn)物的生成,將短暫的外環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化成為機(jī)體長期的反應(yīng)。AP-1可以和阿片肽前體基因的增強(qiáng)子結(jié)合,調(diào)控阿片肽前體的轉(zhuǎn)錄和切割,影響阿片肽的數(shù)量和活性,進(jìn)而對(duì)機(jī)體的免疫功能進(jìn)行調(diào)控。不同的針灸形式如電針、手針、耳針、頭針等都可以對(duì)不同應(yīng)激狀態(tài)c-fos基因的表達(dá)產(chǎn)生不同程度的影響。有研究證實(shí)電針刺激動(dòng)物,1～2h后中樞神經(jīng)系統(tǒng)特定區(qū)域內(nèi)c-fos基因大量表達(dá),繼之出現(xiàn)前腦啡肽基因表達(dá),而且c-fos基因與前腦啡肽基因及其蛋白產(chǎn)物在中樞分布具有明顯一致性。而內(nèi)源性阿片肽具有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用已經(jīng)得到了眾多的實(shí)驗(yàn)證明。針灸可以通過調(diào)節(jié)c-fos基因的表達(dá)而調(diào)節(jié)內(nèi)源性阿片肽進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)的目的,從而使機(jī)體恢復(fù)生理平衡狀態(tài)。王氏運(yùn)用RNA斑點(diǎn)雜交方法比較了電針“足三里”穴與福爾馬林注射于足掌皮下對(duì)大鼠c-fosmRNA表達(dá)的影響。結(jié)果表明電針和福爾馬林刺激后均可誘發(fā)c-fosmRNA表達(dá)增強(qiáng)。嗎啡能明顯抑制福爾馬林誘導(dǎo)c-fosmRNA表達(dá),而對(duì)電針誘導(dǎo)的c-fosmRNA表達(dá)無明顯影響,提示兩者的傳入途徑不同,電針不等同于傷害性刺激。王氏檢測了Fos蛋白在佐劑關(guān)節(jié)炎大鼠脊髓腰膨大的表達(dá),并觀察了電針夾脊穴對(duì)c-fos基因表達(dá)的影響。結(jié)果為:模型組最高,單純電針組次之,電針加模型組又次之,正常對(duì)照組最低,提示電針夾脊穴可以抑制佐劑誘發(fā)的脊髓Fos蛋白的表達(dá)。孫氏以成年雄性大鼠截肢造成創(chuàng)傷痛,觀察了電針“夾脊穴”對(duì)創(chuàng)傷痛情況下原癌基因c-fos表達(dá)的影響。結(jié)果表明:截肢性創(chuàng)傷痛傳入信息誘發(fā)脊髓內(nèi)多層神經(jīng)元c-fos原癌基因表達(dá),其表達(dá)產(chǎn)物Fos蛋白以后角Ⅰ～Ⅱ及Ⅴ～Ⅵ層最多,而電針“夾脊穴”能明顯抑制上述表達(dá)過程,表現(xiàn)為Fos蛋白形成的減少,提示電針“夾脊穴”緩解術(shù)后痛的作用與抑制傷害性傳入沖動(dòng)誘發(fā)的脊髓原癌基因表達(dá)有關(guān)。阮氏以佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠作為病理性慢痛的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?觀察鞘內(nèi)注射生長抑素及電針“夾脊穴”對(duì)病理性慢痛情況下c-fos原癌基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明,佐劑性關(guān)節(jié)炎可誘發(fā)大鼠脊髓內(nèi)多層神經(jīng)元c-fos原癌基因表達(dá),接種后24h同側(cè)脊髓內(nèi)出現(xiàn)大量FLI細(xì)胞,主要分布在Ⅰ～Ⅱ及Ⅴ～Ⅵ,其他區(qū)域較少。王氏在海馬青霉素致癇模型上,觀察了致癇及致癇加電針后腦內(nèi)尤其是海馬內(nèi)c-fos蛋白的變化;結(jié)果表明致癇時(shí)海馬CA1區(qū)、齒狀回、梨狀皮層、背側(cè)內(nèi)嗅皮層、杏仁核見到較多的c-fos基因表達(dá),電針后c-fos基因在CA1區(qū)的表達(dá)明顯減少,在CA3區(qū)及上述其余各區(qū)則顯著增加,提示電針能抑制與癲癇發(fā)作有關(guān)的一些核團(tuán)c-fos基因的表達(dá)。應(yīng)氏在沙鼠急性全腦缺血的基礎(chǔ)上,觀察了電針“風(fēng)府”、“筋縮”(7Hz,6mA,30min)對(duì)海馬各區(qū)c-fos蛋白表達(dá)及神經(jīng)元細(xì)胞形態(tài)的影響。結(jié)果表明電針能明顯加強(qiáng)急性全腦缺血海馬各區(qū)c-fos蛋白的表達(dá),以對(duì)缺血比較敏感的海馬CA1區(qū)尤為明顯。許氏用弗氏完全佐劑復(fù)制了實(shí)驗(yàn)性類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA),電針懸鐘、昆侖穴,觀察電針對(duì)RA大鼠海馬中c-fos基因表達(dá)的影響。結(jié)果顯示:正常組FLI陽性細(xì)胞數(shù)很少,幾乎沒有;模型組較正常組多(P<0.01),說明炎癥痛模型FLI陽性細(xì)胞數(shù)上升;電針組較模型組少(P<0.05),提示電針可以抑制炎癥痛模型FLI陽性細(xì)胞的表達(dá),使FLI陽性細(xì)胞數(shù)減少。王氏采用Wistar大鼠,線栓法制作腦局部缺血再灌流動(dòng)物模型,觀察了電針對(duì)缺血側(cè)額葉、頂葉及海馬各區(qū)內(nèi)c-fosmRNA表達(dá)及神經(jīng)元組織形態(tài)學(xué)改變的影響。結(jié)果表明:電針能明顯增強(qiáng)上述各區(qū)c-fosmRNA的表達(dá)。閆氏先在大鼠臀部皮膚注射甘氨酸受體拮抗劑士的寧,而后電針解溪穴,觀察了電針對(duì)大鼠脊髓背角Fos蛋白表達(dá)的影響。結(jié)果顯示:皮下注射士的寧30min后電針解溪穴,可在脊髓L5、T1～5、C8各節(jié)段出現(xiàn)較多的FLI神經(jīng)元,以L5節(jié)段最多,向上各節(jié)段呈遞減趨勢(shì)。FLI標(biāo)記細(xì)胞最密集區(qū)域出現(xiàn)在同側(cè)背角Ⅱ、Ⅲ層,Ⅳ層亦有少量分布。血管性癡呆大鼠學(xué)習(xí)記憶的改善與c-fos基因的表達(dá)上升有明顯關(guān)系。張氏制備了血管性癡呆(VD)大鼠模型,針刺腦、脊耳穴后采用原位雜交技術(shù)檢測。結(jié)果:對(duì)照組大鼠CA1區(qū)有少量c-fosmRNA神經(jīng)元表達(dá),雜交信號(hào)較弱;VD模型組上述腦區(qū)c-fosmRNA陽性神經(jīng)元信號(hào)增強(qiáng),但數(shù)量仍然不多;耳針治療組陽性細(xì)胞信號(hào)增強(qiáng),數(shù)量上升。光密度測定:VD模型組較耳針治療組差異極顯著(P<0.001)。陳氏研究了手針和電針刺激右“腎俞”穴誘導(dǎo)的c-fos在下丘腦室旁核(PVN)中的表達(dá),并對(duì)PVN及其各部c-fos陽性神經(jīng)元(FLN)密度進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:電針組優(yōu)于手針組,電針組同側(cè)優(yōu)于對(duì)側(cè),手針組對(duì)側(cè)優(yōu)于同側(cè)。Tsogoev的研究也表明:針刺后痛閾上升(P<0.001),淋巴細(xì)胞及腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞的PPENK及c-fos基因表達(dá)針刺組的信號(hào)均強(qiáng)于其他各組(P<0.001),提示針刺可立即且同時(shí)誘導(dǎo)c-fos基因和PPENK的表達(dá),且這兩種基因的