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维生素A与脑发育
  进入论坛 来源: 发布者:中国狗万怎么扫码支付_狗万 大额提款_狗万代理客服电话 发布时间:2008-5-18 阅读:5237次  

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毛春婷、李廷玉(重庆医科大学儿童医院,重庆400014)


维生素A (Vitamin A,VA)是人体必需的重要微量营养素,它在人体的视觉、免疫、生长发育及细胞分化等方面发挥广泛的生理学效应,VA的作用主要通过其体内活性代谢产物视黄酸(RA)介导二大类视黄酸核受体RARs (α、β、γ)和RXRs (α、β、γ)调控靶基因表达。近年来,VA对胚胎和生后脑发育及功能的重要作用日益受到重视,本文就VA对脑发育及学习记忆功能的研究综述如下。 

1维生素A对脑发育的影响 

神经系统起源于神经外胚层,由神经管和神经嵴分化而成,人胚第3周末,胚胎背面正中部外胚层在脊索的诱导下形成神经板,以后发育为神经管。人胚第4周,神经管的头端膨大发育成为脑,其余部分仍保持管状,发育为脊髓。神经板的进一步分化,由两个信号系统调控,一个信号系统调控前后(anter-popsterior A-P)模式的建立,另一信号系统沿背腹(dorsal-ventral ,D-V)轴调控神经细胞的分化。

1. 1维生素A与脊索和底板的极化诱导作用

极化活性带(zone of polarizing activity,ZPA)是胚胎发生过程中肢芽后部间充质的一个特定区域,能确定前后(A-P)轴极性。ZAP中含有丰富的RA,因此RA极可能是控制肢芽发育前后轴极性的信号分子[1,2] 。Yamada 等发现鸡胚的神经板阶段,神经上皮受来自底板和脊索的极化信号的调控,沿头尾轴区域分化形成前部的前脑、中脑及后部的菱脑、脊髓 [1]。另外,底板细胞内视黄醇结合蛋白(cellular retinal binding protein,CRBP)的表达水平比神经管其他区域高得多,推测RA可能直接影响发育中的中枢神经系统细胞的分化模式[2]。

1. 2维生素A与神经嵴的发育

神经嵴是神经沟形成时神经板的柱状细胞与一般外胚层细胞相互移行处的细胞索。研究发现神经嵴细胞的分离培养中加入RA能影响其存活、分化和移行行为。RA使神经嵴细胞来源的胚胎交感神经元表现出活性增强和轴突外生;使神经嵴细胞的衍化物背根神经节细胞出现轴突生长[3]。Maden等发现VA缺乏的鹌鹑胚胎,起源于菱脑原节6、7水平的神经嵴细胞消失,其他部位的神经嵴细胞迁移于菱脑区后,也大范围死亡[4],表明神经嵴细胞的正常发育和存活需要RA。

1. 3维生素A与菱脑发育

菱脑是大脑发育过程中的过渡结构,也是神经系统中对RA最敏感的区域[5]。VA缺乏的鹌鹑胚胎,用HoxA2、HoxB1等基因的表达模式作为标志,发现菱脑原节4~8的分节被破坏且菱脑原节4和5缺失[4]。White等发现VA缺乏的SD大鼠于妊娠12.5d,胚胎发育出现肉眼可见的异常,最明显的缺陷位于菱脑区,表现为大量后侧颅神经(Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ)和后部咽弓的缺失及异位耳泡的出现和肿胀的前置主静脉[6] 。故胚胎形成过程中需要RA参与尾部的菱脑及其相关结构的发育[3]。近期的研究还发现,RA的作用可能建立能授予菱脑原节特殊性质基因表达的头尾区域。

1. 4维生素A与小脑

小脑对RA有天然反应性,RA在适当的时间和浓度对小脑发育具有生理学作用[7]。小脑本身表达RA合成酶—— —视黄醛脱氢酶(RALDH-2)水平低,它的RA主要由富含RALDH-2的第4脑室脉络丛提供[8]。大鼠小脑细胞的体外培养发现,脉络丛和RA都有促进小脑轴突生长的作用,脉络丛的RA合成酶出生后开始增长的时间与小脑内RARγ受体表达高峰相对应,也正好与颗粒细胞分化和从中间颗粒层迁移出的时间一致[9] 。

1. 5维生素A与中脑的发育

中脑,尤其是纹状体,是多巴胺(DA)能神经元存在的区域。在大鼠胚胎17d的纹状体细胞培养基中加入1×10~5molL的RA,能显着提高DA受体(D2R)的mRNA水平[10]。RA受体异二聚体的双重突变使纹状体DA受体1(D1R)和D2R基因转录水平下降30%~40%,且其他DA受体及神经递质传导通路也受到影响,致小鼠运动障碍[11]。Nurro l是发育中的中脑DA神经元形成和具有活性的关键蛋白,它通过与RXR形成二聚体发挥促进信号传导的作用,对DA能神经元的标志物———醛脱氢酶的合成有重要作用[12]。因此,对于发育中的DA神经元,RA可能起着激活[20]RXR-Nurro1异二聚体的作用。
中脑DA能神经元对运动、行为、情感和垂体激素的释放具有重要作用。许多疾病,例如智能迟缓(MR)、帕金森病、精神分裂症等都与DA分泌过多或过少密切相关[10,12~14]。Krezel 等发现,在空地实验中,RARβ-RXRβRARβ-RXRγ和RXRβ-RXRγ突变小鼠与对照组相比,其向前运动能力明显下降,并且40%的RARβ-RXRβ突变小鼠同时表现出向后运动障碍。用旋转实验测定发现RARγ、RARβ-RXRβ和RARβ-RXRγ突变小鼠的运动协调能力降低,大多数在旋转开始不久即从旋转柱上落下[11] ,因此提出由于RA受体在中枢神经系统广泛分布,许多脑功能可能由RA信号调节,而这些信号的改变参与了一些疾病(帕金森病、精神分裂症等)的发生。
2VA对学习记忆功能的影响
脑的重要功能之一——学习记忆功能是人们最为关注的,目前广大学者公认长时程增强(long -term potentiation,LTP)是突触可塑性的标志,是神经系统存贮信息最基本的机制,认为LTP是在突触水平研究哺乳动物学习记忆功能的模型[15]。
海马皮质含有的RA占大脑RA总量的27.2±2.9%,居首位[16]。同时海马也是RA合成活力非常强的区域[17]。由此推测,RA在海马的功能中具有重要作用。
Cocco发现维生素A缺乏(VAD)的成年鼠,海马乙酰胆碱递质分泌减少,海马CA1区有核细胞数减少,LTP明显改变,空间学习记忆功能严重缺陷,用饲料给予足量维生素A补充后,LTP得以恢复,学习记忆障碍也可完全恢复[18];若给予孵育脑片的人工脑脊液(ACSF)中加入1×10-7 mol/L RA,则4h后,LTP的诱发恢复正常,提示控制LTP和LTD的基因是RA依赖的[19]。本课题组最近发现在VAD幼鼠脑片的ASCF中加入RA,能明显提高LTP诱发率,对VAD组幼鼠海马脑片的ACSF只加入铁剂,LTP的诱发率没有改变,在VA充足组幼鼠海马脑片的ACSF加入RA受体拮抗剂SR11335,其LTP的诱发率显着降低。由此可认为RA对LTP的作用是直接的,不是通过铁的间接作用。
Chiang用基因敲除技术发现RARβ敲除鼠会致海马CA1区LTP和长时程抑制(long -term depres-sion,LTD)消失,随之,学习记忆功能明显下降;RXRγ敲除鼠LTD消失而LTP正常[20],Etchamendy 发现成年小鼠VAD时,小鼠海马的RARβ、RXRβ/γmRNAs 降低25%~30%,同时其空间学习记忆功能也明显下降[21]。提示VA对维持LTP和LTD有重要的作用。本课题组前期研究发现孕鼠边缘性VA缺乏(MVAD)虽对新生鼠的体重、脑重、脑蛋白质含量、脑细胞增殖周期无明显影响,但视黄酸受体发育已受到损害,表现为RARβ、RXRβ和Hoxa1、Hoxb1的表达明显降低[22];从胚胎始到出生后7周一直边缘性VA缺乏(MVAD)的幼鼠脑发育及脑功能受损,表现为学习记忆能力下降(跳台实验)、脑组织蛋白质含量下降、海马神经细胞间突触数量减少、突触小泡减少、海马星形胶质细胞增生和变性等方面,脑细胞RARβ和RXRβ的表达降低[23]。
VA对海马的发育及对其功能的影响机制目前尚不完全确定,有各种推测,本课题组从与LTP形成直接相关的两种基因:神经颗粒素(neurog ranin,RC3)[24]和转谷氨酰胺酶(transg lutaninase,tTG)[21]入手,发现4周和7周龄的MVAD大鼠海马RC3和tTG mRNA与RARβ、RXRβ、RXRγmRNA同步降低,与VA充足组有显着差异,LTP的诱发率及行为学测试(穿梭实验)的结果也提示MVAD大鼠的学习记忆功能明显低于VA充足组。因此,VA可能通过其核受体调控靶基因RC3和tTG的转录,从而影响LTP的产生,致学习记忆功能的改变。
3小结 
VA是人体必需的微量营养素,对机体的正常生长发育有重要作用,尤其是对于大脑发育和学习记忆功能具有举足轻重的作用。摄入足够量的VA是维系健康、拥有聪明的大脑的前提。
参考文献:
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