论文摘要
虽然过量紫外线照射与多种皮肤病有关,但适量的紫外线照射对人体健康是有益的。例如,一种来自阳光的辐射能UVB光照射皮肤后,可促进皮肤中维生素D的生成。紫外线目前已被用于治疗某些疾病,如银屑病、特应性皮炎、湿疹、皮肤T细胞淋巴瘤、白癜风和尿毒症瘙痒症。有趣的是,紫外线照射不仅会引起机体外周系统的效应,还与中枢神经系统相关的神经行为有关。适量的紫外线照射已经被证明会影响情绪、成瘾、认知和记忆。长期接受紫外线辐射可导致生物体皮肤或血液中蛋白质,多肽和小分子水平的改变,如黑色素,β-脑啡肽,维生素D和一氧化氮。越来越多的证据表明,紫外线照射引起的外周系统如血液中化学物质的变化可能会影响大脑。例如,紫外线照射可提高皮肤细胞的β-脑啡肽水平,β-脑啡肽可能穿过血脑屏障介导紫外线引起的小鼠阿片类物质相关的镇痛效应和诱导成瘾。然而,目前我们对紫外线诱导神经行为改变的分子和细胞机制仍知之甚少。在本研究中,我们发现适量的紫外线照射能够提高小鼠血液中尿刊酸（UCA）的含量,并且UCA可以透过血脑屏障进入脑内。据报道,UCA只存在于外周系统,如皮肤、肝脏、血液和尿液。在哺乳动物肝脏和其他外周组织中,UCA是将组氨酸转化为谷氨酸的中间体。单细胞质谱技术是在单细胞水平上研究大脑代谢途径的一个十分有效的方法。我们利用单细胞质谱技术结合同位素标记方法揭示了一种神经元内新代谢途径,神经元可将经紫外线照射后产生的大量UCA转化为谷氨酸,从而导致神经元内谷氨酸的大量合成。而合成的大量谷氨酸被超量装载进谷氨酸突触囊泡,并在运动皮质和海马的谷氨酸能突触末梢大量释放。与运动皮质和海马谷氨酸通路相关的行为,如小鼠的运动学习和新物体识别记忆,也在紫外照射后得到增强。所有紫外线照射引起的小鼠代谢、电生理和行为效应都可以通过静脉注射UCA的方法来重现,而利用特异的抑制剂或shRNA抑制尿刊酸酶活性则可以减弱这些效应。综上所述,本研究揭示了脑内神经元中一种新的谷氨酸生物合成途径,它可能参与了一些阳光诱导的神经行为变化。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论 1.1 光照对动物的影响 1.2 谷氨酸 1.2.1 简介 1.2.2 谷氨酸代谢 1.2.3 谷氨酸受体 1.2.4 谷氨酸转运体 1.2.5 谷氨酸的生理功能 1.3 学习和记忆 1.3.1 简介 1.3.2 学习的分类 1.3.3 记忆的分类 1.3.4 遗忘与遗忘症 1.3.5 学习和记忆的神经机制 1.3.6 影响学习和记忆的因素 1.3.7 研究学习和记忆的范式 1.3.8 阿尔茨海默病及其治疗手段 1.4 选题目的和主要研究内容第二章 实验材料和方法 2.1 实验材料 2.1.1 细胞株 2.1.2 实验动物 2.1.3 主要药品及试剂 2.2 实验方法 2.2.1 UVB照射 2.2.2 小鼠血清和脑脊液（CSF）制备 2.2.3 脑切片准备 2.2.4 电生理记录 2.2.5 单神经元质谱分析13C-同位素示踪实验'> 2.2.613C-同位素示踪实验 2.2.7 UCA的校准曲线 2.2.8 慢病毒生产和转导 2.2.9 RNA干扰 2.2.10 突触体制备 2.2.11 蛋白免疫印迹实验 2.2.12 脑组织制备和免疫组化 2.2.13 荧光原位杂交（FISH）实验 2.2.14 磁共振成像实验 2.2.15 立体定位手术,置管和显微注射 2.2.16 免疫荧光实验 2.2.17 转棒运动学习实验 2.2.18 新物体识别实验 2.2.19 量化和统计分析第三章 实验结果 3.1 利用单细胞质谱技术发现神经元代谢物尿刊酸 3.2 紫外线照射可提高脑内UCA水平 3.2.1 UVB照射可提高小鼠血清,CSF和单个神经元中UCA水平 3.2.2 UVB照射对小鼠脑内神经元中UCA水平的提升是可逆的 3.2.3 i.v.UCA可提高小鼠血清,脑脊液和单神经元中的UCA水平 3.2.4 小鼠不同脑区神经元对UCA等药物的膜通透性研究 3.3 HIS-UCA-GLU:神经元中新的谷氨酸生物合成途径 3.3.1 神经元HIS-UCA-GLU代谢途径中代谢物检测 3.3.2 单细胞质谱技术结合同位素标记验证神经元中HIS-UCA-GLU代谢途径 3.3.3 脑内神经元中含有HIS-UCA-GLU代谢途径中的合成酶 3.3.4 抑制尿刊酸酶活性可下调脑内神经元HIS-UCA-GLU的代谢水平 3.3.5 尿刊酸酶抑制剂对神经元活性没有明显影响 3.4 UVB照射促进小鼠脑内GLU生物合成 3.5 UVB照射增强小鼠脑内谷氨酸能突触传递 3.5.1 UVB照射增强小鼠HPC CA3-CA1谷氨酸能突触传递2-DS谷氨酸能突触传递'> 3.5.2 UVB照射增强小鼠M2-DS谷氨酸能突触传递 3.6 UVB照射可通过脑内UCA-GLU代谢途径改善小鼠运动学习能力和物体识别记忆 3.6.1 UVB照射可通过脑内UCA-GLU代谢途径改善小鼠运动学习能力 3.6.2 UVB照射可通过脑内UCA-GLU代谢途径改善小鼠物体识别记忆 3.6.3 UVB照射对不同性别小鼠具有类似的效应第四章 讨论和小结附录一 主要仪器设备附录二 常规试剂附录三 主要溶液配制附录四 常规实验方法参考文献致谢在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王宁
导师: 熊伟
关键词: 尿刊酸,谷氨酸,紫外线,阳光,学习,记忆
来源: 中国科学技术大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学
单位: 中国科学技术大学
分类号: Q42
总页数: 97
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