大鼠腦中c-fos基因的表達及功能

c-fos基因是立即確認基因序列的成員。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號染色體長臂(14q21～31),長度約為3.5kb的DNA,有4個外顯子和3個內(nèi)含子組成;其轉(zhuǎn)錄形成的c-fosmRNA長度為2.2kb,有380個氨基酸組成的細胞核內(nèi)磷酸化蛋白質(zhì)Fos。c-fos基因表達的核蛋白Fos是細胞轉(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所表達的核蛋白Jun形成異源二聚體復合物,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)復合物,可被基因啟動因子或增強因子序列識別并結(jié)合,從而參與細胞的生長、分化等一系列病理生理過程,起到第三信使的作用;并參與信號傳遞系統(tǒng)中各效應酶的轉(zhuǎn)錄過程,調(diào)控其他有多種基因表達的靶蛋白的合成。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,出現(xiàn)于許多核團(可能與機體的基礎(chǔ)代謝以及內(nèi)臟、軀體功能活動、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、機械外傷等不良應激條件下,c-fos基因的表達顯著上升;而在針灸、藥物、康復鍛煉等良性應激條件下,c-fos基因的表達明顯下降,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基因的表達具有不完全相同的特點,有以下幾方面。1前腦結(jié)構(gòu)內(nèi)c-fos陽性神經(jīng)元大鼠屬于嗅敏動物,它的嗅腦和邊緣系統(tǒng)相當發(fā)達,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后灌注固定處死動物,發(fā)現(xiàn)中樞系統(tǒng)內(nèi)c-fos蛋白標記十分廣泛,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)也有廣泛標記,上丘深層、下丘及腦橋核等為強標記。強烈的聲音刺激能夠引起聽源性驚厥。陳氏用免疫細胞化學法結(jié)合體視學分析,研究了Wistar種系的聽源性驚厥易感大鼠(P77PMC)驚厥和點燃后,前腦結(jié)構(gòu)內(nèi)c-fos表達的差異;結(jié)果顯示:正常Wistar大鼠接受一次強音刺激后,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,糖精水在學習組大鼠的下丘腦、杏仁核、邊緣皮質(zhì)誘發(fā)出c-fos表達,而非學習組在這些區(qū)域沒有或少量表達。2c-fos基因表達下丘腦作為生命調(diào)節(jié)的中樞,調(diào)控著多種生理功能和生命過程。阮氏將大鼠分成實驗組(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)核表達最為強烈,乳頭體前核、下丘腦后核有中等強度的表達,視上核偶有表達。袁氏用寒冷刺激,觀察大鼠下丘腦核團c-fos基因表達蛋白的變化。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基因強陽性反應。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基因反應較淺的小神經(jīng)元。許氏觀察了水浸束縛復合應激源與電擊足底單一應激源誘導的大鼠腦內(nèi)Fos表達。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、腦干等許多核團內(nèi)Fos表達。胡氏觀察了大鼠電驚厥后不同時程中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的c-fos基因表達。結(jié)果發(fā)現(xiàn):c-fos基因表達于電驚厥后30min開始,2h達高峰,4h后逐漸下降,12h基本恢復正常;Fos陽性神經(jīng)元呈對稱性分布,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,表達程度最強,恢復也最慢。3損傷后c-fos基因表達變化外傷作為一種傷害性刺激,也影響c-fos基因表達。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物模型,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)打擊傷神經(jīng)細胞c-fos基因表達在傷后5min即出現(xiàn),1d后在同側(cè)腦皮質(zhì)中消失,同時還發(fā)現(xiàn)海馬中c-fos基因表達在損傷后30min、1h和3h有明顯增加。Hasegawa還發(fā)現(xiàn)c-fos表達有一定的時間依從性。在腦缺乏氧實驗開始至結(jié)束(30min),c-fos表達就有明顯表達,相對密度(RelativeIntensity,RI)達78%左右,1h為85%左右,4h幾乎達到100%,在6h時開始下降,RI值為55%左右,8h降至50%左右。4學習記憶模型研究表明,原癌基因及其蛋白產(chǎn)物不僅參與細胞的正常生長、分化及神經(jīng)功能的可塑性變化過程,而且作為核內(nèi)信使參與細胞內(nèi)的信息傳遞過程,在生命活動中起著極為重要的作用。大量事實表明,學習記憶過程與腦內(nèi)c-fos基因的表達密切相關(guān)。由學習記憶所誘導的c-fos基因表達在腦內(nèi)廣泛分布,以皮層、海馬和邊緣系統(tǒng)為多,依學習記憶訓練模型的不同,其表達時程有所差異,但一般于訓練后立即或30min左右出現(xiàn),1～2h左右達峰值。被動和主動回避訓練、光辨別訓練及味覺厭惡性條件反射訓練等多種學習記憶模型均可誘導腦內(nèi)c-fos基因的表達。Anokhin等率先進行了學習記憶與c-fos表達之間關(guān)系的研究。研究表明雛鳥在受到外界刺激時,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訓練小雞30min后,c-fosmRNA含量是非訓練的2～2.5倍。若在訓練中閉合單眼,則導致睜眼的前腦內(nèi)側(cè)出現(xiàn)c-fos基因不對稱的表達。提示腦中c-fos基因表達與新行為(經(jīng)驗)有關(guān)。Tischmeyer在足底電休克性光辨別訓練大鼠時發(fā)現(xiàn),海馬組織可誘導c-fos基因早期、短暫的表達。高峰期在受訓后30min出現(xiàn),在隨后2h又恢復到基礎(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,再施與獎勵進行強化,受訓大鼠在學習后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基因表達的影響在不同應激源所致的應激狀態(tài)下,機體的免疫系統(tǒng)發(fā)生了顯著的變化,如NK細胞毒活性下降,白細胞數(shù)量和活性發(fā)生變化,補體的數(shù)量和活性發(fā)生變化等,使機體對自我的保護能力明顯下降。同時c-fos基因表達水平發(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)控其他基因的表達和產(chǎn)物的生成,將短暫的外環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化成為機體長期的反應。AP-1可以和阿片肽前體基因的增強子結(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,進而對機體的免疫功能進行調(diào)控。不同的針灸形式如電針、手針、耳針、頭針等都可以對不同應激狀態(tài)c-fos基因的表達產(chǎn)生不同程度的影響。有研究證實電針刺激動物,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,繼之出現(xiàn)前腦啡肽基因表達,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)得到了眾多的實驗證明。針灸可以通過調(diào)節(jié)c-fos基因的表達而調(diào)節(jié)內(nèi)源性阿片肽進而達到調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)的目的,從而使機體恢復生理平衡狀態(tài)。王氏運用RNA斑點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大鼠c-fosmRNA表達的影響。結(jié)果表明電針和福爾馬林刺激后均可誘發(fā)c-fosmRNA表達增強。嗎啡能明顯抑制福爾馬林誘導c-fosmRNA表達,而對電針誘導的c-fosmRNA表達無明顯影響,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,并觀察了電針夾脊穴對c-fos基因表達的影響。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。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”對創(chuàng)傷痛情況下原癌基因c-fos表達的影響。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,其表達產(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誘發(fā)的脊髓原癌基因表達有關(guān)。阮氏以佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠作為病理性慢痛的實驗模型,觀察鞘內(nèi)注射生長抑素及電針“夾脊穴”對病理性慢痛情況下c-fos原癌基因表達的影響。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,接種后24h同側(cè)脊髓內(nèi)出現(xiàn)大量FLI細胞,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,電針后c-fos基因在CA1區(qū)的表達明顯減少,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c-fos基因的表達。應氏在沙鼠急性全腦缺血的基礎(chǔ)上,觀察了電針“風府”、“筋縮”(7Hz,6mA,30min)對海馬各區(qū)c-fos蛋白表達及神經(jīng)元細胞形態(tài)的影響。結(jié)果表明電針能明顯加強急性全腦缺血海馬各區(qū)c-fos蛋白的表達,以對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制了實驗性類風濕性關(guān)節(jié)炎(RA),電針懸鐘、昆侖穴,觀察電針對RA大鼠海馬中c-fos基因表達的影響。結(jié)果顯示:正常組FLI陽性細胞數(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陽性細胞的表達,使FLI陽性細胞數(shù)減少。王氏采用Wistar大鼠,線栓法制作腦局部缺血再灌流動物模型,觀察了電針對缺血側(cè)額葉、頂葉及海馬各區(qū)內(nèi)c-fosmRNA表達及神經(jīng)元組織形態(tài)學改變的影響。結(jié)果表明:電針能明顯增強上述各區(qū)c-fosmRNA的表達。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,觀察了電針對大鼠脊髓背角Fos蛋白表達的影響。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。FLI標記細胞最密集區(qū)域出現(xiàn)在同側(cè)背角Ⅱ、Ⅲ層,Ⅳ層亦有少量分布。血管性癡呆大鼠學習記憶的改善與c-fos基因的表達上升有明顯關(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:對照組大鼠CA1區(qū)有少量c-fosmRNA神經(jīng)元表達,雜交信號較弱;VD模型組上述腦區(qū)c-fosmRNA陽性神經(jīng)元信號增強,但數(shù)量仍然不多;耳針治療組陽性細胞信號增強,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”穴誘導的c-fos在下丘腦室旁核(PVN)中的表達,并對PVN及其各部c-fos陽性神經(jīng)元(FLN)密度進行了比較。結(jié)果表明:電針組優(yōu)于手針組,電針組同側(cè)優(yōu)于對側(cè),手針組對側(cè)優(yōu)于同側(cè)。Tsogoev的研究也表明:針刺后痛閾上升(P<0.001),淋巴細胞及腎上腺髓質(zhì)細胞的PPENK及c-fos基因表達針刺組的信號均強于其他各組(P<0.001),提示針刺可立即且同時誘導c-fos基因和PPENK的表達,且這兩種基因的