作者在Clk1+/−突變小鼠的前額葉皮層（PFC）中觀察到樹(shù)突棘密度的選擇性降低，而在海馬（HIP）中則未見(jiàn)此現(xiàn)象。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）的表達(dá)在PFC中亦顯著下降，但在海馬中無(wú)明顯變化。進(jìn)一步研究顯示，Clk1+/−突變小鼠的PFC中ERK/CREB信號(hào)通路受損，這可能是Clk1突變導(dǎo)致BDNF表達(dá)下調(diào)及樹(shù)突形態(tài)改變的潛在機(jī)制。連續(xù)7天腹腔注射抗精神病藥物阿立哌唑或利培酮可完全逆轉(zhuǎn)Clk1突變所引起的再認(rèn)記憶缺陷。本研究首次提供了證據(jù)，闡明了線粒體Clk1在調(diào)控再認(rèn)記憶中的重要作用并為深入探究線粒體功能在學(xué)習(xí)與記憶中的機(jī)制提供了一個(gè)具有啟發(fā)性的動(dòng)物模型。
圖一 Clk1缺失導(dǎo)致再認(rèn)記憶障礙
作者使用野生型同窩小鼠和Clk1+/−突變小鼠來(lái)評(píng)估部分缺失Clk1對(duì)行為的影響。
與先前報(bào)道一致，野生型和Clk1+/−突變小鼠在基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)活性（曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，VisuTrack軟件，上海欣軟）方面沒(méi)有差異；同樣，社交互動(dòng)測(cè)試、強(qiáng)迫游泳測(cè)試、懸尾測(cè)試以及前脈沖抑制實(shí)驗(yàn)在雄性和雌性Clk1+/−突變小鼠中均未發(fā)生改變。
隨后進(jìn)行了新物體識(shí)別和新臂識(shí)別測(cè)試以評(píng)估Clk1+/−突變小鼠的再認(rèn)記憶表現(xiàn)。在新物體識(shí)別測(cè)試中，雄性和雌性Clk1+/−突變小鼠對(duì)新物體的探索時(shí)間均明顯少于野生型同窩小鼠。同樣，在新臂識(shí)別測(cè)試中，Clk1+/−突變小鼠探索新臂的時(shí)間更短，進(jìn)入新臂的次數(shù)也更少。
這些結(jié)果表明，Clk1缺失會(huì)導(dǎo)致雄性和雌性小鼠出現(xiàn)特異性的再認(rèn)記憶障礙。
圖二 Clk1缺失導(dǎo)致前額葉皮層樹(shù)突棘密度降低
前額葉皮層特定神經(jīng)環(huán)路的激活對(duì)再認(rèn)記憶至關(guān)重要。內(nèi)側(cè)前額葉皮層的正常功能依賴(lài)于錐體神經(jīng)元中涉及樹(shù)突棘的突觸連接。樹(shù)突棘密度的改變已被證實(shí)與精神分裂癥等精神疾病中的再認(rèn)記憶障礙相關(guān)。
值得注意的是，Clk1+/−突變小鼠在表現(xiàn)出再認(rèn)記憶障礙的同時(shí)，其前額葉皮層神經(jīng)元的樹(shù)突棘密度顯著降低，而在海馬神經(jīng)元中則未見(jiàn)此變化。
這表明Clk1缺失會(huì)選擇性地降低前額葉皮層的樹(shù)突棘密度。
圖三 阿立哌唑和利培酮的給藥挽救Clk1+/−突變小鼠受損的再認(rèn)記憶
BDNF在維持神經(jīng)元存活、生長(zhǎng)、神經(jīng)可塑性和分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。BDNF水平的降低與精神分裂癥密切相關(guān)，研究表明精神分裂癥患者腦內(nèi)BDNF水平顯著低于健康個(gè)體。
鑒于這一關(guān)聯(lián)，作者探討了抗精神病藥物阿立哌唑和利培酮是否能夠挽救Clk1+/−突變小鼠的再認(rèn)記憶障礙。在第0天，所有三組小鼠在新臂識(shí)別測(cè)試后均接受腹腔注射生理鹽水。與之前結(jié)果一致，只有野生型小鼠表現(xiàn)出對(duì)新臂更長(zhǎng)的探索時(shí)間，而Clk1+/−突變小鼠則無(wú)此偏好。隨后，Clk1+/−突變小鼠連續(xù)7天每天接受一次阿立哌唑或利培酮治療，而野生型小鼠則給予生理鹽水。分別在給藥后第1天和第7天通過(guò)新臂識(shí)別測(cè)試評(píng)估再認(rèn)記憶。兩種藥物在連續(xù)給藥7天后均顯著改善了Clk1+/−突變小鼠的再認(rèn)記憶，其中阿立哌唑起效更快，在給藥24小時(shí)內(nèi)即已改善再認(rèn)記憶。
此外，兩種藥物均逆轉(zhuǎn)了ERK和CREB磷酸化水平的下降，并恢復(fù)了Clk1+/−突變所導(dǎo)致的樹(shù)突棘密度減少。
圖四 Clk1+/−突變小鼠再認(rèn)記憶障礙示意圖
本研究首次揭示Clk1通過(guò)調(diào)控線粒體功能影響再認(rèn)記憶，Clk1+/−小鼠可作為研究線粒體-認(rèn)知關(guān)聯(lián)及藥物篩選的有效模型；同時(shí)發(fā)現(xiàn)抗精神病藥阿立哌唑和利培酮可通過(guò)恢復(fù)ERK/CREB-BDNF通路和樹(shù)突棘密度改善其記憶缺陷，為認(rèn)知障礙治療提供了新機(jī)制與潛在靶點(diǎn)。
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