[背景]中枢神经系统大部分结构内的神经元及其纤维成层排列,尤以大脑皮质、小脑皮质和海马(Hippocampus)最为明显。这种层状结构对中枢神经系统完成其功能非常重要。神经科学主要是探讨大脑对信息如何存储,如何检索。目前研究显示经验依赖性变化在大脑中编码信息的存储和突触可塑性导致了行为的记忆。神经元可塑性和学习与记忆的关系是研究重点,神经元如何形成神经网络调控主要是在神经系统的发育阶段。摇晃蛋白(Reelin)是一种分泌型细胞外基质蛋白,主要分布在皮层、小脑、海马等中枢神经系统中。缺乏摇晃蛋白的突变小鼠被称为摇晃小鼠(Reeler),这种小鼠不仅失去中枢神经系统结构并且神经元迁移也发生错误,造成认知障碍,表现出受损的突触连接。值得注意的是,摇晃小鼠海马结构中齿状回的颗粒细胞没有形成密集颗粒细胞层,而是散乱分布于整个齿状回,在分子层中的颗粒细胞树突发育方向呈现杂乱无章的状态。本研究旨在探讨齿状回颗粒细胞树突的发育和树突棘的生成过程:如树突长度、体积、树突分枝、树突分枝角度和树突棘不同类型的变化。树突棘是突触产生的重要结构单元,树突棘形态学和动力学的改变都与突触可塑性有密切关系。长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)通常伴有树突棘明显变化。在以往研究中发现体内发育和器官型脑片发育具有同步性,因此以器官型脑片为研究对象,观察齿状回的颗粒细胞树突和树突棘的发育情况。[目的]为了研究摇晃蛋白对颗粒细胞树突发育的影响,描绘颗粒细胞树突发育树枝状形态、树突分支间最大角度、树枝状分枝长度和方向以及树突棘的变化。本研究分别对野生型和摇晃小鼠的同一颗粒细胞进行延时成像观察和三维重建,揭示摇晃蛋白与神经元迁移和发育的关系。[方法](1)以器官型脑片培养为研究模型,首次利用双光子显微镜和高速双转盘共聚焦显微镜对同一颗粒细胞在发育过程中树突和树突棘的生长及发育进行活体动态观察。利用出生后7天的Thy1-GFP转基因小鼠(野生型和摇晃小鼠)的海马器官型脑片活体显微成像记录25天,分别观察各组同一个颗粒细胞的树突、树突棘的发育,同时使用Imaris软件处理进行3D重构和分析。(2)利用POMC-EGFP转基因小鼠,记录野生型小鼠和摇晃小鼠的新生颗粒细胞迁移发育情况,观察同一个神经元细胞迁移发育以及摇晃蛋白引起颗粒细胞树突分支的动态过程。[结果]本研究首次通过双光子显微镜和双转盘共聚焦显微镜对颗粒细胞树突和树突棘进行延时成像观察,揭示了摇晃蛋白对颗粒细胞树突发育、树枝状形态、树突分支最大角度、树枝状分枝长度与方向以及树突棘的影响。证明这是研究神经元发育的良好方法。通过对比野生型小鼠和摇晃小我们发现:(1)摇晃蛋白具有能够增加颗粒细胞树突复杂性,同时增加树枝状分鼠齿状回颗粒细胞的发育,枝数目的作用。(2)摇晃蛋白影响定向树突分支间最大角度。(3)与野生型小鼠相比,摇晃小鼠齿状回颗粒细胞树突棘中蘑菇型树突棘数量较少,而野生型则表现出以粗短型树突棘为主的分布模式。(4)摇晃蛋白影响颗粒细胞树突发育、树突分支的数量、长度和树突棘的数量。(5)摇晃蛋白促进新生颗粒细胞迁移和分支。