5,7-雙羥色胺損毀大鼠中縫背核對內側前額葉皮層錐體神經元電活動的影響*

西安醫學院病理生理學教研室(西安 710021)

王 爽 高 捷▲ 蘇興利 郭玉芳 霍 健 王 湘 曾 文△

內側前額葉皮層(mPFC)的功能失調能夠導致多種神經精神疾病,5-HT功能的改變也與情感障礙有關。而且,5-HT通路已被證明是許多抗抑郁癥治療的關鍵靶點。重要的是,mPFC的功能失調總伴有腦內 5-HT的異常。研究發現,mPFC與中縫背核(DRN)和中縫中核(MRN)具有廣泛的交互纖維聯系,并且與許多腦的高級功能密切相關。神經解剖學研究證明 mPFC接受大量來源于 DRN和 M RN的 5-羥色胺(5-HT)神經傳入[1]。另外,m PFC中還存在有高密度的 5-HT轉運體和多種類型的 5-HT受體表達,如 5-HT1A、5-HT2A、5-HT1B、5-HT3、5-HT4、5-HT6和 5-HT7等受體,這些受體亞型對于 m PFC中神經元的活動起著不同的調節作用[2]。比如 5-HT1A受體通過 G蛋白和K+離子通道相耦聯,使神經元超極化,從而抑制神經元的電活動。而 5-HT2A受體則增加神經元的興奮性。然而 5,7-雙羥色胺(5,7-DHT)損毀大鼠 DRN后內側前額葉皮層(mPFC)中錐體神經元放電頻率和放電形式的變化卻并不十分清楚。因此,我們將以 5,7-DHT DRN損毀大鼠為研究對象,采用神經電生理學方法,觀察 mPFC中錐體神經元的電活動改變。

材料和方法

1 動物和藥品 雄性 SD大鼠 23只,體重 240～330 g,由西安交通大學醫學院實驗動物中心提供。大鼠在標準環境飼養,室溫 20～ 25℃,24h晝夜循環光照,自由攝食飲水。大鼠隨機分為 2組:對照組(n=7)和實驗組(n=16)。實驗所用 5,7-DHT和 desipramine購自美國 Sigma公司。

2 5,7-雙羥色胺損毀正常大鼠的中縫背核 在4%水合氯醛(300 mg/kg,i.p.)麻醉下,將大鼠頭部固定于腦立體定位儀 (SN-2N,Narishige)上,依據Paxinos-Watson大鼠腦定位圖譜確定右側 DRN的位置:AP 7.6～ 7.8 mm,L 1.6～ 1.8 mm,D 5.3～ 5.4 mm[2]。在冠狀面與中線成 18°角處傾斜進針,以避免損傷矢狀竇。在注射 5,7-DHT前,先給大鼠注射地西帕明(desipramine,25mg/kg,i.p.)以保護去甲腎上腺素能神經元,30 min后再注射 5,7-DHT。 10 μ l Hamilton微量注射器與玻璃微電極相連,尖端直徑約 50 μ m,分2個位點在 DRN中注射 5,7-DHT,位置 1:AP7.6 mm,L 1.6 mm,D 5.3 mm;位置 2:AP 7.8 mm,L 1.6 mm,D 5.3 mm,每點 19.8 μ g/3 μ l,總量 39.6μ g/6μ l,以確保 DRN中大部分 5-HT能神經元被損毀,給藥速度 1 μl/min,注射完畢后留針 5～10 min,退針。

3 電生理學記錄和放電形式的分析 電生理學記錄在腦室注射后第 3周進行。大鼠在 4%水合氯醛(400 mg/kg,i.p.)麻醉下行氣管及靜脈插管術后,頭部固定于立體定位儀上,根據 Paxinos-Watson大鼠腦定位圖譜,確定右側 m PFC的坐標位置:AP2.7～ 3.2 mm;L 0.1～ 0.6 mm;D 1.5～ 2.5 mm。在冠狀面與中線成 2°角處傾斜進針,以避免損傷矢狀竇。采用玻璃微電極細胞外記錄法記錄錐體神經元的放電,電極尖端直徑 1～ 2μ m,阻抗 10～ 20 MΩ,充灌液為 0.5 mol/L醋酸鈉含 2%滂胺天藍。細胞放電經 M EZ-8301微電極放大器,顯示于 VC-11記憶示波器,以觀察電位波形、頻率和細胞放電的形式,同時信號輸入監聽器監聽。將信噪比大于 3∶1的、穩定的單細胞放電經生物電信號采集與分析系統(CED1401 Spike2)輸入計算機后,作實時觀察、儲存和進行頻率及放電形式的分析。采樣時間 10～ 20 min。整個實驗過程中監測大鼠的心電變化,直腸溫度維持在 37±0.5℃。

4 錐體神經元的確認 mPFC中錐體神經元通常表現為緩慢的自發放電,頻率 0.1～5Hz;動作電位的波寬＞1ms;呈現不規則或爆發式的放電形式[3]。

結 果

實驗觀察和分析了對照組大鼠的 22個錐體神經元和實驗組大鼠的 38個錐體神經元的電活動的變化。結果顯示:對照組大鼠錐體神經元放電頻率為 0.52±0.10 Hz(n=22,放電范圍:0.12～ 1.62 Hz),平均 ISI為 4184.79±741.53,變異系數為 0.78±0.05。實驗組大鼠錐體神經元放電頻率為 1.25±0.20 Hz(n=38,放電范圍:0.1～ 2.52 Hz),與對照組相比顯著升高(P＜0.001),平均 ISI為 1645.70± 519.91,與對照組相比顯著降低(P＜0.001)變異系數為 1.10±0.06,與對照組相比顯著增高(P＜0.001),見表 1。

表1 對照組和實驗組大鼠 mPFC中錐體神經元的放電頻率和放電形式的參數比較

表1 對照組和實驗組大鼠 mPFC中錐體神經元的放電頻率和放電形式的參數比較

注:與對照組比較 *P＜0.001

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對照組大鼠錐體神經元呈現三種不同的放電形式,不規則放電為 81.82%,爆發式放電為 18.18%。5,7-DHT損毀組大鼠放電形式明顯趨向爆發式活動,與對照組大鼠相比,5,7-DHT毀損組大鼠不規則放電為44.44%,爆發式放電為 55.56%,爆發式放電顯著增多(P ＜ 0.001)見表 2。

表2 對照組和實驗組大鼠 mPFC中錐體神經元各類放電形式的比例的比較(%)

討 論

實驗中所討論的神經元均位于 m PFC內,其電活動的特征符合錐體神經元的鑒定標準,屬于錐體神經元。我們觀察到用 5,7-DHT損毀大鼠單側 DRN后,mPFC的錐體神經元的放電頻率明顯增高,爆發式放電明顯增多。5,7-DHT損毀 DRN后,mPFC錐體神經元頻率增高、爆發式放電活動增強可能和以下原因有關:mPFC接受 DRN和 MRN的 5-HT神經投射并且表達多種 5-HT受體亞型,但是主要是 5-HT1A和 5-HT2A受體。有實驗表明 mPFC中 50%～ 60%的錐體神經元上有 5-HT1A受體的表達[4]。 5-HT1A受體通過 G蛋白與 K+通道耦聯,激活 5-HT1A受體,使細胞膜產生超極化,從而降低神經元的活動。刺激 DRN和M RN可以通過激活 5-HT1A受體而抑制 m PFC中錐體神經元的電活動[5]。在 mPFC中,微電泳 5-HT和 5-HT受體激動劑也可以通過 5-HT1A和 5-HT2A受體產生抑制作用[6]。但是,刺激 DRN對 mPFC錐體神經元產生的興奮作用可以被 5-HT2A受體拮抗劑M100907所抑制,說明內源性 5-HT可以通過 5-HT2A受體興奮錐體神經元[7]。5,7-DHT損毀大鼠單側 DRN后,mPFC的錐體神經元的放電頻率明顯增高,爆發式放電明顯增多。這可能與 5-HT含量減少,從而對 5-HT1A和 5-HT2A受體作用減弱有關,而總終導致 mPFC錐體神經元活動增強的原因可能是由于5-HT含量減少對 5-HT1A受體的影響更強所至。

放電形式的改變可能和以下原因有關:增加爆發式放電神經元比例可以增加 m PFC,以及它們投射區域中 Glu的釋放,從而恢復細胞外 Glu水平。本研究結果表明,mPFC中殘留的錐體神經元的過度活動可能是 5,7-DHT損毀 DRN后錐體神經元功能失調的一種代償機制。

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