全細胞膜片鉗技術檢測化學損傷致癇大鼠海馬腦片電生理特性

徐祖才 張 駿 黃 浩 王 靜 徐忠祥 彭 燕 陳 婭 徐 平

(遵義醫學院附屬醫院神經內科，貴州 遵義 563003)

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·基礎研究·

全細胞膜片鉗技術檢測化學損傷致癇大鼠海馬腦片電生理特性

徐祖才 張 駿 黃 浩 王 靜1徐忠祥 彭 燕 陳 婭 徐 平

(遵義醫學院附屬醫院神經內科，貴州 遵義 563003)

目的 應用全細胞膜片鉗技術檢測化學損傷致癇大鼠海馬腦片神經元基本電生理特性。方法 將成年SD大鼠建立氯化鋰-匹羅卡品模型后，急性分離獲得海馬腦片，應用全細胞膜片鉗電流鉗技術實時觀察化學損傷致癇大鼠海馬腦片CA1區錐體神經元膜電位及其單位時間內動作電位頻率的變化情況；通過全細胞膜片鉗電壓鉗技術，檢測化學損傷后大鼠海馬腦片CA1區錐體神經元的誘發興奮性突觸后電流的變化情況。結果 急性分離所得海馬腦片CA1區錐體神經元的胞體飽滿并可見突起?？稍诖笫蠛ｑR腦片CA1區錐體神經元記錄到自發的動作電位及刺激誘發興奮性突觸后電流，且化學損傷后神經元膜電位絕對值降低，動作電位頻率加快，誘發的興奮性突觸后電流幅值升高。結論 全細胞膜片鉗技術可以用于癲癇大鼠急性分離所得海馬腦片的電生理研究，化學損傷后神經元興奮性明顯升高，為開展癲癇相關的功能研究提供了新的途徑。

全細胞膜片鉗；癲癇；海馬腦片

癲癇的發作機制與神經系統遞質紊亂密切相關〔1〕。近年來，腦片作為研究對象在神經科學領域應用越發廣泛；目前可以通過急性分離及離體培養獲得腦片，雖離體培養腦片較為穩定及存活時間佳，但急性分離腦片與動物的生理特性更加接近;隨著電生理技術的不斷發展，膜片鉗結合腦片技術在神經系統疾病中的應用更是方興未艾。雖然膜片鉗的使用過程中對腦片中細胞活性及功能要求高，但筆者的前期實驗已經證實，成年大鼠急性分離海馬腦片可保存較好的生理學特性，且適于用與全細胞膜片鉗技術的記錄〔2〕。在前期實驗基礎上，筆者擬通過全細胞膜片鉗技術，檢測氯化鋰-匹羅卡品致癇大鼠海馬腦片CA1區神經元的基礎電生理特性。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與試劑 雄性成年SD大鼠，體重200 g，由重慶醫科大學實驗動物中心提供；Bicuculine、Nacl、Kcl、Cs-methanesulfonate、EGTA、HEPES、K2ATP、BAPTA、phosphocreatine、Na2ATP、Na3GTP及葡萄糖由美國sigma公司生產，其余配液所需常見分析純級無機鹽由重慶醫科大學附屬兒童醫院兒研所提供。

1.2 實驗器材 玻璃微電極(外徑1.0 mm)由南京六合泉實驗器材廠生產，P97 玻璃電極拉制儀由美國Shutter 公司生產，倒置相差顯微鏡及紅外微分干涉相差顯微鏡由日本Nikon公司生產，MF-79 玻璃電極拋光儀由日本Narishige公司生產，Multiclamp 700B放大器、Digidata 1200轉換器及數據分析軟件Clampfit 9.2(膜片鉗系統)由美國Axon公司生產，蠕動泵由美國WPI公司生產，恒溫腦片孵育槽由美國Warner公司生產，NVSLM1型振動切片機由英國Campden 公司生產，95%O2+5%CO2混合氣及100% N2由重慶朝陽氣體供應公司供應。

1.3 方法

1.3.1 建立氯化鋰-匹羅卡品化學損傷致癇大鼠模型及海馬腦片急性分離 隨機選取健康成年SD大鼠，以127 mg/kg的標準予以腹腔注射氯化鋰注射(LiCl)；成功注射后20 h左右，以1 mg/kg的標準給予腹腔注射阿托品注射液；注射成功后30 min，再以50 mg/kg的標準予以腹腔注射新鮮配置的匹羅卡品；匹羅卡品藥物注射后，對其行為學改變進行密切監視，對出現Racine評分〔3〕4～5級的，視為建模成功。 建模成功后24 h的大鼠用于海馬腦片急性分離。參照之前實驗步驟〔2〕，先配好相應的使用液體，其中切片液的主要成分如下：2.5 mmol/L KCl、6 mmol/L MgCl2·H2O、1 mmol/L CaCl2、1.25 mmol/L NaH2PO4、26 mmol/L NaHCO3、220 mmol/L蔗糖及10 mmol/L 葡萄糖；人工腦脊液(ACSF)主要成分：124 mmol/L NaCl、2 mmol/L CaCl2、2 mmol/L MgCl2、1.23 mmol/L NaH2PO4、3 mmol/L KCl、26 mmol/L NaHCO3及10 mmol/L 葡萄糖。冰鎮切片液備用(冰水混合物，少量冰)，提前半小時使用95% O2+5% CO2的混合氣將切片液及ACSF充氣胞和，模型鼠以1 ml/100 g的3.5% 水合氯醛腹腔注射麻醉備用。斷頭取腦后，將海馬組織置于切片機上，切成350 μm厚的海馬腦片備用。正常大鼠海馬腦片分離步驟相同。

1.3.2 動作電位及自發的興奮性突觸后電流(eEPSC)的記錄 在全細胞膜片鉗技術下，使用電流鉗模式記錄動作電位情況。其中記錄動作電位電極內液的配方：60 mmol/L K2SO4、40 mmol/L HEPES、60 mmol/L NMG、12 mmol/L phosphocreatine、0.5 mmol/L BAPTA、4 mmol/L MgCl2、0.2 mmol/L Na3GTP及2 mmol/L Na2ATP。通過比較，分析化學損傷后海馬神經元膜電位及其單位時間內動作電位頻率的變化情況。使用電壓鉗模式記錄eEPSC，其中記錄自發eEPSC電極內液的配方：130 mmol/L Cs-methanesulfonate、10 mmol/L HEPES、10 mmol/L CsCl、4 mmol/L NaCl、1 mmol/L MgCl2、1 mmol/L EGTA、5 mmol/L NMG、5 mmol/L MgATP、0.5 mmol/L Na2GTP及12 mmol/L

phosphocreatine。使用正常的ACSF灌流記錄，待得到穩定的數據后，進行采集分析。正常組及模型組海馬腦片的記錄模式一致，分析化學損傷后海馬神經元在40 mV、20 mV、0 mV、-20 mV、-40 mV及-60 mV不同鉗制電壓下，eEPSC的變化情況。

1.4 膜片鉗數據分析及制圖軟件 上述Clampfit 9.2可進行大部分的數據分析及制圖，此外還應用到origin 8.5進行相關數據的分析和圖片的處理。正常大鼠與癲癇大鼠膜電位及動作電位頻率比較采用獨立樣本t檢驗，不同鉗制電位下兩組神經元eEPSC的幅值比較采用重復方差分析。

2 結 果

2.1 急性分離所得海馬腦片形態學觀察 急性分離所得癲癇大鼠海馬腦片，直接肉眼視光澤度可，在顯微鏡低倍下觀察，可發現海馬CA1區錐體神經元結構清晰且呈線型；經紅外處理后，在顯示器上可見海馬CA1區的錐體細胞外形飽滿，且各細胞的突起清晰可見，該區的錐體神經元選擇進行全細胞膜片鉗記錄時，易于封接。見圖1。

圖1 急性分離腦片海馬CA1區錐體神經元

2.2 電流鉗模式下記錄動作電位 正常組和模型組的記錄軌跡圖見圖2，分別對開始記錄后5 min、20 min和35 min的軌跡圖進行描記，發現在不同組別所記錄神經元膜電位及每秒動作電位次數已趨于穩定，其中膜電位絕對值的比較，正常組(-63.83±0.70)較模型組(-51.67±0.67)降低(P<0.01)；每秒動作電位次數相比，模型組(14.83±0.48)較正常組(1.67±0.33)明顯增多(P<0.01)。

圖2 動作電位軌跡圖

2.3 電壓鉗模式下記錄誘發的eEPSC 在全細胞膜片鉗技術的電壓鉗模式下，將電位分別鉗制在40 mV、20 mV、0 mV、-20 mV、-40 mV及-60 mV的前提下，刺激強度為40 μS、60 μA及0.1 Hz (刺激電極為雙極鎢絲制成，距離胞體約150 μm)。整個記錄過程使用ACSF+10 μmol/L Bicuculine灌流，即可記錄到穩定的eEPSC，且在對應的不同鉗制電位下，模型組的eEPSC的幅值較正常組明顯升高(P<0.01，P<0.05)，見圖3。

圖3 不同鉗制電位下正常組及模型組的eEPSC幅值

3 討 論

癲癇是最常見的且具有致殘性的神經系統疾病之一，且其發作也是不可預知的,在通常情況下癲癇患者需要長期甚至是終身使用抗癲癇藥物治療；此外，盡管現行抗癲癇藥物治療方案推廣良好，但是，仍有相當部分患者最后成為藥物難治性癲癇〔4,5〕。

隨著藥物難治性癲癇患者術前評估能力的不斷提升以及手術技術的日趨改良，國內外相關患者接受手術治療也越來越多，因此，以癲癇患者的手術切除標本為研究對象的實驗研究也越來越多，發現腦組織中有異常表達的蛋白質，也包括一些離子通道蛋白〔6～8〕。此外，也有學者在癲癇患者腦脊液中發現了一些異常表達的蛋白,甚至提出這些異常蛋白即為與癲癇或是難治性癲癇相關的生物標記物〔9,10〕。

然而，任何異常表達的蛋白，與癲癇之間到底是因果關系還是伴隨現象，試圖通過人腦組織標本及腦脊液的相關檢測不得而知，因此癲癇的動物實驗被廣泛使用以證實相關蛋白的作用機制。其中，氯化鋰-匹羅卡品致癲癇大鼠模型，已被廣泛使用于癲癇的發病機制研究〔11,12〕。然而，因動物在體膜片鉗的推廣程度首先以及全細胞膜片鉗技術的廣泛運用，使得尋找一種可以使用全細胞膜片鉗技術而又能與癲癇動物模型相一致的腦片或細胞模型成為研究者們追逐的熱點。其中原代海馬神經元癲癇樣放電模型被使用過，且也有一定的實驗價值，然而，因其與動物在體模型缺乏一致性，而使得實驗的相關性和延續性受限〔13〕。

因此，離體腦片，特別是能與在體動物保持一致性和延續性的成年大鼠腦片的使用，可以為癲癇相關蛋白功能的研究提供很好的研究對象〔2〕。本實驗所提供的氯化鋰-匹羅卡品癲癇大鼠的海馬腦片制備過程可靠，所得腦片活性強，在全細胞膜片鉗的封接過程順利，且通過電流鉗記錄，發現化學損傷后海馬錐體神經元的膜電位絕對值降低，從而興奮性增加，通過與正常大鼠的對比分析，也證實了化學損傷后，神經元的動作電位頻率明顯加快。然而，雖然化學損傷后神經元興奮性增加，膜電位絕對值降低，然而，神經元仍然可以被長時間穩定記錄到動作電位。不同鉗制電壓狀態下，檢測一定強度電流刺激所得的eEPSC，發現雖然損傷后神經元在不同鉗制電壓下的eEPSC幅值均較正常大鼠升高，同樣提示興奮性增強，然而，仍然可以承受外源性電流的刺激，穩定記錄到eEPSC。

1 Xu Z,Xu P,Chen Y,etal.ENT1 inhibition attenuates epileptic seizure severity via regulation of glutamatergic neurotransmission〔J〕.Neuromolecul Med,2015;17(1):1-11.

2 徐祖才，陳恒勝，劉 靚，等.膜片鉗技術在成年大鼠海馬腦片應用的初步研究〔J〕.重慶醫科大學學報，2012;37(9)：799-801.

3 Wang L,Lv Y,Deng W,etal.5-HT6 Receptor recruitment of mTOR modulates seizure activity in epilepsy〔J〕.Mol Neurobiol,2015;51(3):1292-9.

4 Xu Y,Zeng K,Han Y,etal.Altered expression of CX3CL1 in patients with epilepsy and in a rat model〔J〕.Am J Pathol，2012；180(5):1950-62.

5 French JA.Can evidence-based guidelines and clinical trials tell us how to treat patients〔J〕? Epilepsia,2007;48(7):1264-7.

6 Zhu B,Zha J,Long Y,etal.Increased expression of copine Ⅳ in patients with refractory epilepsy and a rat model〔J〕.J Neurol Sci,2016;360:30-6.

7 Li Z,Mi X,Xiong Y,etal.Elevated expression of the delta-subunit of epithelial sodium channel in temporal lobe epilepsy patients and rat model〔J〕.J Mol Neurosci,2015;57(4):510-8.

8 Xi Z,Deng W,Wang L,etal.Association of alpha-soluble NSF attachment protein with epileptic seizure〔J〕.J Mol Neurosci,2015;57(3):417-25.

9 Xi ZQ,Wang X,Luo J,etal.Fibronectin is a potential cerebrospinal fluid and serum epilepsy biomarker〔J〕.Epilepsy Behav,2015;48:66-9.

10 Rong H,Jin L,Wei W,etal.Alpha-synuclein is a potential biomarker in the serum and CSF of patients with intractable epilepsy〔J〕.Seizure,2015;27:6-9.

11 Xu X,Yang X,Xiong Y,etal.Increased expression of receptor for activated C kinase 1 in temporal lobe epilepsy〔J〕.J Neurochem,2015;133(1):134-43.

12 Yang X,Xu X,Zhang Y,etal.Altered expression of intersectin1-L in patients with refractory epilepsy and in experimental epileptic rats〔J〕.Cell Mol Neurobiol,2015;35(6):871-80.

13 Xu ZC,Chen YM,Xu P,etal.Epileptiform discharge upregulates p-ERK1/2,growth-associated protein 43 and synaptophysin in cultured rat hippocampal neurons〔J〕.Seizure,2009;18(10):680-5.

〔2016-08-16修回〕

(編輯 曲 莉)

Electrophysiological properties in the chemical injury epileptic rat hippocampal brain slices examined by whole-cell patch clamp technique

XU Zu-Cai,ZHANG Jun,HUANG Hao,et al.

Department of Neurology,Affiliated Hospital of Zunyi Medical College,Zunyi 563003,Guizhou,China

Objective To observe the electrophysiological properties in the epileptic rat hippocampal brain slices by whole-cell patch clamp technique.Methods After epileptic rat model was successfully established,the hippocampal brain slices were acutely dissociated，whose basic electrophysiological properties were detected by whole-cell patch clamp technique.After chemical injury,the changing of membrane potential and action potential were recorded by the current clamp technique，and the changing of evoked excitatory postsynaptic current(eEPSC)was recorded by the potential clamp technique.Results On acutely dissociated hippocampal brain slices of epileptic rats,good physical shape and obvious neurite of pyramidal neurons in CA1 region could be observed.Spontaneous action potential and evoked excitatory postsynaptic current could be detected on pyramidal neurons in CA1 region by whole-cell patch clamp technique.After chemical injury,the neuronal membrane potential absolute value became lower and action potential frequency became faster.In addition,the eEPSC amplitude became higher.Conclusions The physiological activities of pyramidal neurons in CA1 region are high enough for sealing.In addition,the whole-cell patch clamp technique is suitable for detecting the electrophysiological properties.It is found that neuronal excitability increased significantly after chemical injury,which could provide a new pathway for the functional research of epilepsy.

Whole-cell patch clamp;Epilepsy;Hippocampal brain slice

國家自然科學基金(81260201，81560224)；貴州省科學技術基金資助項目〔黔科合J字(2013)2327號〕；遵義市優秀青年科技人才培養項目〔遵科合人(2014)10號〕；貴州省高校優秀科技創新人才支持計劃〔黔教合KY字(2014)247〕；貴州省科技合作計劃項目〔黔科合LH字(2015)7520號〕；貴州省衛計委科技基金(gzwjkj 2015-1-052)

徐 平(1963-)，男，博士，主任醫師，主要從事癲癇及認知功能障礙研究。

徐祖才(1981-)，男，博士，副主任醫師，主要從事癲癇的基礎與臨床研究。

R742.1

A

1005-9202(2016)21-5217-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.21.001