東北小鯢松果體神經元自發電活動的胚后發育

王麗文, 鄧昕旸, 梁傳成, 王 勇, 彭 霞

(1. 沈陽師范大學 生命科學學院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學 實驗教學中心, 沈陽 110034)

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東北小鯢松果體神經元自發電活動的胚后發育

王麗文1, 鄧昕旸1, 梁傳成1, 王 勇2, 彭 霞2

(1. 沈陽師范大學 生命科學學院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學 實驗教學中心, 沈陽 110034)

探討東北小鯢松果體神經元自發電活動的胚后發育變化。應用微電極電生理技術,對東北小鯢松果體神經元的自發放電活動進行在體胞外記錄。結果表明,松果體神經元的自發放電有4種形式:單個放電、連續單個放電、簇狀放電和連續簇狀放電。后肢芽期有3種放電形式,沒有記錄到連續簇狀放電。各發育時期都以單個放電和連續放電為主,但所占比例有所不同。單個放電和連續放電幅度隨發育的進行呈下降的趨勢,其均值變化更為明顯。隨著發育的進行,單個放電和連續簇狀放電頻率均隨之增加,在變態期達最大。變態期和成體期簇狀放電無明顯變化,連續放電在成體期則降低。結論:神經元電活動形式隨著松果體的發育逐漸多樣化,放電幅度和頻率隨之發生變化。

東北小鯢; 松果體; 自發電活動; 胚后發育

0 引 言

東北小鯢(HynobiusleechiiBoulenger)隸屬于兩棲綱,有尾目,小鯢科,小鯢屬,是有尾兩棲動物小鯢科的代表動物,水生向陸生的過渡類群,在進化過程中占有重要地位。其分布范圍狹窄,主要分布于朝鮮半島及我國東北長白山脈的部分地區[1]。對其及近緣種間腦發育的研究多在形態學和組織學上[2-5],前期對中華蟾蜍原始大腦皮層和嗅球神經元自發電活動的胚后發育進行了報道[6-7]。松果體是腦內一種重要的神經內分泌器官,可分泌多種肽類和生物胺類(如褪黑素melatonin)激素,主要參與生物節律、免疫力、生殖功能和體溫調節等過程[9-15]。其電生理學特性的胚后發育未見報道。應用微電極電生理學技術,對東北小鯢的松果體在胚后發育3個典型時期進行了電生理學特性研究,探討東北小鯢胚后各階段端腦松果體電活動的發育特性,以期充實有尾兩棲動物神經系統發育的資料。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

實驗所用的東北小鯢成體和受精卵袋均采自遼寧省本溪市大石湖自然保護區。卵袋在實驗室條件下自行孵化,獲得各期東北小鯢胚體。以馬連第等人對東北小鯢的胚胎和胚后發育分期為標準[15],后肢芽期、變態完成期和成體期3個典型時期東北小鯢各5例。

1.2 自發放電的測定

應用微電極電生理技術,對東北小鯢胚后松果體神經元3個典型時期的自發放電活動進行體胞外記錄。常規手術方法暴露不同發育時期東北小鯢的腦,找到松果體。用西北光學儀器廠生產WF-2型微電極推進器,將內充3 mol/L KCl、尖端直徑小于1 μm、阻抗5～15 MΩ的玻璃微電極插入松果體中。放電信號經由高阻微電極放大器(成都儀器廠,WF-IB型)后進入信號采集處理系統(成都儀器廠,RM6240型),在計算機上觀察并記錄松果體神經元的電活動。

1.3 數據統計分析

實驗結果中的數據用SPSS 16.0和Microsoft Excel軟件進行統計分析并作圖,采用單因素方差分析(One Way ANOVA)和Tukey’s多重比較分析各組之間的差異性,文中數據以平均值±標準差表示(mean±SD),P<0.05即認為差異顯著。

2 結 果

2.1 胚后各階段松果體神經元的自發放電

實驗共記錄到單個放電、連續放電、簇狀放電和連續簇狀放電4種放電類型(圖1),不同發育時期的放電類型不盡相同。在后肢芽期有3種放電形式,沒有記錄到連續簇狀放電。3個典型發育時期都以單個放電和連續放電為主,后肢芽期單個放電和連續放電分別為52.6%和36.8%;變態期單個放電和連續放電分別為40.7%和33.3%;成體期單個放電和連續放電分別為33.3% 和40.7%。

(a)—單個放電; (b)—簇狀放電; (c)—連續放電; (d)—連續簇狀放電

2.2 胚后各階段松果體神經元自發放電的電生理學特性

對東北小鯢胚后發育各階段松果體神經元的單個放電、簇狀放電和連續放電的放電幅度以及連續單個和簇狀放電的放電頻率進行統計分析,結果見圖2。圖2表明,松果體神經元3種類型的放電幅度隨發育的進行呈下降趨勢,其均值變化更為明顯。后肢芽期和成體期差異顯著(P<0.05)。圖2還顯示松果體的2種放電頻率均在變態期達最大,差異顯著(P<0.05)。但變態期和成體期簇狀放電無明顯變化,連續放電在成體期則降低,差異顯著(P<0.05)。

1—后肢芽期; 2—變態期; 3—成體期

3 討 論

松果體是一內源性器官,位于兩大腦半球之間,第3腦室上部[8]。低等動物的松果體是具有感光作用的光感受器;高等動物的松果體失去了感光功能成為內分泌腺。人的松果體在兒童時期較為發達,成體后逐漸萎縮,可參與睡眠與覺醒、情緒與智力等神經活動。松果體分泌的褪黑素,參與下丘腦-腦垂體-性腺軸的調節,與機體的代謝、體溫節律的調節有關[12-14]。對于鳥類和兩棲爬行類動物,松果體則是晝夜節律的生物鐘。低等脊椎動物的松果體對體溫變化反應敏感,可能也具有一定的體溫調節的作用[10-11]。東北小鯢的松果體在發育不同階段的功能還不得而知,但實驗結果表明,不同發育時期松果體的自發放電均以單個放電和連續放電為主。且早期連續放電很不規律,成體期才出現規律的連續放電,這可能與神經元的成熟有關。從放電幅度看,松果體神經元3種類型的放電幅度隨發育的進行呈下降的趨勢,后肢芽期和變態期的連續放電幅度和簇狀放電幅度均遠大于成體期。這可能與后肢芽期松果體內細胞增殖較為明顯,而在成體期時松果體細胞減少有關[16]。這與中華蟾蜍端腦發育相似。在兩棲動物胚胎發育的早期,神經元的數量遠遠超過端腦發育完善后最終擁有神經元的數量,大部分神經元和神經元前體在胚胎發育過程中發生凋亡。原因可能是為塑造端腦大體形態、創造神經軸突生長的環境和線路而調節端腦內不同細胞群體的比例,清除異常發育的部分[17-19]。此外,東北小鯢松果體放電頻率的均值隨發育的進行增高,成體期略有降低,但與變態期沒有顯著差異。而連續放電的頻率降低明顯,與變態期差異顯著。這同樣與發育過程中神經元的凋亡有關[18]。約有20%～90%的神經元在端腦發育過程中發生了退化、衰退和死亡。神經系統通過細胞凋亡在數量上調節神經系統不同細胞群體的比例塑造其大體形態,為神經元軸突生長創造環境,從而建立起神經元間的突觸聯系,形成成熟的功能性神經細胞,使其功能進一步完善。本實驗結果也表明了這一發育特點,神經細胞在發育過程中的增殖和退化可能是導致某些自發放電形式的數量、幅度或頻率出現差異的原因[19-20]。這也說明在變態期松果體細胞較為活躍,表明松果體器官發育與發育期間的代謝活動有一定關系,可能與高等動物的松果體在成體后萎縮相類似[12]。

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Postembryonic development of spontaneous electrical activities of the neurons in pineal gland ofHynobiusleechiiBoulenger

WANGLiwen1,DENGXinyang1,LIANGChuancheng1,WANGYong2,PENGXia2

(1. College of Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Experiment Center, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

To probe into developing changes of spontaneous electrical activities of the neurons pineal gland inHynobiusleechiiBoulenger in postembryonic phase, microelectrode technique was used to record extracellularly spontaneous electrical activities of neurons in pineal gland ofHynobiusleechiiBoulenger in postembryonic phase. Results: Single, consecutive single, burst, and consecutive burst spontaneous firing were recorded in pineal gland, in which three kinds of spontaneous firings were recorded in hindilimb except the consecutive burst spontaneous firing. Single spontaneous firing was predominant, and different in every development phase. Following the development of pineal gland, the firing amplitudes of single and consecutive single spontaneous firing have a downward trend, the mean change is apparently. The firing frequencies of the single and consecutive burst spontaneous firing were increased and achieved the largest in abnormal phase. Burst spontaneous firing had no significant change in abnormal and adult phase, while the consecutive single spontaneous firing had a drop in adult phase. Conclusions: Following the development of pineal gland, the neuronal firing amplitudes and firing frequencies changed and the neuronal electrical activities showed diversification.

Hynobiusleechii; pineal gland; spontaneous electrical activities; postembryonic phase

2016-05-23。

遼寧省教育廳科學研究一般項目(L2011196)。

王麗文(1956-),女,遼寧鐵嶺人,沈陽師范大學教授; 通信作者: 彭霞(1966-),女,湖南龍山人,沈陽師范大學高級實驗師。

1673-5862(2016)04-0389-04

Q424

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.002