西安醫(yī)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(jīng)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(fā)現(xiàn),mPFC與中縫背核(DRN)和中縫中核(MRN)具有廣泛的交互纖維聯(lián)系,并且與許多腦的高級功能密切相關。神經(jīng)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(jīng)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(jīng)元的活動起著不同的調節(jié)作用[2]。比如 5-HT1A受體通過 G蛋白和K+離子通道相耦聯(lián),使神經(jīng)元超極化,從而抑制神經(jīng)元的電活動。而 5-HT2A受體則增加神經(jīng)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(jīng)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(jīng)電生理學方法,觀察 mPFC中錐體神經(jīng)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(yī)學院實驗動物中心提供。大鼠在標準環(huán)境飼養(yǎng),室溫 20～ 25℃,24h晝夜循環(huán)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(jù)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(jīng)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(jīng)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(jù) 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(jīng)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(jīng) 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(jiān)聽器監(jiān)聽。將信噪比大于 3∶1的、穩(wěn)定的單細胞放電經(jīng)生物電信號采集與分析系統(tǒng)(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(jiān)測大鼠的心電變化,直腸溫度維持在 37±0.5℃。

4 錐體神經(jīng)元的確認 mPFC中錐體神經(jīng)元通常表現(xiàn)為緩慢的自發(fā)放電,頻率 0.1～5Hz;動作電位的波寬＞1ms;呈現(xiàn)不規(guī)則或爆發(fā)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(jīng)元和實驗組大鼠的 38個錐體神經(jīng)元的電活動的變化。結果顯示:對照組大鼠錐體神經(jīng)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(shù)為 0.78±0.05。實驗組大鼠錐體神經(jīng)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(shù)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(jīng)元的放電頻率和放電形式的參數(shù)比較

表1 對照組和實驗組大鼠 mPFC中錐體神經(jīng)元的放電頻率和放電形式的參數(shù)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(jīng)元呈現(xiàn)三種不同的放電形式,不規(guī)則放電為 81.82%,爆發(fā)式放電為 18.18%。5,7-DHT損毀組大鼠放電形式明顯趨向爆發(fā)式活動,與對照組大鼠相比,5,7-DHT毀損組大鼠不規(guī)則放電為44.44%,爆發(fā)式放電為 55.56%,爆發(fā)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(jīng)元各類放電形式的比例的比較(%)

討 論

實驗中所討論的神經(jīng)元均位于 m PFC內,其電活動的特征符合錐體神經(jīng)元的鑒定標準,屬于錐體神經(jīng)元。我們觀察到用 5,7-DHT損毀大鼠單側 DRN后,mPFC的錐體神經(jīng)元的放電頻率明顯增高,爆發(fā)式放電明顯增多。5,7-DHT損毀 DRN后,mPFC錐體神經(jīng)元頻率增高、爆發(fā)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(jīng)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(jīng)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(lián),激活 5-HT1A受體,使細胞膜產(chǎn)生超極化,從而降低神經(jīng)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(jīng)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(chǎn)生抑制作用[6]。但是,刺激 DRN對 mPFC錐體神經(jīng)元產(chǎn)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(jīng)元[7]。5,7-DHT損毀大鼠單側 DRN后,mPFC的錐體神經(jīng)元的放電頻率明顯增高,爆發(fā)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(jīng)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(fā)式放電神經(jīng)元比例可以增加 m PFC,以及它們投射區(qū)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(jīng)元的過度活動可能是 5,7-DHT損毀 DRN后錐體神經(jīng)元功能失調的一種代償機制。

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