5,7-双羟色胺损毁大鼠中缝背核对内侧前额叶皮层锥体神经元电活动的影响*

西安医学院病理生理学教研室(西安 710021)

王 爽 高 捷▲ 苏兴利 郭玉芳 霍 健 王 湘 曾 文△

内侧前额叶皮层(mPFC)的功能失调能够导致多种神经精神疾病,5-HT功能的改变也与情感障碍有关。而且,5-HT通路已被证明是许多抗抑郁症治疗的关键靶点。重要的是,mPFC的功能失调总伴有脑内 5-HT的异常。研究发现,mPFC与中缝背核(DRN)和中缝中核(MRN)具有广泛的交互纤维联系,并且与许多脑的高级功能密切相关。神经解剖学研究证明 mPFC接受大量来源于 DRN和 M RN的 5-羟色胺(5-HT)神经传入[1]。另外,m PFC中还存在有高密度的 5-HT转运体和多种类型的 5-HT受体表达,如 5-HT1A、5-HT2A、5-HT1B、5-HT3、5-HT4、5-HT6和 5-HT7等受体,这些受体亚型对于 m PFC中神经元的活动起着不同的调节作用[2]。比如 5-HT1A受体通过 G蛋白和K+离子通道相耦联,使神经元超极化,从而抑制神经元的电活动。而 5-HT2A受体则增加神经元的兴奋性。然而 5,7-双羟色胺(5,7-DHT)损毁大鼠 DRN后内侧前额叶皮层(mPFC)中锥体神经元放电频率和放电形式的变化却并不十分清楚。因此,我们将以 5,7-DHT DRN损毁大鼠为研究对象,采用神经电生理学方法,观察 mPFC中锥体神经元的电活动改变。

材料和方法

1 动物和药品 雄性 SD大鼠 23只,体重 240～330 g,由西安交通大学医学院实验动物中心提供。大鼠在标准环境饲养,室温 20～ 25℃,24h昼夜循环光照,自由摄食饮水。大鼠随机分为 2组:对照组(n=7)和实验组(n=16)。实验所用 5,7-DHT和 desipramine购自美国 Sigma公司。

2 5,7-双羟色胺损毁正常大鼠的中缝背核 在4%水合氯醛(300 mg/kg,i.p.)麻醉下,将大鼠头部固定于脑立体定位仪 (SN-2N,Narishige)上,依据Paxinos-Watson大鼠脑定位图谱确定右侧 DRN的位置:AP 7.6～ 7.8 mm,L 1.6～ 1.8 mm,D 5.3～ 5.4 mm[2]。在冠状面与中线成 18°角处倾斜进针,以避免损伤矢状窦。在注射 5,7-DHT前,先给大鼠注射地西帕明(desipramine,25mg/kg,i.p.)以保护去甲肾上腺素能神经元,30 min后再注射 5,7-DHT。 10 μ l Hamilton微量注射器与玻璃微电极相连,尖端直径约 50 μ m,分2个位点在 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,每点 19.8 μ g/3 μ l,总量 39.6μ g/6μ l,以确保 DRN中大部分 5-HT能神经元被损毁,给药速度 1 μl/min,注射完毕后留针 5～10 min,退针。

3 电生理学记录和放电形式的分析 电生理学记录在脑室注射后第 3周进行。大鼠在 4%水合氯醛(400 mg/kg,i.p.)麻醉下行气管及静脉插管术后,头部固定于立体定位仪上,根据 Paxinos-Watson大鼠脑定位图谱,确定右侧 m PFC的坐标位置:AP2.7～ 3.2 mm;L 0.1～ 0.6 mm;D 1.5～ 2.5 mm。在冠状面与中线成 2°角处倾斜进针,以避免损伤矢状窦。采用玻璃微电极细胞外记录法记录锥体神经元的放电,电极尖端直径 1～ 2μ m,阻抗 10～ 20 MΩ,充灌液为 0.5 mol/L醋酸钠含 2%滂胺天蓝。细胞放电经 M EZ-8301微电极放大器,显示于 VC-11记忆示波器,以观察电位波形、频率和细胞放电的形式,同时信号输入监听器监听。将信噪比大于 3∶1的、稳定的单细胞放电经生物电信号采集与分析系统(CED1401 Spike2)输入计算机后,作实时观察、储存和进行频率及放电形式的分析。采样时间 10～ 20 min。整个实验过程中监测大鼠的心电变化,直肠温度维持在 37±0.5℃。

4 锥体神经元的确认 mPFC中锥体神经元通常表现为缓慢的自发放电,频率 0.1～5Hz;动作电位的波宽＞1ms;呈现不规则或爆发式的放电形式[3]。

结 果

实验观察和分析了对照组大鼠的 22个锥体神经元和实验组大鼠的 38个锥体神经元的电活动的变化。结果显示:对照组大鼠锥体神经元放电频率为 0.52±0.10 Hz(n=22,放电范围:0.12～ 1.62 Hz),平均 ISI为 4184.79±741.53,变异系数为 0.78±0.05。实验组大鼠锥体神经元放电频率为 1.25±0.20 Hz(n=38,放电范围:0.1～ 2.52 Hz),与对照组相比显著升高(P＜0.001),平均 ISI为 1645.70± 519.91,与对照组相比显著降低(P＜0.001)变异系数为 1.10±0.06,与对照组相比显著增高(P＜0.001),见表 1。

表1 对照组和实验组大鼠 mPFC中锥体神经元的放电频率和放电形式的参数比较

表1 对照组和实验组大鼠 mPFC中锥体神经元的放电频率和放电形式的参数比较

注:与对照组比较 *P＜0.001

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对照组大鼠锥体神经元呈现三种不同的放电形式,不规则放电为 81.82%,爆发式放电为 18.18%。5,7-DHT损毁组大鼠放电形式明显趋向爆发式活动,与对照组大鼠相比,5,7-DHT毁损组大鼠不规则放电为44.44%,爆发式放电为 55.56%,爆发式放电显著增多(P ＜ 0.001)见表 2。

表2 对照组和实验组大鼠 mPFC中锥体神经元各类放电形式的比例的比较(%)

讨 论

实验中所讨论的神经元均位于 m PFC内,其电活动的特征符合锥体神经元的鉴定标准,属于锥体神经元。我们观察到用 5,7-DHT损毁大鼠单侧 DRN后,mPFC的锥体神经元的放电频率明显增高,爆发式放电明显增多。5,7-DHT损毁 DRN后,mPFC锥体神经元频率增高、爆发式放电活动增强可能和以下原因有关:mPFC接受 DRN和 MRN的 5-HT神经投射并且表达多种 5-HT受体亚型,但是主要是 5-HT1A和 5-HT2A受体。有实验表明 mPFC中 50%～ 60%的锥体神经元上有 5-HT1A受体的表达[4]。 5-HT1A受体通过 G蛋白与 K+通道耦联,激活 5-HT1A受体,使细胞膜产生超极化,从而降低神经元的活动。刺激 DRN和M RN可以通过激活 5-HT1A受体而抑制 m PFC中锥体神经元的电活动[5]。在 mPFC中,微电泳 5-HT和 5-HT受体激动剂也可以通过 5-HT1A和 5-HT2A受体产生抑制作用[6]。但是,刺激 DRN对 mPFC锥体神经元产生的兴奋作用可以被 5-HT2A受体拮抗剂M100907所抑制,说明内源性 5-HT可以通过 5-HT2A受体兴奋锥体神经元[7]。5,7-DHT损毁大鼠单侧 DRN后,mPFC的锥体神经元的放电频率明显增高,爆发式放电明显增多。这可能与 5-HT含量减少,从而对 5-HT1A和 5-HT2A受体作用减弱有关,而总终导致 mPFC锥体神经元活动增强的原因可能是由于5-HT含量减少对 5-HT1A受体的影响更强所至。

放电形式的改变可能和以下原因有关:增加爆发式放电神经元比例可以增加 m PFC,以及它们投射区域中 Glu的释放,从而恢复细胞外 Glu水平。本研究结果表明,mPFC中残留的锥体神经元的过度活动可能是 5,7-DHT损毁 DRN后锥体神经元功能失调的一种代偿机制。

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