东北小鲵松果体神经元自发电活动的胚后发育

王丽文, 邓昕旸, 梁传成, 王 勇, 彭 霞

(1. 沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)



东北小鲵松果体神经元自发电活动的胚后发育

王丽文1, 邓昕旸1, 梁传成1, 王 勇2, 彭 霞2

(1. 沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)

探讨东北小鲵松果体神经元自发电活动的胚后发育变化。应用微电极电生理技术,对东北小鲵松果体神经元的自发放电活动进行在体胞外记录。结果表明,松果体神经元的自发放电有4种形式:单个放电、连续单个放电、簇状放电和连续簇状放电。后肢芽期有3种放电形式,没有记录到连续簇状放电。各发育时期都以单个放电和连续放电为主,但所占比例有所不同。单个放电和连续放电幅度随发育的进行呈下降的趋势,其均值变化更为明显。随着发育的进行,单个放电和连续簇状放电频率均随之增加,在变态期达最大。变态期和成体期簇状放电无明显变化,连续放电在成体期则降低。结论:神经元电活动形式随着松果体的发育逐渐多样化,放电幅度和频率随之发生变化。

东北小鲵; 松果体; 自发电活动; 胚后发育

0 引 言

东北小鲵(HynobiusleechiiBoulenger)隶属于两栖纲,有尾目,小鲵科,小鲵属,是有尾两栖动物小鲵科的代表动物,水生向陆生的过渡类群,在进化过程中占有重要地位。其分布范围狭窄,主要分布于朝鲜半岛及我国东北长白山脉的部分地区[1]。对其及近缘种间脑发育的研究多在形态学和组织学上[2-5],前期对中华蟾蜍原始大脑皮层和嗅球神经元自发电活动的胚后发育进行了报道[6-7]。松果体是脑内一种重要的神经内分泌器官,可分泌多种肽类和生物胺类(如褪黑素melatonin)激素,主要参与生物节律、免疫力、生殖功能和体温调节等过程[9-15]。其电生理学特性的胚后发育未见报道。应用微电极电生理学技术,对东北小鲵的松果体在胚后发育3个典型时期进行了电生理学特性研究,探讨东北小鲵胚后各阶段端脑松果体电活动的发育特性,以期充实有尾两栖动物神经系统发育的资料。

1 材料和方法

1.1 实验动物

实验所用的东北小鲵成体和受精卵袋均采自辽宁省本溪市大石湖自然保护区。卵袋在实验室条件下自行孵化,获得各期东北小鲵胚体。以马连第等人对东北小鲵的胚胎和胚后发育分期为标准[15],后肢芽期、变态完成期和成体期3个典型时期东北小鲵各5例。

1.2 自发放电的测定

应用微电极电生理技术,对东北小鲵胚后松果体神经元3个典型时期的自发放电活动进行体胞外记录。常规手术方法暴露不同发育时期东北小鲵的脑,找到松果体。用西北光学仪器厂生产WF-2型微电极推进器,将内充3 mol/L KCl、尖端直径小于1 μm、阻抗5～15 MΩ的玻璃微电极插入松果体中。放电信号经由高阻微电极放大器(成都仪器厂,WF-IB型)后进入信号采集处理系统(成都仪器厂,RM6240型),在计算机上观察并记录松果体神经元的电活动。

1.3 数据统计分析

实验结果中的数据用SPSS 16.0和Microsoft Excel软件进行统计分析并作图,采用单因素方差分析(One Way ANOVA)和Tukey’s多重比较分析各组之间的差异性,文中数据以平均值±标准差表示(mean±SD),P<0.05即认为差异显著。

2 结 果

2.1 胚后各阶段松果体神经元的自发放电

实验共记录到单个放电、连续放电、簇状放电和连续簇状放电4种放电类型(图1),不同发育时期的放电类型不尽相同。在后肢芽期有3种放电形式,没有记录到连续簇状放电。3个典型发育时期都以单个放电和连续放电为主,后肢芽期单个放电和连续放电分别为52.6%和36.8%;变态期单个放电和连续放电分别为40.7%和33.3%;成体期单个放电和连续放电分别为33.3% 和40.7%。

(a)—单个放电; (b)—簇状放电; (c)—连续放电; (d)—连续簇状放电

2.2 胚后各阶段松果体神经元自发放电的电生理学特性

对东北小鲵胚后发育各阶段松果体神经元的单个放电、簇状放电和连续放电的放电幅度以及连续单个和簇状放电的放电频率进行统计分析,结果见图2。图2表明,松果体神经元3种类型的放电幅度随发育的进行呈下降趋势,其均值变化更为明显。后肢芽期和成体期差异显著(P<0.05)。图2还显示松果体的2种放电频率均在变态期达最大,差异显著(P<0.05)。但变态期和成体期簇状放电无明显变化,连续放电在成体期则降低,差异显著(P<0.05)。

1—后肢芽期; 2—变态期; 3—成体期

3 讨 论

松果体是一内源性器官,位于两大脑半球之间,第3脑室上部[8]。低等动物的松果体是具有感光作用的光感受器;高等动物的松果体失去了感光功能成为内分泌腺。人的松果体在儿童时期较为发达,成体后逐渐萎缩,可参与睡眠与觉醒、情绪与智力等神经活动。松果体分泌的褪黑素,参与下丘脑-脑垂体-性腺轴的调节,与机体的代谢、体温节律的调节有关[12-14]。对于鸟类和两栖爬行类动物,松果体则是昼夜节律的生物钟。低等脊椎动物的松果体对体温变化反应敏感,可能也具有一定的体温调节的作用[10-11]。东北小鲵的松果体在发育不同阶段的功能还不得而知,但实验结果表明,不同发育时期松果体的自发放电均以单个放电和连续放电为主。且早期连续放电很不规律,成体期才出现规律的连续放电,这可能与神经元的成熟有关。从放电幅度看,松果体神经元3种类型的放电幅度随发育的进行呈下降的趋势,后肢芽期和变态期的连续放电幅度和簇状放电幅度均远大于成体期。这可能与后肢芽期松果体内细胞增殖较为明显,而在成体期时松果体细胞减少有关[16]。这与中华蟾蜍端脑发育相似。在两栖动物胚胎发育的早期,神经元的数量远远超过端脑发育完善后最终拥有神经元的数量,大部分神经元和神经元前体在胚胎发育过程中发生凋亡。原因可能是为塑造端脑大体形态、创造神经轴突生长的环境和线路而调节端脑内不同细胞群体的比例,清除异常发育的部分[17-19]。此外,东北小鲵松果体放电频率的均值随发育的进行增高,成体期略有降低,但与变态期没有显著差异。而连续放电的频率降低明显,与变态期差异显著。这同样与发育过程中神经元的凋亡有关[18]。约有20%～90%的神经元在端脑发育过程中发生了退化、衰退和死亡。神经系统通过细胞凋亡在数量上调节神经系统不同细胞群体的比例塑造其大体形态,为神经元轴突生长创造环境,从而建立起神经元间的突触联系,形成成熟的功能性神经细胞,使其功能进一步完善。本实验结果也表明了这一发育特点,神经细胞在发育过程中的增殖和退化可能是导致某些自发放电形式的数量、幅度或频率出现差异的原因[19-20]。这也说明在变态期松果体细胞较为活跃,表明松果体器官发育与发育期间的代谢活动有一定关系,可能与高等动物的松果体在成体后萎缩相类似[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。

辽宁省教育厅科学研究一般项目(L2011196)。

王丽文(1956-),女,辽宁铁岭人,沈阳师范大学教授; 通信作者: 彭霞(1966-),女,湖南龙山人,沈阳师范大学高级实验师。

1673-5862(2016)04-0389-04

Q424

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.002