帕金森病模型大鼠背內側前額葉皮層錐體神經元電活動及5-羥色胺1A受體敏感性變化

王 爽 高 捷 蘇興利 郭玉芳 霍 健 王 湘

(西安醫學院病理生理學教研室，陜西 西安 710021)

帕金森病(PD)非運動系統癥狀已經被證實與內側前額葉皮層(mPFC)以及腦內5-羥色胺(5-HT)遞質系統相關聯〔1〕。神經解剖學證實腹側背蓋區(VTA)發出的多巴胺(DA)能神經纖維可以支配mPFC，尤其是背內側前額葉皮層中錐體神經元的活動〔2〕。VTA通過對錐體神經元的神經支配，完成對工作記憶和認知等大腦高級功能的調控。另外，背內側前額葉皮層還接受來源于中腦縫核(RN)的5-HT神經纖維支配，并對背內側前額葉皮層中錐體神經元的活動起重要的調節作用〔3〕。實驗證實，在用6-OHDA損毀SNc方法制作的中晚期PD模型大鼠中，除SNc中的DA能神經元98%以上的損毀外，VTA中的DA能神經元也有40%左右的丟失或損毀〔4〕。而且，黑質紋狀體通路的變性能夠導致5-HT受體表達的異常，并能夠使紋狀體、海馬和縫核中5-HT的含量顯著降低〔5〕。本研究探討PD狀態下，大鼠背內側前額葉皮層中錐體神經元的電活動，以及5-HT1A受體敏感性的改變情況。

1 材料與方法

1.1動物和藥品 雄性SD大鼠23只，體重240～330 g，由西安交通大學醫學院實驗動物中心提供。大鼠在標準環境飼養，室溫20～25 ℃，24 h晝夜循環光照，自由攝食飲水。大鼠隨機分為2組：假手術組(n=17)和PD組(n=29)。6-OHDA，8-OH-DPAT，WAY100635和地昔帕明均購自Sigma公司。

1.2PD模型大鼠的行為學檢測 采用6-OHDA化學性毀損單側SNc中的DA能神經元，建立PD大鼠模型。術后第2周給大鼠頸部皮下注射阿撲嗎啡(0.05 mg/kg)，觀察大鼠的旋轉行為。若大鼠在藥物注射后1～15 min出現向健側旋轉，旋轉速度每1 min大于6圈，并且5 min內超過20圈者，表明PD模型成功。不出現旋轉、向患側旋轉或旋轉總圈數不足者則視為模型不成功，予以淘汰。

1.3電生理學記錄和放電形式的分析 電生理學記錄在SNc損毀后第3周進行。采用玻璃微電極細胞外記錄法記錄錐體神經元的放電，電極尖端直徑1～2 μm，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MEZ-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，同時信號輸入監聽器監聽。將信噪比大于3∶1的、穩定的單細胞放電經生物電信號采集與分析系統(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。整個實驗過程中監測大鼠的心電，直腸溫度維持在(37± 0.5)℃。

1.4局部給藥 用雙管玻璃微電極(記錄電極和給藥電極)記錄mPFC中錐體神經元的電活動，當記錄到錐體神經元自發放電后，穩定10 min，通過給藥電極給予8-OH-DPAT溶液100 μl，含8-OH-DPAT 5 μg。一般情況下，微量注射會引起神經元動作電位幅度的輕微降低，這種作用持續約1 min。在統計數據時，微量注射后1 min內的放電活動不予計算。每只大鼠只觀察1個神經元對藥物的反應。

1.5錐體神經元確認 mPFC中錐體神經元通常表現為緩慢的自發放電，頻率0.1～5 Hz；動作電位的波寬> 1 ms；呈現不規則或爆發式的放電形式〔6〕。

1.6統計學方法 采用SPSS13.0軟件進行配對t和χ2檢驗。

2 結 果

2.1各組大鼠電生理學記錄 假手術組大鼠錐體神經元放電頻率為(0.52±0.10) Hz(n=22)，放電范圍：0.12～1.62 Hz，平均ISI為(4 184.79±741.53)，變異系數為(0.78±0.05)。PD組大鼠錐體神經元放電頻率為(1.25±0.20) Hz(n=38)，放電范圍：0.1～2.52 Hz，與假手術組相比顯著升高(P<0.001)，平均ISI為(1 645.70±519.91)，與假手術組相比顯著降低(P<0.001)，變異系數為(1.10±0.06)，與假手術組相比顯著增高(P< 0.001)。

2.2各組大鼠放電形式 假手術組大鼠錐體神經元呈現兩種不同的放電形式，不規則放電為81.82%，爆發式放電為18.18%。PD組大鼠放電形式明顯趨向爆發式活動，與假手術組大鼠相比，PD組大鼠不規則放電為44.44%，爆發式放電為55.56%，爆發式放電顯著增多(P<0.001)。

2.3各組神經元電活動比較 在假手術組大鼠，局部給予8-OH-DPAT(5 μg/100 ml生理鹽水)顯著抑制錐體神經元的電活動，使錐體神經元的放電頻率下降為給藥前的(25±4)%；且這種抑制作用可以背WAY100635(50 μg/kg，i.v.)完全反轉，放電頻率恢復為給藥前的(108±6)%，證明抑制作用是通過5-HT1A受體實現的。在PD組大鼠，相同劑量的8-OH-DPAT使錐體神經元的放電頻率輕微升高至給藥前的(99±11)%。見表1。

表1 背內側前額葉皮層中局部給予8-OH-DPAT對各組錐體神經元放電頻率的影響±s)

3 討 論

6-OHDA損毀SNc后，背內側前額葉皮層中錐體神經元頻率升高、爆發式放電活動增強可能和以下原因有關：第一，背內側前額葉皮層主要接受VTA的DA能神經纖維傳入，并且表達D1和D2受體。電或化學刺激VTA以及微電泳DA時，可以使得PFC錐體神經元的自發電活動受到抑制〔6〕。這種抑制作用可能是通過直接作用于突觸后D2受體或者間接作用于GABA能中間神經元從而實現的。另外，Wang等〔7〕發現損毀大鼠的SNc后，VTA中的DA能神經元平均丟失32%。而且，6-OHDA單側損毀內側前腦束也會導致大鼠PFC中D1和D2受體表達減少。從這些研究可以推斷，6-OHDA損毀SNc導致VTA中 DA能神經元的變性，使背內側前額葉皮層錐體神經元上DA受體表達減少，從而導致了錐體神經元的去抑制。第二，背內側前額葉皮層也接受來自DRN和MRN的5-HT神經投射。而且，最近資料顯示，PFC中50%～60%的錐體神經元和20%～30%的中間神經元上有5-HT1A受體的表達〔8〕。刺激DRN和MRN可以通過激活5-HT1A受體而抑制mPFC中錐體神經元的電活動。在mPFC中，微電泳5-HT和5-HT受體激動劑也可以通過5-HT1A受體產生抑制作用。研究發現在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)誘導的猴子PD模型中，PFC中5-HT1A受體密度顯著降低〔9〕。解剖學和電生理學研究都強有力的說明黑質-紋狀體通路變性導致mPFC中5-HT1A受體表達下降，以及DRN和MRN中5-HT能神經元過度興奮都可能導致錐體神經元的電活動增強〔10〕。

綜上所述，mPFC中錐體神經元的電活動受復雜的內源性和外源性調節。因此，我們推測VTA中DA能神經元的喪失、mPFC中DA含量降低和5-HT1A受體表達的減少，以及縫核5-HT能神經元的過度興奮都對錐體神經元電活動的增強和呈現爆發式放電神經元的比例增多起重要作用。另外，錐體神經元具有非常廣泛的分支，爆發式放電活動對錐體神經元具有非常重要的意義，因為這可以增加動作電位到達神經末梢區域的可能性。因此，爆發式放電增多可能是一種代償作用。

6-OHDA損毀SNc后，背內側前額葉皮層中局部應用5-HT1A受體激動劑8-OH-DPAT并不能改變錐體神經元的放電頻率可能和以下原因有關：在假手術組大鼠，局部應用8-OH-DPAT顯著抑制錐體神經元的電活動，并且可以被選擇性5-HT1A受體拮抗劑WAY100635反轉，表明5-HT1A受體參與了這一過程。這些結果與以往的文獻報道一致〔11〕。另外，5-HT1A受體廣泛存在于大鼠腦內錐體細胞的胞體和(或)軸丘上，也表達于mPFC的GABA能中間神經元上。在損毀大鼠局部應用8-OH-DPAT并不能改變錐體神經元的放電頻率。因此，DA能神經元的損毀，降低了皮層內5-HT1A受體影響錐體神經元活動的能力。局部應用8-OH-DPAT不能改變錐體神經元的電活動，說明5-HT1A受體功能失調和(或)在此區域內密度降低。

4 參考文獻

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