下丘脑神经元在体活动参与摄食调控

发布时间：2017-12-29 23:08

本文关键词：下丘脑神经元在体活动参与摄食调控　出处：《华东师范大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：下丘脑掌管着动物身体能量平衡、基础代谢和心跳呼吸等诸多自主性生理功能,也参与包括摄食行为在内的复杂行为调控。以往实验证据表明,下丘脑的外侧区(Lateral hypothalamus,LH)是大脑的饥饿中枢,而腹内核(Ventromedial hypothalamus, VMH)是大脑的饱食中枢。LH损毁会导致食欲低下,而VMH损伤会造成进食过量。理论上,这两个脑区相互配合参与摄食调控,然而,下丘脑摄食相关脑区的神经元是通过何种模式的在体放电活动,来编码调控动物摄食行为的,目前仍知之甚少。本研究运用多通道在体记录技术,考察自由活动小鼠摄食行为过程中,下丘脑摄食相关神经元的在体放电模式,并通过药理学和光遗传学等研究手段进一步探讨其放电活动的调控机制。在26只C57BL/6小鼠的下丘脑,共记录到649个神经元。分析显示,其中有67个神经元(占10.4%)的在体放电模式,表现出与摄食行为的相关性,我们称之为摄食相关神经元(Feeding Related Neurons, FRN)。通过考察这些FRN在摄食过程中的反应,可区分出四种快反应的摄食相关在体放电模式(n=50)。其中,在摄食过程中增加放电的ON反应类群神经元有两个亚型,分别为Ⅰ型FRN的放电频率快速增加并快速衰减(n=15,占2.3%),和Ⅱ型FRN的放电频率增长滞后且衰减缓慢(n=14,占2.1%)。另外,在摄食过程中减少放电的OFF反应类群神经元也有两个亚型,分别为Ⅲ型FRN的放电频率快速下降且快速回升(n=9,占1.3%),和Ⅳ型FRN的放电频率降低滞后且缓慢回升(n=12,占1.8%)。进一步的统计分析表明,不论是ON类群还是OFF类群的摄食相关神经元,它们的摄食相关放电活动,均与动物进食的持续时间密切相关,且两者间存在高度相关性(ON型：r2=0.77：OFF型：r2=0.74)。而它们的摄食相关放电的特征却未与食物种类表现出相关性(P0.05)。即,不同的食物种类诱导出FRN的放电活动特性相似。此外,我们还发现在下丘脑有两类慢反应的摄食相关神经元(n=17),随着动物进食过程的持续,其在体放电模式表现为两种：一类下丘脑神经元的放电频率会缓慢而持续地增长(SlowIncrease, SI型),另一类下丘脑神经元的放电频率会缓慢而持续地降低(Slow Decrease, SD型)。为了判断这些摄食行为相关神经元是兴奋性神经元或抑制性中间神经元(Interneuron),我们分析了其动作电位波形与基底放电频率等电生理参数指标。结果显示,Ⅰ型、Ⅱ型和SI型摄食相关神经元中既有兴奋性神经元,也有抑制性中间神经元。而Ⅲ型、Ⅳ型和SD型摄食相关神经元中则大部分为疑似GABA能的抑制性中间神经元。为了进一步探讨下丘脑摄食相关神经元的生理活动特性,我们重点考察了记录到的下丘脑神经元对葡萄糖(D-Glucose,DG)和瘦素(Leptin)的反应。在8只小鼠上腹腔注射DG (2g/kg体重)后,有的下丘脑神经元放电活动表现为增加(n=28,占20%),有的表现为减少(n=24,占17%),另外还有88个下丘脑神经元没有反应。在这些神经元中,有40个为摄食相关神经元,其中15个放电活动增加,14个放电活动减少,余下10个对注射DG没有反应。在8只小鼠上腹腔注射瘦素(1 mg/kg)后,有的神经元放电活动表现为增加(n=20,占13%),有的神经元放电活动表现为减少(n=13,占7%),另外还有149个下丘脑神经元没有反应。在这些神经元中,有30个为摄食相关神经元,其中只有3个表现为放电活动增加,而21个表现为放电活动减少,其余6个没有反应。实验结果提示,大部分摄食相关神经元能响应能量信号,并且表达瘦素受体,这些生化特性有别于其它下丘脑神经元。最后,我们结合光遗传学和多通道在体记录技术,进一步考察下丘脑食欲素(Orexin, ORX)神经元对摄食相关神经元的调控作用。通过在实验小鼠LH区注射带有特异性标记ORX神经元启动子的慢病毒质粒,将光敏感离子通道(Channelrhodopsin-2, ChR2)表达于下丘脑的ORX神经元中。通过光激活ORX神经元,我们发现Ⅰ型FRN可被间接激活,而Ⅳ型FRN则被间接抑制。说明ORX神经元参与调控下丘脑FRN的放电活动。综上所述,我们对下丘脑摄食相关神经元在体放电活动的研究表明,不同种类下丘脑神经元在摄食行为过程中具有复杂多样的在体放电模式。这一结果提示,下丘脑局部环路中的摄食相关神经元,可能以不同的编码方式,共同参与调控摄食行为。这一结果也揭示了下丘脑在体摄食行为神经网络调控的复杂性,为后续进一步深入了解下丘脑摄食相关神经元的类型,以及各类型摄食相关神经元在摄食行为中的调控机制,提供了基础。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q42

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