组胺促觉醒系统对内嗅皮层神经元活动的调控及空间学习记忆的影响

发布时间：2017-04-01 17:14

  本文关键词：组胺促觉醒系统对内嗅皮层神经元活动的调控及空间学习记忆的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空间学习记忆是大脑最重要的高级功能之一。系列研究表明,内嗅皮层(entorhinal cortex,EC)在空间学习记忆过程中扮演着重要的角色。在解剖结构上,EC是海马-新皮层神经环路的重要节点,是海马-新皮层的对话“中继站”。不仅如此,近来发现EC具有空间记忆相关的功能神经元(网格细胞及边界细胞等),能主动参与空间环境的编码和空间导航。EC相关的空间认知功能依赖于大脑良好的觉醒状态。业已揭示,组胺系统在维持脑觉醒状态具有重要的作用。系列研究显示,在新皮层组胺通过直接通路或皮层下促觉醒核团维系皮层的警觉状态,进而易化空间记忆的编码。在海马,组胺能兴奋CA1锥体神经元和DG的颗粒细胞;能够调控海马神经元集群θ振荡活动;并作用于内侧隔区的乙酰胆碱系统,引起海马的乙酰胆碱释放增加,进而间接易化在海马长时程增强,参与空间认知的过程。既然组胺被证实能够影响海马和新皮层兴奋性及其相关认知功能。那么,EC作为海马与新皮层的对话的“中继站”,是否受到组胺系统的调控成为了我们的关注点。回顾文献,EC接受组胺纤维的支配,但其功能尚不清楚。为此,本课题采用形态学,全细胞膜片钳及行为学检测技术,旨在从分子、细胞及行为学水平上阐明组胺系统在EC的生理功能。在上述基础上,我们也注意到orexins系统也参与觉醒的发生和维持。近年来,orexins也被报道能调控海马及前额叶神经元的活动及突触传递,并参与大鼠的空间学习。既然EC与空间认知高度相关。那么我们感兴趣的是,orexins是否同组胺系统一样,也支配并调制EC。为此,在探讨组胺对EC调制的同时,本课题也初步地观察了觉醒肽orexins对EC浅层不同投射神经元活动的影响。主要结果如下:1.组胺及觉醒肽orexins能兴奋EC浅层投射神经元。EC浅层(II/III层)主要投射神经元为星状和锥体神经元。两类神经元可通过形态及电生理特性进行区分。组胺(1-1000μM)显著引起星状和锥体神经元膜电位发生去极化,并能诱发神经元放电,组胺的效应具有浓度依赖和可逆的特性。同样,在电压钳的模式下,组胺能产生显著的内向电流(n=5,p0.01)。然而,在ec深层组胺(10-1000μm)并不影响其主要投射神经元的膜电位(10μm:n=8;p=0.61;100μm:n=10,p=0.22;1mm:n=10,p=0.17)及全细胞电流(10μm:n=19;p=0.94;100μm:n=12,p=0.07;1mm:n=13,p=0.19)。结果表明,组胺能特异的增加ec浅层投射神经元的兴奋性。上述基础上,本课题也探讨了另一觉醒系统,即orexins系统对ec浅层投射神经元的效应。首先记录ecii层星状神经元,在100nm浓度时,orexin-a显著引起星状神经元膜电位发生去极化(n=17;p0.001),并能诱发内向电流(n=5;p0.01),表明觉醒肽orexin-a能兴奋星状投射神经元。同样,orexin引起ecii层(n=9,p0.001)和iii层锥体神经元去极化(n=6,p0.001)。在ecii层星状,锥体神经元及iii层锥体神经元之间,orexin-a引起的神经元去极化无显著的差异(h2=0.24;p=0.89)。该结果表明orexin-a也能兴奋ec浅层投射神经元,且其效应无细胞的特异性。2.组胺通过激活h1rs-pkc通路抑制内向整流钾通道,进而产生突触后效应。在acsf灌流h1rs阻断剂trip后,组胺引起的去极化完全消失(n=5,p0.05),而组胺的突触后效应不受h2rs阻断剂rani(n=8,p=0.32)或h3rs阻断剂clob(n=8,p=0.59)的影响。形态学显示,在ec浅层有高丰度的h1rs表达,而突触后受体h2rs表达较弱。在ec脑片上灌流pkc阻断剂bis-ii至少90min后,组胺诱发的去极化也受到显著的抑制(n=10,p0.0001)。上述结果表明,组胺的去极化依赖于h1rs-plc-pkc信号通路。acsf中灌流ttx后,组胺引起的去极化不受影响(n=5,p=0.81)。组胺引起的效应也不受离子型谷氨酸和gabaa受体阻断剂的影响(n=5,p=0.38)。组胺存在情况下,神经元的膜电导显著降低(n=4,p0.05),表明组胺引起的去极化是直接的突触后效应。应用缓慢的ramp电压刺激(-120mv~+50mv,dv/dt=-10mv/s),得到组胺诱导的差异电流。组胺诱导电流具有内向整流特性,且平衡电位( 87±1mv)接近k+平衡电位。胞外k+浓度为10mm时,组胺诱导的平衡电位(-59±1mv)又接近k+平衡电位。应用钾离子通道阻断剂,组胺引起神经元去极化能被ba2+(n=6,p0.01)或cs+(n=5,p0.01)完全阻断。然而,电压门控钾通道阻断剂4ap(n=6,p=0.77)和tea(n=4,p=0.89)不影响组胺诱发的去极化。该结果表明,组胺引起的去极化是抑制内向整流k+通道所致。3.在ec浅层组胺能够在突触前特异的抑制gaba释放,而对深层的突触传递无明显效应。应用全细胞膜片钳结合药理学手段,我们分离出ec微小兴奋性突触后电流(miniatureexcitatorypostsynapticcurrents,mepscs)和抑制性突触后电流(miniatureinhibitorypostsynapticcurrents,mipscs)。在ec浅层投射神经元,组胺能抑制mipsc发生的频率(n=7,p0.01),而对其幅度无显著的作用(n=7,p=0.62)。ec浅层投射神经元的mepscs频率和幅度均不受组胺的影响。在ec深层投射神经元,组胺对mipscs和mepscs均无显著的影响,表明组胺区域特异性地抑制ec浅层gaba的释放。4.组胺通过激活h3rs抑制vgccs,产生突触前效应。在acsf中灌流组胺阻断剂,观察其对组胺抑制gaba释放效应的影响。在h1rs阻断剂和h2rs阻断剂存在下,组胺仍能抑制mipscs活动(trip:n=6,p0.05;rani:n=7,p0.05)。然而,组胺对gaba释放的抑制效应被h3rs阻断剂完全阻断(n=6,p=0.68)。形态学结果显示,h3rs特异的表达在ec浅层gaba轴突末梢上,而在深层表达较少。上述结果表明,组胺抑制gaba递质释放是通过激活h3rs所致。acsf灌流电压门控钙通道(voltage-gatedcalciumchannels,vgccs)阻断剂cd2+引起mipscs频率累积曲线右移(p0.001,k-s检验),并使mipscs频率降低到57±6%(p0.01,n=7)。在cd2+存在下,组胺对mipscs的频率累积曲线及发生频率均无明显作用(n=7,p=0.80),同样,在无ca2+的条件下,组胺对mipscs发生频率也无明显效应(n=5,p=0.65),上述结果说明组胺对ec浅层mipscs调制是通过抑制vgccs的活动来实现。5.阻断ec浅层的h1rs或h3rs引起大鼠的空间学习记忆显著受损,并不影响动物的运动功能和探索行为。在上述的基础上,本项目采用morris水迷宫探讨ec组胺系统对大鼠空间学习的影响。ec浅层给予h1rs阻断剂(p0.001)或h3rs阻断剂(p0.01)后,大鼠寻找平台的潜伏期显著延长(trip:p0.001;clob:p0.01)。然而,微注射h2rs阻断剂rani后,大鼠寻找逃生平台的潜伏期不受影响(p=0.86)。一些非空间学习的因素如动机,情绪及运动功能也可影响水迷宫行为测试。为排除非空间因素对水迷宫结果的影响,我们进一步分析了水迷宫中大鼠的游泳速度,事实上,大鼠游泳速度不受组胺阻断剂的影响(f4,57=0.99,p=0.42)。同样,在旷场实验中,组胺不影响大鼠的运动总路程(f4,33=0.59,p=0.68)及探索行为(f4,33=0.23,p=0.92)。综上,ec浅层的组胺信号特异地参与了空间学习。6.干预EC深层组胺系统不影响大鼠的空间认知功能,运动和探索行为。同样,我们也在EC深层微注射组胺受体的阻断剂,观察其对大鼠的空间学习的影响。在各处理组间,大鼠寻找平台的潜伏期并无显著的差异(F4,44=1.19;P=0.33),且无交互作用(F44,484=0.60;P=0.98)。同样,大鼠在水迷宫中的运动速度也无显著的差别(F4,44=1.38;P=0.26)。EC深层微注射组胺受体阻断剂不影响大鼠在旷场中的运动功能(F4,34=0.27;P=0.90)及探索行为(F4,34=0.10;P=0.98),表明在EC深层组胺系统并不调控大鼠的空间学习。上述结果表明,组胺及orexins能增加EC浅层投射神经元的兴奋性。其中,组胺的兴奋效应是通过抑制胞体上内向整流钾通道和突触前GABA释放的方式实现。组胺这种调节作用参与了EC浅层所介导的空间学习过程。该发现为觉醒关联学习和记忆提供新的神经机制,同样,也为治疗认知功能障碍相关的疾病供了新的思路。
【关键词】：组胺 内嗅皮层 内向整流钾通道 空间记忆 突触传递 觉醒系统
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R338
【目录】：

• 英文缩写一览表4-7
• 英文摘要7-12
• 中文摘要12-16
• 第一章 前言16-18
• 第二章 组胺调控内嗅皮层神经元的兴奋性及受体-胞内信号通路-离子通道机制18-43
• 2.1 材料和方法19-26
• 2.2 结果26-40
• 2.3 讨论40-43
• 第三章 组胺调控内嗅皮层神经元的突触传递及受体-离子通道机制43-61
• 3.1 材料和方法43-45
• 3.2 结果45-58
• 3.3 讨论58-61
• 第四章 在内嗅皮层组胺系统对空间学习记忆的影响61-72
• 4.1 材料和方法61-64
• 4.2 结果64-70
• 4.3 讨论70-72
• 全文总结72-74
• 参考文献74-90
• 文献综述 内嗅皮层的结构与功能研究进展90-114
• 参考文献104-114
• 学习期间发表的论文114-116
• 致谢116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Yanping Cun;Lin Tang;Jie Yan;Chao He;Yang Li;Zhian Hu;Jianxia Xia;;Orexin A attenuates the sleep-promoting effect of adenosine in the lateral hypothalamus of rats[J];Neuroscience Bulletin;2014年05期

  本文关键词：组胺促觉醒系统对内嗅皮层神经元活动的调控及空间学习记忆的影响，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：281001