GABA_B受体调节中脑导水管周围灰质突触传递的机制

发布时间：2020-07-14 17:57

【摘要】：中脑导水管周围灰质(periaqueductal gray,PAG)位于中脑,PAG包绕着中脑水管,是所谓的“下行抑制系统”的重要起始部分。在PAG的各分区中,其腹外侧部分(ventrolateral PAG,vl PAG)与镇痛功能密切相关,因而受到特别重视并被重点研究。PAG向脊髓的投射分为经由延髓吻段腹侧部(rostral ventromedial medulla,RVM)中介后终止于脊髓和直接向脊髓投射两种。PAG通过上述两条路径而对脊髓水平的伤害性信息发挥调控作用。上世纪60年代,中国科学家邹冈等发现,激活PAG神经元在实验动物水平有镇痛作用,后续的临床研究证实了上述发现。随着神经科学技术的发展,PAG的细胞构筑及突触水平的形态与功能研究取得了长足进步。形态学研究提示,vl PAG内兴奋性突触(含glutamate,Glu)及抑制性突触(含γ-aminobutyric acid,GABA)均在突触前表达GABA_B受体—GABA受体的代谢型亚型。兴奋性突触释放的谷氨酸作用于其突触后受体,包括NMDA(N-methyl-D-aspartic acid)受体、KA(kainic acid)受体和AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid)受体;而抑制性突触释放的GABA作用于突触后的GABAA受体及突触后和“突触外”的GABA_B受体。GABAA受体实际上是一种氯离子通道,其开放可以使氯离子延浓度梯度流动;而GABA_B受体是一种与胞内G_(i/q)蛋白偶联的“经典”G蛋白偶联受体。GABAA受体和GABA_B受体分别介导“快”和“慢”的抑制性反应。行为学结果表明PAG内注射GABA_B受体激动剂baclofen(巴氯芬)可引起“致痛”和“镇痛”两种截然相反的效应,其不同作用依赖于baclofen的不同浓度。离体电生理学实验显示,激活突触前GABA_B受体,抑制突触前递质的释放,此作用主要和抑制突触前Ca~(2+)通道有关;另一方面,激活突触后及“突触外”的GABA_B受体,可引起一个G蛋白偶联的内向整流钾通道(G protein-coupled inwardly rectifying K~+,GIRK)电流,此电流为一个“慢”的膜电流。然而,GABA_B受体在PAG水平的作用机制尚有诸多不明之处。本学位论文应用高阻封接膜片钳记录技术,在成年大鼠急性PAG切片上记录PAG神经元全细胞电流。本论文实验结果观察到:(1)同步检测GABA_B受体的突触前和突触后反应,显示突触前和突触后受体在PAG内对其受体激动剂baclofen具有不同敏感性。突触前受体和突触后受体的不同敏感性可能对维持PAG神经元的自身动态平衡(homeostasis)至关重要;(2)利用GABA转运体抑制剂nipecotic acid(NPA)“集聚”突触外GABA的浓度,我们发现:“集聚”的GABA可以同时通过激活GABA能突触及谷氨酸能突触继而分别抑制GABA和Glu的释放。这些结果提示PAG神经元可以通过集聚的GABA而影响突触传递,此作用由GABA_B受体介导,因而提示一种可能的新的影响下行抑制系统疼痛调节的作用途径;(3)因为不同浓度的baclofen在整体行为学水平引起“致痛”和“镇痛“两种相反作用,我们设想不同浓度的baclofen可能在细胞和突触水平有不同作用。我们选择了“饱和浓度”(5μM)和“非饱和浓度”(0.1μM)baclofen,分别检验它们对兴奋性突触及抑制性突触的作用。结果表明饱和浓度的baclofen对上述两类突触的抑制效果无统计学差异,而非饱和浓度的baclofen对上述两类突触的作用有差异:0.1μM的baclofen对抑制性突触的抑制效应显著大于其对兴奋性突触的作用。与之相对应,非饱和浓度baclofen对单个PAG神经元的兴奋性显示增加作用而非抑制作用。上述结果解释了行为学不同浓度baclofen引起相反作用的机制。综上,本研究的电生理学实验结果的直接证据表明PAG内GABA_B受体在突触前和突触后的敏感性不同,“集聚”的GABA同时抑制兴奋性突触和抑制性突触,且非饱和浓度的baclofen对两种突触的作用有差异。以上结果对我们更好地理解GABA_B受体在PAG内的作用,及利用GABA_B受体作为调节疼痛的靶点都有重要的理论意义。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R338
【图文】：

角色,脊髓背角,延髓,脊髓

个下行抑制系统，后者包括 PAG、延髓吻段腹侧部 (rostral vVM) 和外侧网状核 (lateral reticular nucleus, LRN) 等，最终）背角[2,3,5,16,17]。大脑的高级中枢对伤害性信息作出反馈，通特异性通路向下传递，从而对传入脊髓（或延髓）水平的伤害 1A)[1,5]。是中脑顶盖和被盖之间由一群小神经细胞围绕中脑导水管形。PAG 是中脑中不断进化的神经基质，调节广泛的复杂行为，惧等[2]。PAG 起源的下行抑制系统主要经由两条通路实现下-RVM-脊髓背角通路，另一条是 PAG-LRN-脊髓背角通路[16,在一条 PAG 到脊髓背角的直接通路[2]。PAG 接受来自脊髓伤传入，也接受来自额叶皮层、岛叶、杏仁、下丘脑、楔状核核等的传入[16,17]。PAG 在伤害性信息的传递过程中处于至关重因此 PAG 也是研究镇痛调制的重点目标之一[2,5]。

剂量-反应曲线,突触前,GABAB受体,腹外侧区

图 3 腹外侧区 PAG 神经元的突触前和突触后 GABAB受体的敏感性不同。(A) 底部：长条状为连续的细胞膜反应记录，记录了膜电流，同时记录突触前刺激引起的eEPSCs。可见 0.01 μM baclofen 未引起可见的膜电流反应，但在 1 μM 时，引起一个明显的膜电流。上部：突触前刺激引起的 eEPSCs 在 0.01 μM baclofen 灌流时，引起部分抑制幅度①②；而在 1 μM baclofen 灌流时，引起 eEPSCs 的显著抑制③④。每个数字的时间点所产生的电流轨迹分别在上方列出，以下部图中的①②③④表示。不同浓度的 baclofen 灌流以长条记录图上的横线表示。 (B) 突触前和突触后 baclofen 作用的剂量-反应曲线，EC50分别为0.37 μM 和 1.68 μM (P < 0.01)。数据表示为平均值 ± 标准误。括号中的数字表示记录在突触前和突触后反应的每个浓度点的细胞数量。bac, baclofen 巴氯芬；eEPSCsinhibition,baclofen 抑制被激发的兴奋性突触后电流的幅度为 100％; Iout，向外的细胞膜电流幅度(%)。本图选自作者已发表论文[5]，有改动。Fig. 3 Differential sensitivity of presynaptic and postsynaptic GABABreceptors in vlPAG neurons.(A) Bottom: the chart recording shows the simultaneous recording of postsynaptic membrane

抑制性突触,比例尺

图 4 NPA 对抑制性突触传递的影响。ABA 转运体抑制剂哌啶甲酸 NPA (10 mM) 减少抑制性突触后电流 (eIPSCs)加其半数恢复期时间。比例尺：100 pA, 100 ms。(B) 加入 GABAB受体的拮432 (1 μM) 后 eIPSCs 的幅度增加。在 CGP52432 存在的条件下，加入 NPA (10 eIPSCs 的幅度。比例尺：80 pA,100 ms。(C) 汇总的数据显示不同程度 NPANPA; n = 10) 和存在 CGP52432 (CGP + NPA; n = 9) 的 eIPSCs 幅度的影响有显 t 检验)，表明 NPA 通过集聚 GABA 而影响 eIPSCs。虚线表示基线 (100％)。微小抑制性突触后电流 (mIPSC) 的作用示例。上、中和下分别表示在 NPA，应用中和洗脱后。右：汇集数据显示 NPA 降低了 mIPSCs 的相对频率 (上有降低相对幅度 (下图) (n = 6)。比例尺：20 pA, 1 s。数据显示均为平均值 ±05; ** P<0.01。Ampl., amplitude, 幅度; Ctrl., control, 对照; Freq., frequency, 频图来自作者已发表论文[2]。Fig. 4 Effects of nipecotic acid (NPA) on inhibitory synaptic transmission.

【参考文献】