大鼠丘脑底核HCN通道的电生理学及行为学研究

发布时间：2020-08-05 12:14

【摘要】：丘脑底核(subthalamic nuclcus,STN)是基底神经节间接通路上的重要中继核团,在正常和病理状态下对机体运动功能起着非常重要的调节作用。研究表明超级化激活环核甘酸门控阳离子(hyperpolarization-activated eyelie nueleotide gated,HCN)通道在STN自发起搏电活动中起重要作用。形态学研究表明STN有HCN通道的表达。离体脑版膜片钳研究发现HCN通道参与调节STN神经元电活动。目的：探讨HCN通道阻断剂ZD7288对正常大鼠STN神经元的在体电生理效应,激动剂8-Br-cAMP以及另一种HCN通道阴断剂CsCl对正常大鼠STN神经元在体电生理效应,将记录到的STN神经元按照放电间隔直方图和自相关进行放电模式分类,观察微量核团注射ZD7288和8-Br-cAMP对氟哌啶醇僵直模型大鼠姿势行为的影响,以及正常大鼠STN神经元HCN通道各亚型的表达情况。方法：本课题实验采用多管微电极在体细胞外电生理记录、埋管术、免疫组织化学染色以及尼氏染色等实验方法。结果：正常大鼠在体细胞外电生理实验中,在71只正常大鼠中共记录到160个STN神经元,平均放电频率为10.2±0.8Hz,规则放电78个(48.8%),不规则放电52个(32.5%),簇状放电30个(18.7%)。1.其中89个STN神经元在微量压力注射0.05rmM ZD7288后,42个(47.2%)自发放电频率由11.6±1.8Hz降低至5.7±1.=3Hz(n=42,P0.001),平均降低56.7±5.3%(P0.001),另外47个(52.8%)STN神经元可以被0.05mM ZD7288兴奋,自发放电频率由9.5±1.6Hz升高到16.3±2.4Hz(n=47,P0.001),平均升高142.2±29.8%(P0.001)。2.39个STN神经元在微量压力注射0.1mM8-Br-cAMP后,其中的18个(46.2%)STN神经元发生兴奋,自发放电频率由9.0±1.9Hz升高到15.6±3.1Hz(n=18,P0.001),平均升高126.4±36.8%(P0.001)。15个(38.5%)STN神经元可以被抑制,自发放电频率由6.5±0.8Hz降低至2.0±0.5Hz(n=15,P0.001),平均降低66.7±6.5%(P0.01)。剩余的6个(15.4%)STN神经元微量压力注射0.1mM8-Br-cAMP后,自发放电频率由11.9±3.2Hz升高到12.9±_4.0Hz(n=6,P0.05)，平均升高2.9±5.8%(P0.05),米发生显著改变。3.在另外一组,21个STN神经元经微量压力注射1mM CsCl后可以抑制其中的13个(61.9%)STN神经元,使自发放电频率由7.1±1.0Hz降低到2.4±0.611z(n=13,P0.001),平均降低67.0±8.1%(P0.001)。另外8个(38.1%)STN神经元可以被1mM CsCl兴奋,自发放电频率由12.0±3.8Hz升高至20.2±6.0Hz(n=8,P0.05),平均升高110.6±48.7%(P0.05)。4.在行为学实验中,腹腔注射氟哌啶醇可诱导大鼠产生相对稳定的僵直症状,单侧微量注射ZD7288或8-Br-cAMP可致帕金森病僵直模型大鼠出现不同的偏转行为。其中在注射ZD7288实验组12只大鼠中,有7只表现出明显的对侧偏转行为,与生理盐水组比有统计学意义(u=47.5,P0.001),另外5只表现为明显的同侧偏转行为,与生理盐水组比有统计学意义(u=36.0,P0.001)。在注射8-Br-cAMP实验组12只大鼠中,有6只表现出明显的对侧偏转行为,与生理盐水组比有统计学意义(u=75.4,P0.001),另外6只表现为明显的同侧偏转行为,与生理盐水组比有统计学意义(u=61.0,P0.001)。5.在免疫组织化学染色实验中，正常大鼠丘脑底核神经元HCN通道四利亚型均有表达。结论：电生理学研究结果显示ZD7288姐断HCN通道后可改变正常大鼠丘脑底核神经元的兴奋性,出现放电频率降低和升高的双向效应。用HCN通道激动剂8-Br-cAMP和另一种阻断剂CsCl作用于正常大鼠丘脑底核神经元同样可以产生放电频率降低和升高两种效应。ZD7288引起的双向效应可能与HCN通道亚型在丘脑底核神经元共表达有关。行为学实验则进一步揭示丘脑底核微量注射ZD7288能够诱导氟哌啶醇所致的帕金森病僵直大鼠出现不同的偏转行为,提示可能与ZD7288对丘脑底核神经元的不同电生理效应有关。形态学研究显示正常大鼠丘脑底核神经元有HCN通道受体的表达。基于以上实验结果,我们认为丘脑底核HCN通道的改变可能参与某些神经系统疾病。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R338.2
【图文】：

示意图,基底神经节,示意图

^ 基底yL经节既然Iji括许多核团，它们的生理功能不可能相同的，某些神经核团与运动有关，有的则与运动无关，除了与运动功能相关外，还可能与植物性神经功能，心理行为功能，感觉功能和学习记忆有关，这可能是因为基底神经节与边缘系统密切联系有关["’"]。本文将重点阐述皮质基底节回路在参与运动调节中的作用。基底神经节的运动调节功能是通过大脑皮层中与运动控制有关的区域而间接实现的。它们分别起自运动区，动眼运动区，扣带前K，背外侧额前区以及外侧眶额区，或同时起源于不同但神经功能相关的儿个皮层区。经典的基底神经节回路包括直接通路和间接通路两条通路（图2)。基底神经节各神经核团之间通过这两条神经通路的活动对机体随意运动的计划和启动、肌紧张的调节以及对新刺激信号的运动反应等方面对躯体运动进行调节[2|]。新纹状体整合传入信息，通过直接通路和间接通路将传入信息投射到基底神经节的各一输出核团，从而影响大脑皮层的兴奋性。 _ -

通道结构

在哺乳动物中发现的四种HCN通道亚型（HCN1-4)，每种亚型均具有由四个亚基组成的同源四聚体结构而每个亚基NB由三个结构模块构成(图3) [?]。（1)跨膜的核心区：包含六个跨膜a螺旋片段（S1-S6)，其中S4_(带正电荷的电压感受器）和PR (S5-S6之间的区域，为离子通过孔）是该模块中的最重要的功能区域。0 COOH末端：包括cAMP结合K (cyclic nucleotidebanding domain，CNBD)和连接跨膜结构和CNBD的氨基酸片段(尤-linker),其中，CNBD不仅可以调节HCN通道的活化过程，还可以调控HCN在细胞膜上的表这两个区域共同调节cAMP与HCN通道的结合过程，当通道活化时，跨膜核心K和CNBD均发生别构调节。（3)氨基末端下游序列长度变异较大，一致性低[83、3. 4. 2 HCN通道生理学特性HCN通道结构的特异性决定其生理特性，主要包括以下几点：细胞膜超极化时激活，对Na+、K+离子具有选择通透性，可被胞外Cs+阻断，受胞内cAMP调控。几乎所有细胞膜上的电压门控通道都是在细胞膜电位去极化时被激活，而

【参考文献】