自主感光视网膜神经节细胞介导的光调节对小鼠脑电活动的影响

发布时间：2017-08-24 14:25

  本文关键词：自主感光视网膜神经节细胞介导的光调节对小鼠脑电活动的影响

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【摘要】：目的自主感光视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs)能够合成感光蛋白一视黑素(melanopsin),具有参与调控昼夜节律、瞳孔对光反射等非成像视觉功能。本研究通过构建不同基因型小鼠的睡眠模型,采用脑立体定位和多导睡眠描记技术观察并记录在12h：12h明暗交替下以及关灯后给予光照小鼠脑电图(electroencephalogram, EEG)和肌电图(electromyography,EMG)的变化,进一步探讨ipRGCs在光调节下对睡眠活动的影响。方法1.实验动物雄性8周龄小鼠,SPF级,25-28g,共34只,均由中国科学技术大学生命科学学院脑功能与脑疾病重点实验室薛天研究组提供,按不同基因类型分为四组。2.基因鉴定取出生两周后小鼠脚趾组织进行PCR, PCR产物经1%DNA琼脂糖凝胶电泳进行鉴定。新生小鼠除野生型(C57BL/6J)外,都需要基因鉴定确定基因型后方可进行实验。转基因小鼠包括ipRGCs不感光型(melanopsin knockout, MKO),仅保留ipRGCs型(melanopsin only, MO)和视锥细胞、视杆细胞缺失且ipRGCs不感光型(TKO)这三种小鼠。3.记录方法小鼠经avertin(三溴乙醇,30 ml/kg)行腹腔麻醉后固定于小鼠脑立体定位适配器上,插入脑电电极和肌电电极,缝合伤口,将小鼠侧卧位放入屏蔽箱恢复笼内。放入恢复笼内恢复7天,在记录笼内适应3天后正式记录,观察在12h：12h明暗交替下小鼠的睡眠觉醒活动以及关灯后1h(21：00)给予1h(21：00-22：00)和3h(21：00-24：00)光照的条件下睡眠觉醒的变化。4.数据分析以4s为一分段时间,将睡眠觉醒周期分为觉醒(wakefulness, W),以低幅快波脑电和明显肌电活动为特征；非快动眼睡眠(non-rapid eye movement, NREM),以高幅慢波脑电和肌电活动明显减少为特征；快动眼睡眠(rapid eye movement, REM),以低幅慢波脑电和肌电安静为特征。总睡眠时间(total sleep time, TST)是REM睡眠和NREM睡眠时间之和。5.统计学处理采用SPSS 17.0统计软件进行统计分析,实验数据以均数±标准误(x±SEM)表示,两样本均数比较采用t检验,组间样本比较采用方差分析。以P0.05视为差异具有统计学意义。结果1. WT、MKO以及MO小鼠的睡眠觉醒节律可被明暗交替的光信号授时,在12h：12h明暗交替中,WT、MKO和MO小鼠的觉醒、REM睡眠以及NREM睡眠时间呈昼夜节律变化,三者之间差异无统计学意义。2.与12h：12h明暗交替的相应时段相比,WT小鼠(n=10)在21：00给予1h光照刺激,觉醒量减少67.31% (P 0.01), REM睡眠量、NREM睡眠量和TST分别增加3061.11% (P 0.01),929.95%(P 0.01),997.36%(P 0.01). NREM睡眠向觉醒的转换次数,觉醒向NREM睡眠的转换次数,NREM睡眠向REM睡眠的转换次数以及REM睡眠向觉醒的转换次数均有显着增加(P0.01)。短时程的觉醒数量(P0.01)、REM睡眠数量(P0.05)和NREM睡眠数量(P0.01)均增加。给予3 h光照刺激,觉醒量减少50.15%(P0.01),REM睡眠量、NREM睡眠量和TST分别增加785.15%(P 0.01),286.21% (P 0.01), 308.65%(P0.01)。 NREM睡眠向觉醒的转换次数,觉醒向NREM睡眠的转换次数,NREM睡眠向REM睡眠的转换次数以及REM睡眠向觉醒的转换次数均有显着增加(P0.01)。短时程的觉醒数量、REM睡眠数量和NREM睡眠数量均显着增加(P0.01)。3.MKO小鼠(n=8)在21：00给予1h和3h光照刺激,与12h：12h明暗交替的相应时段相比,其觉醒时间、REM睡眠时间、NREM睡眠时间以及TST未有明显的改变,差异无统计学意义。1h和3h光照刺激期间,NREM睡眠向觉醒的转换次数,觉醒向NREM睡眠的转换次数,NREM睡眠向REM睡眠的转换次数以及REM睡眠向觉醒的转换次数,差异不具有统计学意义。1h和3h光照刺激期间,短时程的觉醒数量、REM睡眠数量和NREM睡眠数量,差异不具有统计学意义。4.与12h：12 h明暗交替的相应时段相比,MO小(n=8)在21：00给予1h光照刺激,仅REM睡眠量增加106.75%(P0.05),觉醒量、NREM睡眠量和TST无明显改变。给予3h光照刺激,觉醒量减少18.92%(P 0.01), REM睡眠量、NREM睡眠量和TST分别增加137.38%(P0.05),33.63%(P0.05),40.65%(P0.01)。1h和3h光照刺激期间,NREM睡眠向觉醒的转换次数,觉醒向NREM睡眠的转换次数,NREM睡眠向REM睡眠的转换次数以及REM睡眠向觉醒的转换次数,差异不具有统计学意义。长时程和短时程的觉醒数量,短时程的REM睡眠数量和NREM睡眠数量增加,差异不具有统计学意义。5.TKO小鼠(n=8)在12h：12h明暗交替中,觉醒、REM睡眠及NREM睡眠周期无法与光照周期相位匹配,给予1h和3h光照刺激后未有改变。结论表达视黑素的ipRGCs同视锥细胞、视杆细胞共同作用于光诱导小鼠睡眠的过程,其中ipRGCs具有重要作用。
【关键词】：自主感光视网膜神经节细胞 光照 生物节律 睡眠
【学位授予单位】：安徽医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R338
【目录】：

• 中文摘要6-9
• 英文摘要9-12
• 前言12-13
• 材料与方法13-16
• 结果16-40
• 讨论40-43
• 结论43-44
• 参考文献44-48
• 附录48-50
• 致谢50-51
• 综述51-57
• 参考文献54-57

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