大麻素对大鼠苍白球神经元的双向调节效应及受体机制

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanke0022
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内源性大麻素(endocannabinoids,eCBs)是参与中枢运动控制的生物活性物质,在痛觉、食欲、成瘾、情绪、习惯养成、学习与记忆、奖赏与动机行为等方面发挥重要生理功能。苍白球(globus pallidus,GP)参与调节躯体运动,与其他核团共同构成基底神经节回路。苍白球中有大麻素1型受体(cannabinoid type 1 receptor,CB1R)和大麻素2型受体(cannabinoid type 2 receptor,CB2R)的表达,提示苍白球是eCBs的作用区域。苍白球接收来自纹状体中型多棘神经元轴突末梢及苍白球神经元轴突侧支的γ-氨基丁酸能纤维支配。苍白球中CB1R主要位于纹状体-苍白球投射神经元的轴突末梢。在帕金森病患病不同阶段内源性大麻素系统发生双相的变化模式,表明内源性大麻素系统在帕金森病中发挥重要作用。有研究表明,检测原发帕金森病患者的脑脊液发现,未经多巴胺治疗的患者anandamide(eCBs之一)水平是治疗组的2倍以上。目的:观察大麻素受体激动剂对大鼠苍白球神经元自发放电活动的影响及受体机制,以及探究苍白球大麻素对大鼠运动行为的影响及受体机制。方法:采用三管微电极在体细胞外电生理实验、提升躯体摇摆实验、爬杆实验、氟哌啶醇诱导的僵直实验、免疫组织化学染色等技术。结果:1.CB1R和CB2R非选择性激动剂WIN 55,212-2对101个苍白球神经元自发放电频率产生不同的影响。苍白球注射WIN 55,212-2(0.01 m M)后,其中55个神经元的放电频率由13.46±0.98 Hz增加至17.54±1.13 Hz(t=-12.727,df=54,P<0.001),细胞放电频率增加百分数37.08±2.97%;其中17个神经元的放电频率由16.41±1.25 Hz降低至9.94±0.93 Hz(t=8.004,df=16,P<0.001),细胞放电频率降低百分数38.68±3.74%;其中12个神经元的放电频率由18.74±3.97 Hz先增加至23.02±4.81 Hz(t=-3.583,df=11,P<0.01),细胞放电频率增加百分数33.05±7.01%,然后这12个神经元的放电频率由18.74±3.97 Hz降低至12.33±3.35 Hz(t=3.576,df=11,P<0.01),细胞放电频率降低百分数45.99±8.48%。其余17个苍白球神经元注射WIN 55,212-2后,每个神经元放电频率的变化小于2倍标准差(加药前:12.30±2.41 Hz,加药后:12.76±2.47 Hz,放电频率变化百分数:+6.58±2.85%)。而注射人工脑脊液的对照组加药前后放电频率无明显差异(加药前:13.30±1.23 Hz,加药后:13.76±1.25 Hz,t=-3.409,df=34,P>0.05,放电频率变化百分数:+4.53±1.38%)。苍白球神经元注射WIN 55,212-2后放电频率增加的百分数与基础放电频率呈负相关(r=-0.580,P<0.001);苍白球神经元注射WIN 55,212-2后放电频率降低的百分数与基础放电频率无相关性(r=0.164,P>0.05);苍白球注射WIN 55,212-2后放电频率先升高后降低的神经元其放电频率增加的百分数与基础放电频率呈负相关(r=-0.626,P<0.05),其放电频率降低的百分数与基础放电频率呈正相关(r=0.597,P<0.05)。2.苍白球注射CB1R阻断剂AM 251(0.01 mM)后,其中12个神经元的放电频率由13.83±2.08 Hz降低至9.35±1.84 Hz(t=6.006,df=11,P<0.001),细胞放电频率降低37.93±6.43%;使其中3个神经元的放电频率由12.97±5.49 Hz增加至16.62±5.24 Hz(t=-6.289,df=2,P<0.05),细胞放电频率增加39.92±16.47%;在其余8个苍白球神经元中,AM 251使每个神经元放电频率的变化小于2倍标准差(加药前:14.10±1.57 Hz,加药后:13.76±1.54 Hz)。而人工脑脊液组加药前后放电频率无明显差异(加药前:15.68±1.97 Hz,加药后:15.90±1.98 Hz,t=-0.699,df=9,P>0.05,放电变化百分数:+2.02±2.10%)。苍白球注射CB2R阻断剂AM630(0.01 mM)后,所有19个神经元的放电频率的变化小于2倍标准差(加药前:15.35±2.30 Hz,加药后:15.72±2.37 Hz,t=-1.967,df=18,P>0.05)。此外,我们又观察到高浓度AM 630(1 mM)对苍白球神经元放电频率亦无影响(加药前:11.28±3.13 Hz,加药后:11.53±3.02 Hz,t=-0.293,df=4,P>0.05)。以上实验提示苍白球内源性大麻素通过CB1R调控神经元自发放电。3.在8个神经元中,苍白球单独微量注射WIN 55,212-2放电频率由14.10±2.47Hz增加至17.27±2.40 Hz(t=-8.376,df=7,P<0.001),细胞放电频率增加31.80±10.59%。而联合给予AM 251和WIN 55,212-2后,AM 251阻断WIN 55,212-2诱导的兴奋性效应(基础放电频率:12.80±2.20 Hz,AM 251+WIN 55,212-2:12.52±2.23 Hz),放电频率平均变化百分数为-2.22±3.08%(Z=-3.361,P<0.001与单独给予WIN 55,212-2比较,n=8)。为了消除第二次注射WIN 55212-2对苍白球神经元的脱敏作用,我们在同一神经元中先后注射了两次WIN 55212-2,结果表明,第二次注射WIN 55,212-2对5个苍白球神经元具有与第一次注射相似的兴奋作用(加药前:18.74±4.18 Hz,第一次注射:25.14±4.93 Hz,放电频率增加百分数:40.34±9.54%;加药前:18.78±4.26 Hz,第二次注射:24.37±4.88 Hz,放电频率增加百分数:35.31±8.74%,P>0.05与第一次注射WIN 55,212-2相比)。另外,在2个苍白球神经元中,WIN 55,212-2诱导的抑制反应(-56.22±7.02%)中,AM 251与WIN55,212-2联合应用,明显阻断WIN 55,212-2诱导的放电抑制(放电频率变化百分数:+10.76±10.58%)。此外,在另外8个神经元中,苍白球单独微量注射WIN 55,212-2放电频率由21.22±3.44 Hz增加至26.15±3.97 Hz(t=-5.573,df=7,P<0.001),细胞放电频率增加百分数26.84±4.74%。而联合给予AM 630和WIN 55,212-2未能阻断WIN 55,212-2诱导的兴奋性效应(基础放电频率:21.12±3.64 Hz,AM 630+WIN 55,212-2:25.15±4.04 Hz),放电频率增加百分数为23.41±4.78%(Z=-0.630,P>0.05与单独给予WIN 55,212-2比较,n=8)。上述实验结果揭示外源性大麻素通过CB1R调控苍白球神经元自发放电。4.进一步采用行为学实验技术观察苍白球给予大麻素是可否参与机体运动调控。提升躯体摇摆实验结果显示,苍白球单侧微量注射人工脑脊液没有引起大鼠明显的偏侧摇摆倾向(对侧摇摆率:50.00±2.36%,n=9)。与对照组相比,在9只大鼠苍白球单侧微量注射WIN 55,212-2后,大鼠出现明显对侧摇摆倾向(对侧摇摆率:81.11±2.60%,n=9,Z=3.641,P<0.001);然而在另外4只大鼠中,苍白球单侧微量注射WIN 55,212-2表现出同侧摇摆行为(同侧摇摆率:82.50±4.79%,n=4,Z=-2.874,P<0.01)。苍白球单侧联合给予AM 251和WIN 55,212-2大鼠没有出现明显的偏侧摇摆倾向(对侧摇摆率:50.00±2.18%,n=7;Z=3.416,P<0.001和Z=-2.446,P<0.05分别与WIN 55,212-2诱导的对侧偏转和同侧偏转组比较)。然而苍白球单侧联合给予AM 630和WIN 55,212-2大鼠出现明显的对侧摇摆倾向(对侧摇摆率:83.33±2.11%,n=6,Z=-0.764,P>0.05与WIN 55,212-2诱导的对侧偏转组比较)。苍白球单侧微量注射AM 251则引起大鼠同侧摇摆行为(同侧摇摆率:76.67±3.33%,n=6,Z=-3.262,P<0.001与对照组比较)。而苍白球单侧微量注射AM 630没有引起大鼠偏侧摇摆倾向(对侧摇摆率:53.33±3.33%,n=6,Z=0.891,P>0.05与对照组比较)。5.大鼠腹腔注射氟哌啶醇出现僵直后,苍白球单侧微量注射人工脑脊液没有引起大鼠出现固定的偏转行为(n=10)。而单侧注射WIN 55,212-2后,其中14只大鼠60分钟内表现出明显的对侧偏转,偏转评分保持在1~3分,另外3只大鼠表现出明显的同侧偏转,偏转评分保持在-1~-2分。单侧注射AM 251后,大鼠表现出同侧偏转,偏转评分保持在-1~-3分(n=6)。而单侧注射AM 630后,大鼠没有表现出固定的偏转倾向(n=6)。联合注射AM 251和WIN 55,212-2可阻断WIN 55,212-2诱导的偏转倾向,偏转评分约为0(n=7),而联合注射AM 630和WIN 55,212-2没能阻断WIN 55,212-2诱导的偏转倾向,偏转评分保持在1~3分(n=6)。6.苍白球双侧微量注射WIN 55,212-2,与对照组相比平均爬杆时间显著缩短(n=6,t=4.941,P<0.001)。AM 251组平均爬杆时间与对照组相比无明显差异(n=6,t=1.222,P>0.05),AM 630组平均爬杆时间与对照组相比亦无明显差异(n=6,t=2.322,P>0.05)。进一步测试结果显示,联合给予AM 251和WIN 55,212-2组平均爬杆时间与WIN 55,212-2组相比显著延长(n=9,t=3.565,P<0.05),而AM 630+WIN 55,212-2组平均爬杆时间与WIN 55,212-2组相比无明显差异(n=6,t=0.514,P>0.05)。上述(4,5,6)行为学实验证实大麻素可以通过影响苍白球神经元自发放电而参与机体运动行为调控。7.采用免疫组织化学染色方法观察到苍白球有CB1R表达。结论:本研究的在体单细胞电生理实验结果提示,WIN 55,212-2对苍白球神经元自发放电产生复杂影响,包括兴奋、抑制、先兴奋后抑制。清醒动物行为学结果显示,苍白球给予WIN 55,212-2的主要作用为增加大鼠的运动行为,eCBs也参与大鼠运动行为的调控。CB1R参与苍白球WIN 55,212-2诱导的电生理和行为效应。
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