星形膠質(zhì)細(xì)胞在桶狀皮層功能及可塑性中的作用.pdf

1、背景和目的：在哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，存在兩種神經(jīng)細(xì)胞-神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞。對(duì)于神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)及其在信息處理和傳遞中的功能已經(jīng)有了廣泛而深入的研究，并且對(duì)其機(jī)制也了解得比較清楚。而相對(duì)于神經(jīng)元來說，膠質(zhì)細(xì)胞是怎樣參與神經(jīng)信息的整合、傳輸還沒有很系統(tǒng)的研究。因?yàn)槟z質(zhì)細(xì)胞本身的電惰性，接受電刺激或機(jī)械刺激后不能像神經(jīng)元那樣發(fā)生動(dòng)作電位，因此很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)人們都認(rèn)為膠質(zhì)細(xì)胞主要作用是對(duì)神經(jīng)元起到支持和營(yíng)養(yǎng)作用，本身不具備信息傳遞和處理的功能。<

2、br>　　 近年來大量研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元共同參與神經(jīng)系統(tǒng)中各項(xiàng)功能活動(dòng)的調(diào)控。膠質(zhì)細(xì)胞，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞在各種信息處理中起著重要作用。但是這些研究結(jié)果主要是在離體水平得到的，缺乏說服力。而在在體情況下，動(dòng)物腦內(nèi)的膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元之間的聯(lián)系保持完整，環(huán)境相對(duì)更穩(wěn)定，所得到的結(jié)果應(yīng)更能反映星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦內(nèi)的實(shí)際功能。故本實(shí)驗(yàn)擬在在體水平研究星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)重要腦功能如感覺信息處理中的作用。
　　 桶狀皮層(barrel c

3、ortex)作為體表感覺皮層中的一個(gè)主要部分，其第Ⅳ層中每個(gè)功能柱與嚙齒類動(dòng)物的面部須觸須都具有一一對(duì)應(yīng)性，每個(gè)功能柱中的神經(jīng)元主要接受來自對(duì)應(yīng)一根主要觸須的傳入信息，并產(chǎn)生誘發(fā)反應(yīng)。利用這一特性，可以在刺激觸須時(shí)記錄到對(duì)應(yīng)腦區(qū)神經(jīng)元的電活動(dòng)。因此在本實(shí)驗(yàn)中以桶狀皮層第Ⅳ層為切入點(diǎn)，研究選擇性刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)桶狀皮層功能及可塑性的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)方法：研究對(duì)象為Sprague-Dawley(SD)大鼠，220g～280g；C

4、57BL(C57)小鼠，25～30g，雌雄不拘，20％烏拉坦(0.8ml/100g)腹腔注射麻醉后，固定于腦立體定位儀上。記錄電極位置為：大鼠(P：1.9mm，LR：5.5mm，H：0.8～0.9mm)；小鼠(P：1.5mm，LR：3mm，H：0.4mm)。觸須刺激由電刺激器控制氣泵產(chǎn)生氣流，由玻璃微電極導(dǎo)出，氣流方向由觸須的正下方垂直于觸須，一般引起的觸須振動(dòng)為～1mm。當(dāng)找到對(duì)應(yīng)的主反應(yīng)觸須(PW)后，記錄單刺激誘發(fā)的皮層反應(yīng)。腦內(nèi)

5、藥物微量注射量為1μl，勻速注射3-5min。觸須剝奪試驗(yàn)中，分別于SD大鼠出生后第一周和第五周進(jìn)行雙側(cè)觸須齊根剪掉，連續(xù)7天。正常對(duì)照組只對(duì)兩側(cè)進(jìn)行模擬剪須行為，但不真正剪須.然后讓觸須正常生長(zhǎng)至成年，做電生理記錄，比較各組桶狀皮層可塑性變化；心臟灌流后取出大腦組織，進(jìn)行細(xì)胞色素氧化酶(CO)組化反應(yīng)，鏡下觀察對(duì)照組和不同實(shí)驗(yàn)組大腦桶狀皮層的結(jié)構(gòu)差異。
　　 結(jié)果：
　　 1、不同的刺激波寬對(duì)觸須誘發(fā)反應(yīng)的影響不同。當(dāng)

6、刺激波寬為0ms、1ms、2ms時(shí)記不到誘發(fā)反應(yīng)，當(dāng)刺激波寬為3ms、4ms、5ms、6ms、7ms、8ms、9ms、10ms時(shí)可以記到誘發(fā)反應(yīng)，而且從3ms到10ms之間所記到的誘發(fā)反應(yīng)的幅度基本相同。
　　 2、觸須刺激時(shí)不同的刺激間隔對(duì)同側(cè)兩根觸須及異側(cè)兩根觸須引起的誘發(fā)反應(yīng)的影響不同。當(dāng)同側(cè)兩根觸須刺激間隔為0.2s、2s、5s時(shí)，PP ratio比值趨近于1，即對(duì)同側(cè)一根觸須刺激不影響另一根觸須產(chǎn)生的誘發(fā)反應(yīng)。而無(wú)論是

7、同時(shí)刺激還是間隔刺激異側(cè)兩根觸須，彼此都沒有影響。
　　 3、當(dāng)找到記錄電極相對(duì)應(yīng)的PW后，給予PW100Hz1s的條件刺激后，不僅受到條件刺激的觸須所對(duì)應(yīng)的桶狀皮層腦區(qū)能被誘導(dǎo)產(chǎn)生LTP，未給予條件刺激的同側(cè)另一根觸須所對(duì)應(yīng)的桶狀皮層腦區(qū)也出現(xiàn)LTP現(xiàn)象。而對(duì)側(cè)沒有給予條件刺激的觸須所對(duì)應(yīng)的桶狀皮層腦區(qū)沒有誘導(dǎo)出LTP現(xiàn)象。
　　 4、出生后第29-35d進(jìn)行觸須剝奪的大鼠，當(dāng)任其觸須重新生長(zhǎng)至成年后，給予PW100H

8、z1s條件刺激后，能在桶狀皮層腦區(qū)誘導(dǎo)LTP，與正常對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異；出生后第1-7d觸須剝奪的大鼠，當(dāng)任其觸須重新生長(zhǎng)至成年后，給予PW相同的條件刺激卻不能引起觸須誘發(fā)反應(yīng)的LTP現(xiàn)象，與正常對(duì)照組比較有顯著性差異。CO反應(yīng)顯示，出生后第一周剪須的大鼠其功能柱之間的間隔比正常組和出生后第五周剪須的大鼠的大。
　　 5、桶狀皮層注射縫隙連接的阻斷劑生胃酮(carbenoxolone，CBX，200mM，1μl)后神經(jīng)元的誘

9、發(fā)電位的幅度從1.0±0.02mV降低到0.52±0.03mV。
　　 6、桶狀皮層注射谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(Glu-1)的特異性抑制劑DHK(1mM，1μl)后，神經(jīng)元的自發(fā)放電頻率從7.8±3.57Hz增加到21.4±9.53Hz；誘發(fā)放電頻率從2.07±0.93Hz增加到2.95±1.76Hz。
　　 7、桶狀皮層注射膠質(zhì)細(xì)胞選擇性毒性藥L-α-aminoadipic acid(AA，6.4mM，1μl)后，神經(jīng)元自發(fā)

10、放電頻率從9.6±2.28Hz增加到24±8.65Hz；誘發(fā)放電頻率增加9.7±2.51Hz增加到19.7±6.32Hz；免疫組化結(jié)果顯示注射AA側(cè)的桶狀皮層的膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目與對(duì)側(cè)(注射生理鹽水)相比減少58±17％。
　　 8、桶狀皮層注射抑制膠質(zhì)細(xì)胞能量代謝的藥-氟代檸檬酸(fluorocitrate，F(xiàn)C，1mM，1μl)也可使神經(jīng)元的放電頻率增強(qiáng)，表現(xiàn)為注射FC后神經(jīng)元自發(fā)放電頻率從6.5±1.69Hz增加到42±14.3

11、Hz；誘發(fā)放電頻率從6.5±1.83Hz增加到20.7±7.78Hz；免疫組化結(jié)果顯示注射FC側(cè)的桶狀皮層的膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目與對(duì)側(cè)(注射生理鹽水)相比減少43±25％。
　　 結(jié)論：100Hz1s的觸須條件刺激會(huì)引起對(duì)應(yīng)功能柱觸須誘發(fā)反應(yīng)的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)。該可塑性變化可以擴(kuò)散至同側(cè)桶狀皮層腦區(qū)的另外功能柱，但不能擴(kuò)散到對(duì)側(cè)桶狀皮層腦區(qū)。出生后第一周對(duì)大鼠的感覺皮層的發(fā)育及其可塑性具有重要的作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞在桶狀皮層信息處理及整合中可能