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阿立哌唑对中脑皮层多巴胺神经元电生理学特性及递质释放的影响

作　者: 董海曼
导　师: 孙晋浩
学　校: 山东大学
专　业: 细胞生物学
关键词: 阿立哌唑中脑皮层 DA神经元电生理 DA
分类号: R749.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

精神分裂症是临床上发病率高、治愈率低的精神性顽疾,其发病机制与脑内多巴胺(dopamine, DA)、5-羟色胺和谷氨酸等多种物质异常有关,其中,DA递质失衡在精神分裂症中的作用为多数研究者认可。神经解剖学的研究发现,中脑多巴胺能神经元在发育过程中投射至不同的脑区,分化为功能不同的神经元亚群。其中,中脑皮层多巴胺神经元由腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)特异性投射至前额叶皮质区,建立了中脑皮层多巴胺神经通路,该通路的异常是导致精神分裂症等精神疾患的解剖学基础。研究表明,中脑皮层DA神经元具有特定的电生理学特征,它们的自发放电频率大多数情况下要比中脑纹状体DA神经元快,而且在幅度不断增加的超极化电流注射的基础上,中脑皮层DA神经元显示出不明显的“sag”。中脑DA神经元可以从位于黑质和VTA的胞体或树突部位释放DA,激活其自身D2受体,可抑制细胞放电并降低DA释放。但至今对向脑前额叶皮质投射的中脑皮层DA神经元具体的电生理学特性及DA释放的调控仍不清楚。阿立哌唑是一类新型的抗精神病药物,可有效缓解精神分裂症病人症状,并具有神经保护功能。临床研究表明,阿立哌唑除兴奋5-HT1A受体、拮抗5-HT2A受体外,还可部分激动多巴胺D2受体。新近的文献报道,阿立哌唑对高K+引起的PC12细胞DA释放具有抑制作用。通过体内细胞记录发现,阿立哌唑可降低体内VTA内DA神经元的自发放电活性。激活G蛋白偶联的内向整流K+通道(G-protein-coupled inwardly rectifying potassium, GIRK),可抑制VTA和黑质区神经元的DA释放。目前,对于阿立哌唑是否通过影响中脑皮层DA神经元的DA释放及电兴奋性而发挥治疗精神分裂症的作用尚无报道。基于上述理念,我们推测阿立哌唑在治疗精神分裂症方面的机制,可能与其影响中脑皮层DA神经元电生理学特性及DA释放有关。为了证实这一设想,本实验进行了以下实验：1、在立体定位仪引导下,应用神经逆行示踪技术将荧光示踪剂定点注射至鼠脑前前额叶皮质,该区域是中脑皮层DA神经元的投射靶区。通过轴浆逆行运输,可标记向靶区投射的中脑皮层DA神经元,并进行酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase, TH)免疫组织化学染色鉴定。2、取标记鼠中脑组织,制备脑片,采用脑片膜片钳技术,在全细胞记录模式下,通过玻璃电极记录加入不同浓度阿立哌唑对中脑皮层DA神经元自发和诱发动作电位的幅度、频率、宽度的影响,并检测静息电位和阈值等方面的变化。3、检测阿立哌唑对中脑皮层DA神经元外向K+电流变化的影响,分析阿立哌唑调节中脑皮层DA神经元兴奋性的可能机制。4、在制备的中脑组织切片上,应用碳纤维电极技术检测阿立哌唑对标记的中脑皮层DA神经元DA释放的影响。在780mV恒压下,碳纤维电极可将DA氧化成多巴胺正醌,而DA氧化所产生的电流可被碳纤维电极检测到,从而将DA递质的变化转换成了伏安图谱,可达到纳摩尔级和亚秒级的精度；并应用DA标准液测试碳纤维电极情况。5、进行在体实验研究,在脑VTA区注射阿立哌唑后,经碳纤维电极技术检测中脑皮层DA神经元投射靶区前额叶皮质内DA释放的变化情况。结果显示：1、荧光示踪剂可准确标记向前额叶皮质区投射的中脑皮层DA神经元。绿色荧光示踪剂分布于神经元的胞浆内,亦可在神经元轴突内发现示踪剂颗粒。TH免疫组织化学染色显示,标记细胞呈TH阳性,这些DA神经元主要分布在VTA区。2、应用脑片钳技术检测了不同浓度的阿立哌哗对标记中脑皮层DA神经元自发动作电位和诱发动作电位的影响,在灌流液中加入10μM的阿立哌唑后,可明显降低自发动作电位的频率(P<0.05)和幅度(P<0.01),与加药前比较,静息电位和阈值均明显降低(P<0.05)；给予标记细胞300pA,500ms的电流刺激,可明显诱发出频率为30±1.15Hz,幅度为55.5±0.64mV的诱发动作电位,10μM的阿立哌唑明显降低其频率和幅度(P<0.05),高浓度的阿立哌哗(100μM)可使自发及诱发动作电位消失。结果显示,阿立哌唑可抑制中脑皮层DA神经元的兴奋性。3、为进一步分析阿立哌唑抑制中脑皮层DA神经元兴奋性的机制,我们又对外向K+电流做了检测,发现灌流液中加入10μM阿立哌唑可以刺激中脑皮层DA神经元的钾电流升高(P<0.05),用灌流液洗去阿立哌唑后,钾电流恢复。4、在脑片灌流液中加入阿立哌唑,经碳纤维电极可检测到标记DA神经元DA释放产生的氧化电流,与加药前比较,电流幅度(P<0.05)和曲线下面积(P<0.01)均明显减小。表明阿立哌唑可以抑制脑片中标记中脑皮层DA神经元的DA释放。实验中加以70mM高K+溶液作为阳性对照。当加在电极上的膜钳制电位跃迁至780mV电压时,碳纤维电极检测的氧化电流波谱上会有一上冲形成的尖峰；当钳制电位回到0mV时,尖峰消失。5、在体实验中,向VTA区注射10μM阿立哌唑,应用碳纤维电极技术检测中脑皮层DA神经元的投射靶区前额叶皮质内DA释放所产生的氧化电流。加药2h后,检测到前额叶皮质区DA的氧化电流降低；3h时,氧化电流降至最低；直至8h时,电流恢复至加药前水平。综上所述,本实验结果表明阿立哌唑是通过兴奋外向K+电流来抑制中脑皮层DA神经元自发动作电位及诱发动作电位的产生,进而抑制中脑皮层DA神经元的兴奋性,降低中脑皮层DA神经元DA的分泌,从而发挥精神分裂症的治疗作用。

全文目录

中文摘要  6-9
ABSTRACT  9-13
符号说明  13-14
前言  14-17
材料和方法  17-24
  1. 实验材料  17-19
  2. 实验方法  19-24
实验结果  24-28
讨论  28-33
结论  33-34
附图  34-44
参考文献  44-50
致谢  50-51
发表论文  51-52
学位论文评阅及答辩情况表  52

阿立哌唑对中脑皮层多巴胺神经元电生理学特性及递质释放的影响

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