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大鼠内侧隔核注射淀粉样β蛋白影响海马theta节律和长时程增强的在体电生理研究

作　者: 杨东
导　师: 祁金顺
学　校: 山西医科大学
专　业: 生理学
关键词: 内侧隔核淀粉样β蛋白海人藻酸海马theta节律长时程增强阿尔茨海默病海马电生理
分类号: R749.16
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

阿尔茨海默病(alzheimer’s diseases, AD)是一种在老年人中常见的痴呆病,临床表现是进行性发展的认知功能减退,以细胞外沉积的老年斑、细胞内神经原纤维缠结和神经元丧失为病理特征。在AD,大脑的皮层和海马都有大量的老年斑沉积,老年斑的主要成分是淀粉样β蛋白(amyloidβ-protein, Aβ),其来源于淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)的酶解。自然产生的Aβ包含40或42个氨基酸,具有广泛的神经毒性。实验发现,人工合成的Aβ25-35,甚至氨基酸数量更少的Aβ31-35也同样具有神经毒性。Aβ的产生和集聚被普遍认为是造成AD的主要病因。进一步用转基因小鼠的实验表明,除了皮层和海马,隔核也有Aβ的广泛沉积。同时,在AD病人,包括隔核在内的基底胆碱能系统神经元也有显著的丧失。因此,基底前脑胆碱能系统的受损,被认为在很大程度上与AD病人所出现的认知缺陷相关,此即AD病因的胆碱能假说。海马theta节律是海马局部场电位(local field potential, LFP)中一个频率在3-12 Hz的近似于正弦波的成分。据认为,海马theta节律对大脑的一些活动,特别是记忆,发挥着重要作用。空间工作记忆的维持就需要海马theta节律的参与。故海马theta节律的研究一直被广泛关注。内侧隔核是海马theta节律的起搏器,这与隔核通过穹窿向海马组织直接投射出胆碱能、GABA能和谷氨酸能神经纤维有关,这些神经元的损伤都能损害海马的theta节律。不过,选择性损伤内侧隔核的胆碱能神经元或者GABA能神经元后,大鼠的空间工作记忆发生障碍的报道却不尽一致。而且,海马theta节律与AD的关系尚不十分清楚。同时,发生在海马的长时程增强(long-term potentiation, LTP)现象被认为是长时记忆的一个细胞机制。尽管有报道显示,海马theta节律可能与海马LTP形成有关,但AD时广泛沉积在内侧隔核的Aβ是否也能影响海马LTP的诱导或维持,也未见报道。因此,本研究采用在体动物电生理方法,观察了内侧隔核注射Aβ25-35对海马theta节律和LTP的影响,旨在揭示AD发病的Aβ学说和胆碱能学说之间的联系,阐明内侧隔核损伤在AD发病中的电生理机制。实验选用成年雄性SD大鼠,在内侧隔核分别注射Aβ25-35、海人藻酸(kainic acid, KA)或生理盐水,经两周恢复后,在乌拉坦麻醉下分别记录海马CA1区经夹尾(tail pinch, TP)诱发的theta节律和经高频刺激诱导的场兴奋性突触后电位(field excitatory postsynaptic potential, fEPSP)及其LTP。大鼠用水合氯醛麻醉后,根据大鼠脑立体定位图谱,利用脑立体定位技术将Aβ25-35、KA或者生理盐水注射到内侧隔核,之后恢复两周。经再次乌拉坦麻醉后,在立体定位引导下,将金属钨电极插入到大鼠海马CA1区,记录局部场电位。信号带通为0.1-250 Hz,采样频率为500 Hz,以有效记录处于3-12 Hz频段的theta节律。通过使用TP诱发麻醉大鼠theta节律,并对TP前后记录的LFP的功率(power)通过应用Matlab软件的Chronux工具箱进行分析。结果发现:(1)对照组大鼠的局部场电位在TP刺激之后有一个明显的功率峰值(peak power,Ppeak),其对应的频率值(peak power frequency,Fpeak)位于3-4 Hz,而且TP后的Ppeak明显比TP之前的功率大(p<0.05)。(2)从对照组,Aβ组和KA组分别记录的19,15和17个数据中,三组的平均Fpeak分别为3.56±0.21 Hz,3.56±0.26 Hz和3.62±0.19 Hz。使用SPSS软件进行单因素方差分析,三组之间没有差异(p>0.05)。(3)在Aβ组,TP也能引起在功率值上有统计差异的theta节律(p<0.05),而平均Ppeak(22.7±1.84 dB)较对照组(30.6±1.91 dB)明显降低(p<0.01)。(4)在KA组,TP不能引起有统计差异的theta节律,不过平均Ppeak(22.6±2.1 dB)也较对照组明显降低(p<0.01)。但Aβ和KA组之间没有差异(p>0.05)。以上结果表明,TP可以有效诱发具有统计学差异的theta节律。内侧隔核注射Aβ25-35和KA对TP诱发的海马theta节律的频率没有影响,但Aβ25-35和KA均能压抑海马theta节律,提示Aβ25-35和KA造成的内侧隔核神经元损伤与海马theta节律的破坏有直接关系,而且两者对内侧隔核神经元的损伤并不一样。一侧海马CA1区记录完LFP之后,大鼠仍处于乌拉坦麻醉状态。我们换用另一套记录细胞外诱发电位的实验设备,在大鼠的另一侧海马通过给予Schaffer侧支测试刺激和高频刺激,在CA1区记录基础fEPSP和高频刺激诱导的LTP,以观察内侧隔核注射Aβ25-35,KA或者生理盐水对于基础fEPSP和LTP的影响。其中,测试刺激记录基础fEPSP半小时;高频刺激之后,恢复测试刺激记录1个小时,比较1小时末各组的fEPSP幅度。结果发现:(1)对照组(n=6)在HFS之后1小时末的平均fEPSP幅度为基础fEPSP的146.7±3.8%,表明给予高频刺激后能诱导海马CA1区产生明显的LTP。(2)内侧隔核注射Aβ25-35(n=7)后,基础fEPSP没有发生变化(p>0.05),但与对照组比较,高频刺激诱导出的LTP幅度明显降低,一小时末平均fEPSP幅度为139.7±5.7%(p<0.05)。(3)内侧隔核注射KA后(n=6),基础fEPSP未发生改变(p>0.05),高频刺激诱导的LTP与对照组相比也未见显著差异(p>0.05)。以上结果说明,内侧隔核注射Aβ25-35能造成海马CA1区LTP的损伤,而内侧隔核注射KA则不影响海马LTP。提示Aβ在隔核形成的特异性伤害可能与海马LTP的抑制有关。总之,内隔核注射Aβ25-35和KA均能通过神经元的损伤,影响海马CA1区的theta节律;其中内侧隔核注射Aβ25-35还能压抑CA1区的LTP。这些结果有助于解释内侧隔核在海马theta节律形成中的作用,也有助于解释Aβ在内侧隔核的沉积对海马LTP形成伤害以及导致AD患者出现认知功能障碍的机制。实验结果也提示,Aβ在内侧隔核的沉积引起的损伤可能与KA不尽相同,但与Aβ在皮层或海马中沉积一样,隔核中Aβ的沉积对于AD发挥着关键的作用。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
前言  12-13
材料与方法  13-19
  1 实验动物  13
  2 主要仪器设备  13-14
  3 实验所用药物  14
  4 药物的脑内注射  14
  5 实验记录  14-15
    5.1 在体海马CA1 区theta 节律的引导  14-15
    5.2 在体海马CA1 区电刺激诱发PPF 和LTP 的引导  15
  6 数据分析  15-19
结果  19-28
讨论  28-31
参考文献  31-36
综述  36-46
  海马theta 节律与阿尔茨海默病  36-42
  参考文献  42-46
致谢  46

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