Orexins对小鼠内侧前额叶皮层神经元的兴奋作用

论文摘要

Orexins（orexin A和orexin B）,又称hypocretins（hypocretin-1和hypocretin-2）,是一种主要来源于外侧下丘脑区（lateral hypothalamic area,LHA）的小分子神经肽。Orexins通过活化G蛋白耦联受体OXlR和OX2R发挥作用。尽管orexin神经元局限于LHA及其邻近区域,但其纤维投射及受体分布却非常广泛,遍及大脑皮层、下丘脑、脑干等众多脑区。Orexins参与机体一系列生理功能的调控,其中促进觉醒是其最重要的功能,新近研究还发现orexins与注意维持等前额叶功能有关。啮齿类动物内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex,mPFC）的边缘前区（prelimbic area,PL）在工作记忆、注意力等高级神经活动中具有重要地位,它同时也是觉醒系统的最终作用靶区。形态学证据表明,内侧前额叶皮层接受来自LHA的orexin能神经纤维,同时该区域也检测到orexin受体。但是OX1R和OX2R在内侧前额叶皮层各亚区的分布特点,尚未见报道。本室早期工作发现,orexin A通过PKC-PLC信号通路,抑制K+电流,从而兴奋急性分离的额叶皮层1、2区锥体神经元。另有研究表明,在第一体感皮层、第一运动皮层、初级视皮层等新皮层脑片上,orexins仅对VI b亚层神经元具有突触后兴奋作用。然而,orexins是否能够作用于PL区各层次的神经元,目前尚不清楚。本研究首先通过免疫组织化学染色方法观察orexin两种受体OX1R和OX2R在小鼠前额叶皮层的分布;然后采用红外可视下脑片膜片钳全细胞记录结合生物素标记,以小鼠内侧前额叶皮层的PL区为研究对象,探究orexins对不同层次神经元兴奋性的影响,以及受体参与情况。藉此进一步揭示orexins调控前额叶皮层功能的途径。1. OX1R和OX2R在小鼠前额叶皮层的分布免疫组织化学染色显示, orexin受体免疫反应阳性（orexin receptors immunoreactive,ORs-IR）神经元主要为锥体形态的细胞,胞体和突起均有着色。OX1R和OX2R阳性神经元的分布特点基本一致,在外侧前额叶皮层和额叶皮层2区（frontal cortical area 2,Fr2）主要集中于V、VI层,在前扣带区（anterior cingulate area,AC）和PL区遍及I～VI层,以II/III和V层密度最高,在边缘下区（infralimbic area,IL）则呈低密度散在分布。2. Orexin A对边缘前区各层神经元的作用电流钳记录显示,在PL区I～VI层均有orexin A的应答神经元,其中II/III和V层神经元的反应率较高,分别为35.09%（20/57）和37.93%（22/58）。典型的应答反应表现为细胞膜去极化和动作电位发放频率增加。在100～800 nM浓度下,orexin A的兴奋作用呈剂量依赖性。当灌流液中加入TTX阻断突触前动作电位诱发的递质释放后,orexin A仍可引起神经元去极化（n=5）。以上结果表明,orexin A对PL区I～VI层神经元均具有突触后兴奋作用。3. SB-334867抑制orexin A的兴奋效应在灌流液中加入SB-334867（OX1R特异性阻断剂）后,在4个应答神经元上,orexin A不再引起任何反应,在另外9个应答神经元上,orexin A的作用被部分抑制（含SB-334867的ACSF中去极化:6.41±0.94 mV,正常ACSF中去极化:10.69±1.53 mV,n=9,p﹤0.01）。SB-334867完全或部分抑制orexin A的兴奋效应,表明OX1R介导了orexin A的作用,而大部分神经元上SB-334867不能彻底阻断orexin A引起的去极化,提示OX2R可能也参与了兴奋过程。4.Orexin A与orexin B兴奋性的比较100 nM时,orexin A和orexin B引起的去极化分别为4.88±0.20 mV和5.18±0.14 mV,无显著差异（n=4,p﹥0.05）;400 nM时,orexin A诱导去极化7.63±0.66 mV,与orexin B（7.21±0.67 mV）相比,亦没有显著差异（n=11,p﹥0.05）;但800 nM时,orexin A诱发去极化10.07±0.68 mV,显著高于orexin B（8.76±0.75 mV,n=17,p﹤0.05）。上述结果表明中低浓度下orexin A和orexin B的作用强度相近,而高浓度下orexin A的作用强于orexin B。鉴于OX1R对orexin A的亲和力强于orexin B,而OX2R对orexinA和orexin B的亲和力相当,上述结果再次证明OX1R和OX2R均参与介导orexins的作用。此外,通过比较100 nM,400 nM和800 nM orexin B引起的去极化,提示orexin B的兴奋作用也呈剂量依赖性。综上所述,本研究结果表明:第一,小鼠内侧前额叶皮层的AC区和PL区广泛表达OX1R和OX2R,I～VI层均分布有ORs-IR细胞,以II/III和V层最密。第二,在PL区,orexin A与orexin B可通过OX1R和OX2R广泛兴奋I～VI层神经元,并且II/III和V层细胞具有较高的反应率。

论文目录

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• 论文正文 Orexins 对小鼠内侧前额叶皮层神经元的兴奋作用
• 前言
• 第一部分 OX1R 和OX2R 在小鼠内侧前额叶皮层的分布
• 前言
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• 第二部分 Orexins 对小鼠内侧前额叶皮层边缘前区的作用
• 前言
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• 全文总结
• 致谢
• 文献综述 前额叶皮层的结构和功能研究进展
• 参考文献
• 学习期间发表和待发表的论文与会议交流