镉对大鼠海马CA1区神经元钾通道、甘氨酸受体的作用以及对AMPA受体介导的兴奋性突触传递的影响

论文摘要

镉(Cd2+)是一种常见的环境污染物，严重危害人类健康。慢性镉暴露会对肾、肺、胃肠道、骨骼以及中枢神经系统造成损伤。在中枢神经系统，特别是在发育期，镉会造成生化和形态学上的改变以及可能由此引起的认知功能障碍。在本论文中，我们运用电生理学的方法，从以下几个方面研究了镉在海马中的神经毒性机制。1)应用全细胞脑片膜片钳技术，我们研究了Cd2+对海马雪氏侧枝到CA1区锥体神经元由AMPA受体介导的谷氨酸能突触传递的作用。AMPA受体在中枢神经系统的兴奋性突触传递及突触可塑性方面起着非常重要的作用。中枢神经系统一些正常的生理过程比如学习记忆,以及一些病理状态都可能涉及到AMPA受体所介导的突触传递的改变。Cd2+以浓度依赖的方式抑制了诱发的兴奋性突触后电流（eEPSCs），并且增强了双脉冲易化效应和频率易化效应。Cd2+降低了自发兴奋性突触后电流（sEPSCs）的频率和幅度，但是没有影响到微小兴奋性突触后电流（mEPSCs）的频率和幅度。这些作用可能是由于Cd2+抑制了突触前电压依赖的钙离子流入诱发的谷氨酸释放。此外，Cd2+延长了sEPSCs和mEPSCs的衰减相，提示Cd2+的突触后作用位点。我们的结果表明Cd2+影响了海马雪氏侧枝到CA1区锥体神经元由AMPA受体介导的谷氨酸能突触传递以及短时突触可塑性，这可能是镉神经毒性的一个可能机制。2)我们在急性分离的大鼠海马CA1区神经元上应用全细胞膜片钳技术研究了Cd2+对瞬时外向钾电流IA和延迟整流钾电流IK的作用。在神经系统，电压门控钾电流对于神经元和神经网络的兴奋性有非常重要的作用，钾通道功能的改变可能会造成神经元发放特性的变化和异常放电。结果表明Cd2+以浓度依赖的方式可逆地抑制了IA和IK的幅度，半数抑制浓度IC50分别为546±59μM和749±53μM，并且Cd2+的抑制作用是电压依赖性的。Cd2+使IA的稳态激活曲线和稳态失活曲线显著右移。与之相比，Cd2+使IK的稳态激活曲线也显著右移但移动程度较小，失活曲线未受到影响。Cd2+延缓了IK的复活，但对IA的复活时间没影响。这些结果提示Cd2+可能是通过与钾通道蛋白上某一特定位点的直接相互作用从而影响IA和IK，而不是通过对细胞膜表面电荷的屏蔽作用来产生效应。Cd2+对电压门控钾电流的作用可能是其神经毒性机制的一个方面，另外本实验表明Cd2+对钾电流的有效浓度与其作用于钙电流的浓度重叠，提示在将其作为钙通道阻断剂时要考虑到其对钾电流的作用是否会对实验结果带来影响。3)我们在急性分离的大鼠海马CA1区神经元上应用全细胞膜片钳技术研究了Cd2+对甘氨酸诱导的氯电流(IGly)的作用。甘氨酸受体（GlyR）可以调控CA1区海马神经元的发放以及兴奋性突触传递，GlyR功能的改变会影响到海马整个神经环路的信息处理。我们的结果表明Cd2+以浓度依赖的方式可逆地抑制了IGly,半数抑制浓度IC50和Hill系数分别为1．27mM和0．45。在-60mV到+40mV范围内，Cd2+对IGly的作用是非电压依赖的，并且其反转电位不受影响。对甘氨酸的剂量效应曲线进行双倒数作图，表明Cd2+对IGly的抑制是非竞争性抑制。胞内透析3mM的Cd2+对IGly没有影响表明其作用位点可能在胞外。3mM的Cd2+不能影响Zn2+对IGly的抑制作用，表明Zn2+和Cd2+在甘氨酸受体上的作用位点可能不同。这些结果表明镉抑制了海马CA1区神经元上甘氨酸受体介导的氯电流，有助于我们对镉神经毒性机制的进一步了解。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 海马的结构与功能
• 1.1 海马结构基础
• 1.2 海马的突触传递
• 1.3 海马与学习记忆
• 1.3.1 海马损伤对学习记忆的影响
• 1.3.2 海马突触可塑性是学习记忆的神经基础
• 1.3.3 海马突触传递长时程增强
• 1.3.4 海马突触传递长时程抑制
• 参考文献
• 第2章 电压门控钾通道
• 2.1 电压门控性钾通道的分子结构及门控
• 2.2 海马神经元上的电压门控钾通道
• 2.2.1 瞬时外向钾通道
• 2.2.2 延迟整流钾通道
• 2.2.3 内向整流钾通道
• 2.2.4 慢失活钾通道
• 2.2.5 钙激活钾通道
• 参考文献
• 第3章 甘氨酸受体
• 3.1 GlyR的分子结构
• 3.2 GlyR在CNS中的分布
• 3.3 GlyR的配体结合及调制
• 参考文献
• 第4章 镉的生物毒性及其机制
• 4.1 镉的理化性质
• 4.2 镉污染的来源
• 4.3 镉的一般毒性作用
• 4.3.1 镉的肾毒性
• 4.3.2 镉致骨损害
• 4.3.3 镉的免疫毒性
• 4.3.4 镉的生殖毒性
• 4.4 镉的神经毒性作用
• 4.4.1 镉在中枢神经系统（CNS）的吸收和分布
• 4.4.2 镉致CNS形态学改变
• 4.4.3 镉对神经递质系统的影响
• 4.4.4 镉对行为活动的影响
• 4.5 镉神经毒性作用机制
• 4.5.1 镉与钙
• 4.5.2 镉与金属硫蛋白（MT）
• 4.5.3 镉与活性氧自由基
• 4.5.4 其他
• 参考文献
• 第5章 镉对海马CA1区AMPA受体介导的突触传递的作用
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 脑片的制备
• 5.2.2 溶液
• 5.2.3 数据纪录与分析
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 镉抑制了诱发兴奋性突触后电流（eEPSCs）
• 5.3.2 镉对短时突触可塑性的影响
• 5.3.3 镉对sEPSCs和mEPSCs的作用
• 5.3.4 镉延长了sEPSCs和mEPSCs衰减相
• 5.4 分析与讨论
• 参考文献
• 第6章 镉对海马CA1区神经元瞬时外向钾电流和延迟整流钾电流的作用
• 6.1 引言
• 6.2 实验材料与方法
• 6.2.1 大鼠海马CA1区神经元的分离
• 6.2.2 溶液
• 6.2.3 数据纪录与分析
• 6.3 实验结果
• A和I_K的抑制作用'>6.3.1 镉对海马神经元I_A和I_K的抑制作用
• A和I_K的抑制作用具有电压依赖性'>6.3.2 镉对I_A和I_K的抑制作用具有电压依赖性
• A和I_K稳态激活的影响'>6.3.3 镉对I_A和I_K稳态激活的影响
• A和I_K稳态失活的影响'>6.3.4 镉对I_A和I_K稳态失活的影响
• A和I_K复活的影响'>6.3.5 镉对I_A和I_K复活的影响
• 6.4 分析与讨论
• 参考文献
• 第7章 镉对海马神经元甘氨酸诱导的氯电流的抑制作用
• 7.1 引言
• 7.2 实验材料与方法
• 7.2.1 大鼠海马CA1区神经元的分离
• 7.2.2 溶液
• 7.2.3 数据纪录与分析
• 7.3 实验结果
• Gly)'>7.3.1 镉抑制了海马神经元甘氨酸诱导的电流(I_Gly)
• Gly电流电压（I-V）曲线的作用'>7.3.2 镉对I_Gly电流电压（I-V）曲线的作用
• 7.3.3 镉和锌在海马神经元甘氨酸受体上的作用位点不同
• 7.4 分析与讨论
• 参考文献
• 附录