Enhancement of GABAA Receptor-Mediated Inhibitory Postsynaptic Currents Induced by "Partial Oxygen-Glucose Deprivation

下载PDF阅读器"氧糖剥夺"模型作为研究脑缺血的离体模型被广泛使用,该模型模拟了局灶性脑缺血的主要病理变化.然而在缺血病灶核心区与正常脑组织之间称为缺血半暗带的区域,脑血流也有程度不一的降低.为了模拟这种病理变化,发展了一种"不完全氧糖剥夺"的离体脑片模型,该模型满足两个条件,灌流液里氧气部分剥夺而葡萄糖含量降低;"氧糖剥夺"可以导致谷氨酸介导的兴奋性毒性,从而引起神经细胞的坏死.而A型γ-氨基丁酸受体(GABAAR)介导的神经元抑制性活动可以对抗谷氨酸引起的兴奋性毒性,因此近年来引起广泛的研究兴趣.而谷氨酸受体和γ-氨基丁酸受体功能在缺血半暗带是否有改变尚不得而知.因此本文采用海马脑片全细胞膜片钳的记录方法,研究"不完全氧糖剥夺"对海马CA1区神经元的A型γ-氨基丁酸受体介导的抑制性突触后膜电流(IPSCs)的影响.研究发现"不完全氧糖剥夺"使GABAAR介导的IPSCs的峰值增加而衰减时程延长.进一步研究发现该电流的峰值增加是由于GABAAR-氯离子通道的电导增加所致,而与氯离子的反转电位变化无关.这些发现提示在脑缺血的缺血半暗带区域GABAAR介导的神经元抑制性活动可能是增强的,这可能是神经元面对缺血状态产生自我保护的一种内稳态机制.

GABA and its agonists improved visual cortical function in senescent monkeys

Human cerebral cortical function degrades during old age. Much of this change may result from a degradation of intracortical inhibition during senescence. We used multibarreled microelectrodes to study the effects of electrophoretic application of gamma-aminobutyric acid (GABA), the GABA type a (GABAa) receptor agonist muscimol, and the GABAa receptor antagonist bicuculline, respectively, on the properties of individual V1 cells in old monkeys. Bicuculline exerted a much weaker effect on neuronal responses in old than in young animals, confirming a degradation of GABA-mediated inhibition. On the other hand, the administration of GABA and muscimol resulted in improved visual function. Many treated cells in area V1 of old animals displayed responses typical of young cells. The present results have important implications for the treatment of the sensory, motor, and cognitive declines that accompany old age.

γ-氨基丁酸受体和甘氨酸受体在大鼠丙泊酚麻醉中的作用

目的 研究丙泊酚对大鼠海马CA1区电刺激诱发兴奋性突触后电流(EPSC)的影响,分析γ-氨基丁酸(GABA)受体和甘氨酸受体在丙泊酚麻醉中的作用.方法 断头法分离wistar大鼠(13～19 d)海马半脑,切出400 μm厚度的海马脑片,全细胞膜片钳技术记录CA1区锥体神经元EPSC.80张脑片分为八组:脂肪乳剂组,50 μmol/L丙泊酚组,100 μmol/L丙泊酚组,200 μmol/L丙泊酚组,SR95531组,士的宁组,SR95531+100 μmol/L丙泊酚组,士的宁+100 μmol/L丙泊酚组,每组10张.SR95531+100 μmol/L丙泊酚组和士的宁+100 μmol/L丙泊酚组先在循环液中加入10 μmol/L SR95531或4 μmol/L士的宁预孵脑片30 min.八组均记录基础EPSC 10 min,然后加入不同药物,继续记录EPSC 40 min.膜钳制电压为-70 mV.结果 脂肪乳剂、SR95531和士的宁对EP-SC幅值无影响;丙泊酚呈剂量依赖性的抑制EPSC幅值,50、100、200 μmol/L丙泊酚最大抑制EPSC幅值为14.4%、52.3%、67.8%;SR95531+100 μmol/L丙泊酚组加入丙泊酚后,EPSC幅值基本无改变;士的宁+100 μmol/L丙泊酚组加入丙泊酚后,EPSC幅值仍然下降,最大抑制程度为34.7%.结论 丙泊酚主要通过增强GABAA受体功能使兴奋性突触活动降低,甘氨酸受体在其中起到协同和调节作用.

丙泊酚对大鼠海马CA1 区兴奋性突触传递的影响

　目的　观察500μmol/ L 丙泊酚对大鼠海马CA1 区电刺激诱发的兴奋性突触后电流 ( EPSC) 的影响,分析丙泊酚的可能作用机制。方法　断头法分离Wistar 大鼠(13～19 d) 海马半脑, 用切片机切出400μm 厚度的海马脑片,全细胞膜片钳技术记录CA1 区锥体神经元EPSC。实验分 两组:脂肪乳剂组( n = 6) 和丙泊酚组( n = 10) 。先以50μmol/ L 印防己毒素预孵脑片30 min 后,记录 基础EPSC 10 min ,然后加入450μl 脂肪乳剂或丙泊酚(相当于500 μmol/ L ) , 继续记录EPSC 40 min ;继而以配对刺激代替单刺激,观察EPSC2/ EPSC1 比率的变化;改变膜钳制电压( - 80～ + 60 mV) ,观察电流2电压( I2V) 曲线的变化。结果　脂肪乳剂对EPSC 无影响,500μmol/ L 丙泊酚降低 大鼠海马CA1 区EPSC 值,25～30 min 左右达最大抑制效果,EPSC 幅值下降至基础值的6715 % ,明 显低于脂肪乳剂组( P < 0105) ;而且500μmol/ L 丙泊酚明显降低EPSC2/ EPSC1 比率,也使I2V 曲线 左移,降低反转电位至- 35 mV 左右。结论　500μmol/ L 丙泊酚对大鼠海马CA1 区兴奋性突触传 递产生抑制作用,这可能与其增强突触前膜、突触后膜GABAA 受体活性有关。

丙泊酚对大鼠海马CA1 区长时程抑制的影响

　目的　观察丙泊酚对大鼠海马CA1 区锥体神经元产生的长时程抑制(L TD) 的影响,并 分析其可能机制。方法　断头法分离wistar 大鼠(13～19 d) 海马半脑,用切片机切出400μm 厚度的 海马脑片。实验分三组:脂肪乳剂组( I 组) ,丙泊酚组(P 组) ,SR95531 + 丙泊酚组( GP 组) 。I 组和P 组以90μL 脂肪乳剂或丙泊酚(相当于100μmol/ L) 预孵脑片60 min ,然后给予低频刺激(L FS) ,记录 L TD 的表达情况; GP 组先在循环液中加入10μmol/ L SR95531 预孵脑片30 min ,再加入100μmol/ L 丙泊酚继续孵育60 min ,继而给予L FS ,记录L TD 的表达情况。结果　I 组给予L FS 后,产生L TD , L FS 后10～40 min 的兴奋性突触后电流( EPSC) 值为基础值的57185 %;P 组给予L FS 后10～40 min 的EPSC 值为基础值的40182 % ,明显低于I 组( P < 0105) ; GP 组给予L FS 后10～40 min 的EPSC 值为基础值的56151 % ,与I 组比较差异无显著意义( P > 0105) ,与P 组比较差异有显著意义( P < 0105) 。结论　100μmol/ L 丙泊酚使大鼠海马CA1 区锥体神经元L TD 表达增强,这种作用与其增强 GABAA 受体功能有关;当阻断GABAA 受体后,这种易化作用消失。

1. 大鼠海马-前额叶回路在学习记忆中的作用2. 芬克罗酮改善恒河猴空间工作记忆的谷氨酸机制

一、大鼠海马-前额叶回路在学习记忆中的作用 解剖学研究证实大鼠和猴的海马结构（hippocampal formation, HF；本文‘海马 (hippocampus, Hip)’一词即指海马结构）和前额叶 (prefrontal cortex, PFC) 之间存在一条单向、同侧和单突触的神经回路，即海马-前额叶回路（Hip-PFC回路）。Hip和PFC均参与学习记忆等多种认知功能，PFC是工作记忆的关键脑区，而Hip是空间参考记忆的关键脑区。虽然人们已经对PFC和Hip进行了广泛深入的研究，但对Hip-PFC回路参与哪些认知功能还知之甚少。本研究的目的就是通过暂时阻断Hip-PFC回路，探讨其在学习和记忆中的作用。 在大鼠，Hip-PFC回路中的纤维主要从Hip腹部 (ventral hippocampus, VH)发出，投射到PFC的前边缘皮质(prelimbic cortex, PLC)、下边缘皮质 (infralimbic cortex, ILC) 和外侧前额叶 (lateral prefrontal cortex) 等亚区，其中PLC是Hip-PFC主要投射的区域。我们通过给动物安装慢性导管向脑内注射GABAA受体激动剂muscimol (MU) 阻断Hip-PFC回路。注射位点包括 ①双侧PLC，②双侧VH，③一侧VH和对侧PLC (VH-PLC)。我们首先观察了在PLC或VH局部注射MU对自由活动大鼠PLC和VH脑电功率的影响，并以此确定在行为实验中所用蝇蕈醇的剂量。然后采用T-迷宫空间交互延缓作业 (spatial delayed alternation task) 测试Hip-PFC回路被阻断的动物的空间工作记忆功能；采用被动回避作业 (passive avoidance task) 测试其情绪相关记忆的能力（训练前给药；24 h后重测试）；采用Morris水迷宫作业 (Morris water maze task) 测试其空间参考记忆的能力（每天训练前给药；训练期（3 d）结束24 h后重测试）。结果表明：在大鼠PLC或VH局部注射0.5 μg/0.25μl MU后30 min显著抑制VH 和PLC的脑电功率 (VH, p < 0.01; PLC, p < 0.05 vs. PBS/baseline)。注射MU (0.5 μg/0.25μl) 到 ①双侧PLC、②双侧VH、③VH-PLC均显著降低动物在空间交互延缓作业 (All p < 0.001, vs. PBS) 和空间Morris水迷宫作业中的成绩 (All p < 0.05, vs. PBS)，表明Hip-PFC回路在空间工作记忆（空间短时记忆）和在空间参考记忆（空间长时记忆）中均起重要作用。在空间交互延缓作业中，双侧PLC被抑制的大鼠的成绩显著低于双侧VH或VH-PLC被抑制的动物，说明PFC在空间工作记忆功能中占有主导地位。在被动回避作业中，双侧VH被抑制动物的回避反应的潜伏期显著短于对照动物 (p < 0.05 vs. PBS)，说明双侧VH被抑制动物的情绪记忆受损；而双侧PLC或VH-PLC被抑制的动物其回避反应的潜伏期与对照动物无显著差异 (PLC, p > 0.9; VH-PLC, p > 0.3 vs. PBS)，表明双侧PLC或VH-PLC被抑制的动物情绪记忆正常。被动回避作业的结果说明VH参与情绪记忆的形成，但Hip-PFC回路在情绪记忆形成中不起重要作用。 以上结果表明，大鼠Hip-PFC回路参与空间工作记忆和空间参考记忆而不是情绪记忆功能。情绪记忆的关键脑结构是杏仁复合体 (amygdala complex, AMC)，VH与AMC有密切的纤维联系。VH被抑制的大鼠情绪记忆受损，说明情绪记忆可能与AMC-Hip回路有关。情绪记忆与空间记忆（参考记忆和工作记忆）在解剖上的分离说明，对于不同类型的记忆来说，其在脑内的信息加工过程是并行的。神经回路内部的信息加工过程则是串行的，回路上任何一个结构的破坏均可导致回路功能的损伤。本研究的结果为学习记忆的“多重记忆系统”理论和记忆信息加工的串行并行机制提供了新的实验证据。 二、芬克罗酮改善成年恒河猴空间工作记忆的谷氨酸机制 芬克罗酮是中科院昆明植物所郝小江等合成的取代吡咯烷酮类化合物。中科院昆明动物所蔡景霞等发现芬克罗酮能改善东莨菪碱、育亨宾等导致的多种动物的不同类型的学习记忆障碍，提高老年动物的学习记忆能力，尤其是老年猴的空间工作记忆。已证实芬克罗酮为部分钙激动剂，可使脑缺血沙土鼠脑内升高的谷氨酸降低，而使正常的沙土鼠海马胞外谷氨酸释放增加。那么芬克罗酮能否提高正常动物的学习记忆，其对正常动物学习记忆的提高是否与其增加谷氨酸的释放有关？本研究采用空间延缓反应作业和谷氨酸NMDA受体拮抗剂MK-801在正常成年猴恒河猴上探讨了以上问题。 结果表明，口服芬克罗酮可显著提高成年猴的空间工作记忆，其量效曲线呈倒‘U’形，符合许多促智药的量效特点。0.25 mg/kg和0.5 mg/kg为芬克罗酮的最佳有效剂量 (p < 0.05 vs. 安慰剂)。肌注MK-801 (0.1 mg/kg) 显著降低成年猴的空间工作记忆 (p < 0.01 vs. 安慰剂)，而口服2.0 mg/kg和4.0 mg/kg的芬克罗酮则显著改善MK-801导致的工作记忆障碍 (p < 0.05 vs. MK-801)。芬克罗酮的所有测试剂量不影响猴在作业中的反应时 (p > 0.05 vs. 安慰剂)，表明芬克罗酮在该剂量范围不影响动物的运动能力。 本研究结果提示，芬克罗酮可能通钙激动作用促进谷氨酸的释放，在一定剂量范围内提高胞外谷氨酸水平，提高正常动物的空间工作记忆等认知功能。 关键词：芬克罗酮，恒河猴，空间工作记忆，空间延缓反应作业，谷氨酸，MK-801