单侧黑质纹状体通路损毁改变大鼠丘脑网状核神经元的电活动.doc

1单侧黑质纹状体通路损毁改变大鼠丘脑 网状核神经元的电活动作者：张巧俊 刘健 刘娅萍 袁海峰 高蕊 向莉 【摘要】 目的 观察单侧黑质纹状体通路损毁对大鼠丘脑网状核神经元电活动的影响方法 采用在体细胞外记录方法研究正常大鼠和帕金森病(Parkinson’s disease, PD)模型大鼠丘脑网状核(TRN)γ 氨基丁酸(GABA)能神经元放电频率和放电形式的变化结果 对照组和 PD 组大鼠 TRN 神经元的放电频率分别是(14.7±1.6)Hz (n=23)和(33.8±3.0)Hz(n=29)，PD 组大鼠 TRN 神经元的放电频率显著高于对照组(P0.001)在对照组大鼠，17%的神经元呈现不规则放电，83%为爆发式放电；而在 PD 组大鼠，具有规则、不规则和爆发式放电的神经元比例分别为 7%、45%和 48%，爆发式放电的神经元比例明显低于对照组(P0.05)结论 单侧黑质纹状体通路损毁诱发大鼠 TRN 内 GABA 能神经元的放电频率增高，爆发式放电减少，这种变化可能与皮质 TRN 兴奋性神经传递增强和苍白球 TRN抑制性神经传递减弱有关 【关键词】 丘脑网状核；帕金森病；γ 氨基丁酸；电生理学；大鼠Unilateral lesion of the nigrostriatal pathway changes the neuronal activity of the reticular thalamic nucleus in the ratABSTRACT: Objective To investingate the changes in neuronal activity of the thalamic reticular nucleus (TRN) following the unilateral lesion of the nigrostriatal pathway. Methods The changes in the firing rate and firing pattern of the TRN GABAergic neurons were examined with extracellular recording methods in control and Parkinson s disease (PD) rats. Results The results showed that the firing rates of TRN neurons in control and PD rats were 14.7±1.6Hz (n=23) and 33.8±3.0Hz (n=29), respectively, and the firing rate of TRN neurons in PD rats was significantly increased 2when compared to that of control rats (P0.001). In control rats, 17% of the neurons fired irregularly and 83% in bursts. In PD rats, 7% of the neurons fired regularly, 45% irregularly and 48% in bursts, the percentage of the neurons firing in bursts being siginificant lower than that of control rats (P0.05). Conclusion Unilateral lesion of the nigrostiatal pathway induces an increase of the firing rate on the TRN GABAergic neurons and a decrease of the percentage of the neurons firing in bursts, suggesting that the changes may be associated with the increase of the cortical TRN excitatory neurotransmission and decrease of the globus pallidus TRN inhibitory neurotransmission.KEY WORDS: thalamic reticular nucleus; Parkinson s disease; γ aminobutyric acid; electrophysiology; rat丘脑网状核(thalamic reticular nucleus, TRN)位于背侧丘脑的前外侧面，主要由γ–氨基丁酸(γ aminobutyric acid, GABA)能神经元组成，与丘脑、皮质有广泛的纤维联系。

因此，TRN 影响丘脑和皮层之间的神经信息传递，参与感觉、运动和边缘系统功能活动的调节[1]研究发现 TRN 与帕金森病(Parkinson’s disease, PD)的静止性震颤有密切关系TRN 也接受来自基底神经节的纤维投射，特别是来自苍白球和黑质网状部的投射[2]苍白球是基底神经节环路间接通路中的一个重要核团，影响丘脑底核的活动；而黑质网状部是基底神经节环路的一个输出核，其 GABA能传出抑制丘脑和皮质的活动[3]电生理学研究也发现刺激黑质或腹侧苍白球能够改变 TRN 神经元的电活动[3 4]然而黑质致密部多巴胺能神经元的变性导致苍白球和黑质网状部神经活动的改变，这种变化如何影响 TRN 神经元的活动目前尚不清楚因此，在本研究中我们以 6 羟多巴胺(6 hydroxydopamine, 6 OHDA)PD 模型大鼠为对象，采用玻璃微电极细胞外记录方法，观察 PD 模型大鼠 TRN 中 GABA 能神经元电活动的变化1 材料与方法1.1 PD 大鼠模型的建立 选用西安交通大学医学院实验动物中心提供的健康3雄性 SD 大鼠 16 只，体重 180-220g大鼠在标准环境饲养 1 周，随机分为对照组(n=6)和 PD 组(n=10)。

PD 组大鼠在水合氯醛(300mg/kg, i.p.)麻醉下固定于脑立体定位仪上(Narishige)，根据 Paxinos Watson 大鼠脑定位图谱确定右侧黑质致密部的位置：AP 5.0-5.3mm， L 1.9-2.1mm，D 7.2-7.4mm[5]注射 6 OHDA 前 30min，先给大鼠注射地西帕明(25mg/kg, i.p., Sigma)以保护去甲肾上腺素能神经元6 OHDA(Sigma)溶于含 0.1g/L 抗坏血酸的生理盐水中，用前配制10μL 微量注射器与玻璃微电极相连，尖端直径约 50μm，分两个位点在黑质致密部注射6 OHDA，每点 4μg/2μL，总量 8μg/4μL，给药速度 1μL/min，注射完毕后留针 5-10min，退针6 OHDA 注射后 1 周，大鼠皮下注射阿朴吗啡(0.05mg/kg)，10min后诱发向健侧旋转每 5min 大于 20 转者，表明 PD 模型成功，列为实验对象[6]1.2 电生理记录 电生理记录在黑质致密部损毁后 2 周进行大鼠在乌拉坦(1.2g/kg, i.p.)麻醉下固定于脑立体定位仪上，并确定右侧 TRN 的位置：AP 1.4-1.6mm；L 1.8-2.0mm；D 5.6-6.2mm[5]。

采用玻璃微电极细胞外记录法记录 TRN 内GABA 能神经元的放电电极尖端直径 1-2μm，阻抗 10-20MΩ，充灌液为0.5mol/L 醋酸钠含 20g/L 滂胺天蓝细胞放电经微电极放大器显示于记忆示波器上(Nihon Kohden)，以观察电位波形和细胞放电的形式，同时信号输入监听器监听将信噪比大于 3∶1 的、稳定的单细胞放电经生物电信号采集与分析系统(CED1401 Spike2)输入计算机后，做实时观察、储存和进行频率及放电形式的分析，每一神经元的采样时间 5-10min整个实验过程中监测大鼠心电，直肠温度维持在(37±0.5)℃1.3 GABA 能神经元的确认及放电形式分析 TRN 的 GABA 能神经元动作电位是以正相波为主的 2 相波，动作电位时程 1.5-2.5ms，放电频率 5-40Hz，不规则4或短串爆发式活动[1]根据放电间隔图(interspike interval histogram, ISIH)和不对称指数确定神经元的放电形式每一神经元 ISIH 的生成最少包含 500 个动作电位，bin 宽 4ms依据该图将神经元的放电形式分为：规则、不规则和爆发式放电。

规则放电 ISIH 呈对称分布；不规则放电 ISIH 呈随机分布；爆发式放电 ISIH 呈现逐渐衰减的正偏态分布从 ISIH 中我们还测量和计算了众数(mode)和不对称指数(asymmetry index)，以协助判断神经元放电形式的变化众数是指最高频率的放电间隔；不对称指数为众数与平均放电间隔的比值，反映放电间隔图的形状，该值小于 1 表示正偏态分布，反映神经元活动的规律性[7]1.4 组织学定位 电生理记录完毕后，通过玻璃微电极电泳滂胺天蓝标记记录位点(-20μA，15min)大鼠在麻醉下经心脏灌注生理盐水，随后用 40g/L 多聚甲醛溶液灌注固定，迅速断头取脑，后固定 4h冠状冰冻切片，片厚 50μm，确定被记录神经元的位置1.5 统计学处理 对符合 GABA 能神经元特点，且位于 TRN 内的神经元进行统计分析统计分析采用 SPSS11.0 软件，实验数据以均值±标准差(±s)表示两组大鼠 TRN 内 GABA 能神经元放电频率的比较采用独立样本 t 检验，平均放电间隔和不对呈指数采用 Mann Whitney U 检验；2 组大鼠放电形式的比较采用 χ2 检验，以 P0.05 为差异有统计学意义。

2 结果2.1 两组大鼠 TRN 内神经元的放电频率 实验共记录和分析了 52 个神经元的电活动，其中 PD 组 29 个，对照组 23 个这些神经元均符合 GABA 能神经元的5鉴定标准，且位于 TRN 内对照组大鼠 TRN 内 GABA 能神经元的放电频率为5.0-35.7Hz(14.7±1.6, n=23)，PD 组神经元的放电频率变化范围是 11.8-67.0Hz(33.8±3.0, n=29)与对照组相比，PD 组神经元的平均放电频率显著增高(P0.001, 图 1A)图 1 两组大鼠 TRN 神经元放电频率、平均放电间隔和不对呈指数的比较（略）Fig.1 Comparisons of the firing rate, mean interspike interval and asymmetry index of TRN neurons in control and PD rats A: firing rate; B: mean interspike interval; C: asymmetry index *P0.001 vs. control group; PD: Parkinson s disease2.2 两组大鼠 TRN 内神经元的放电形式 对照组大鼠的神经元表现出 2 种放电形式，不规则放电神经元 4 个(17%, n=23)，爆发式放电神经元 19 个(83%, n=23)。

在 PD 组大鼠，有 3 种形式的神经元放电，规则放电神经元 2 个(7%, n=29)，不规则放电神经元 13 个(45%, n=29)，爆发式放电神经元 14 个(48%, n=29)经 χ2 检验，PD 组大鼠爆发式放电神经元明显减少(P0.05)，而不规则放电神经元增加，同时有规则。