组胺能系统对内嗅皮层浅层信息编码及空间探索行为的调控

摘要

内嗅皮层(entorhinal cortex，EC)是连接海马和新皮层的重要“门户”，在空间认知过程中起着关键作用。解剖学上，内嗅皮层可以分为内侧内嗅皮层(medial entorhinal cortex)和外侧内嗅皮层(lateral entorhinal cortex)，而前者又包括浅层(superficial layers of medial entorhinal cortex，sMEC)和深层(deep layers of medial entorhinal cortex)。对于空间信息的编码，sMEC一方面含有表征特定空间坐标的“网格细胞”(grid cell)和“边界细胞”(border cell)，另一方面通过同步化的theta和gamma振荡的方式将空间信息从sMEC向海马输入。在对二维空间环境的探索过程中，sMEC一部分兴奋性神经元的发放集中分布在局部theta节律振荡的特定相位，称为神经元放电的“theta相位锁定(theta phase-locking)”。与之类似，局部gamma振荡(40-100Hz)的能量在特定theta相位亦规律性地出现最大值，即所谓的“theta-gamma耦合(theta-gamma coupling)”。
　　主要结果如下：
　　1.在体情况下，组胺通过H1Rs增加sMEC神经元兴奋性而褪黑素由3型受体介导抑制其兴奋性。
　　自由活动状态下，在大鼠sMEC注射不同浓度(30μM，300μM，3mM)的组胺均引起主要投射神经元放电频率的增加(Paired t test，all P＜0.001，n30μM=190，n300μM=194，n3mM=153)，并且组胺的兴奋效应具有浓度依赖性(Chi-square test，P＜0.001)。为明确组胺产生兴奋效应的受体机制，分别在大鼠sMEC给予三种组胺受体阻断剂。
　　结果发现，H1R阻断剂triprolidine(10μM)使sMEC主要投射神经元的放电频率明显降低(Paired t test，P＜0.001，n=192)，而注射H2R阻断剂ranitidine(100μM)或H3R阻断剂clobenpropit(10μM)均不影响其放电(Paired t test，two comparisons P＞0.05，nranitidine=189，nclobenpropit=196)。同样，在triprolidine存在的情况下，组胺(3mM)对sMEC主要投射神经元的兴奋效应被抑制(Paired t test，P＜0.001，n=65)，而ranitidine或clobenpropit均无法阻断组胺在sMEC引起的放电频率增加(Paired t test，two comparisonsP＞0.05，nranitidine=59，nclobenpropit=54)。此外，在体情况下促睡眠的褪黑素对sMEC主要投射神经元的放电具有明显的抑制效应，并且这种效应呈现浓度依赖性(Chi-square test，P＜0.001，nvehicle=61，n05mM=57，n15mM=42，n3mM=49)。给予褪黑素1、2型受体阻断剂luzindole(0.5mM)并不影响主要投射神经元的放电频率(Paired t test，P＞0.05，n=46)，而3型受体阻断剂prazosin(1.5mM)使其放电明显增加(Paired t test，P＞0.05，n=51)，提示在体情况下褪黑素通过3型受体介导可抑制主要投射神经元的兴奋性。
　　2.H1Rs和H3Rs参与组胺增强sMEC theta和high gamma振荡的能量
　　Theta和gamma振荡是内嗅皮层-海马环路信息编码过程中的重要表征。通过分析sMEC局部场电位(Local field potential，LFP)不同频率带(delta：0.5-4Hz;theta：4-12Hz;beta：12-25Hz;low gamma：25-48Hz;high gamma：60-120Hz)的振荡，发现较低浓度的组胺(30μM)增强了sMEC中high gamma的能量而降低了delta的能量(Paired t test,Pdelta＜0.01,Ptheta＞0.05,Plow gamma＞0.05,Phigh gamma＜0.001,n=11)。300μM和3mM的组胺均引起theta和high gamma能量的显著增加，同时伴随delta能量的减少(Paired t-test,300μM：Pdelta＜0.001,Ptheta＜0.01,Plow gamma＞0.05,Phigh gamma＜0.001,n=11;3mM：Pdelta＜0.001，Ptheta＜0.001，Phigh gamma＜0.001，n=11)。LFP主要反映了局部神经元膜振荡和突触后电位的活动，为明确参与组胺调控LFP振荡的受体机制，在sMEC分别注射了三种组胺受体阻断剂。H1R阻断剂(Triprolidine，10μM)和H3R阻断剂(Clobenpropit，10μM)均显著降低了theta和high gamma的能量，同时增强了delta的能量(Paired t-test,triprolidine,Pdelta＜0.001,Ptheta＜0.001,Pbeta＜0.01,Plow gamma＜0.05,Phigh gamma＜0.001,n=11;Clobenpropit,Pdelta＜0.001,Ptheta＜0.001,Phigh gamma＜0.001,n=11)，而H2R阻断剂(Raniditine，100μM)对sMEC LFP不同频率的振荡并无显著影响(Paired t-test,all comparisons P＞0.05,n=11)。
　　3.组胺不影响网格细胞和边界细胞的编码
　　明确了在体情况下组胺能系统对sMEC神经元电活动的影响之后，进一步观察了组胺是否参与调控空间探索过程中sMEC两种典型空间相关神经元（即网格细胞和边界细胞）的编码。对于所记录到的网格细胞，计算了其网格分数(gridness score)、平均发放频率(average rate)、峰值发放频率(peak rate)、信息率(information rate)、松散度(sparsity)、平均发放野大小(mean field size)。
　　结果发现，给予组胺(300μM，3mM)并不影响其在线编码(Paired t-test，all comparisons P＞0.05，n300μM=13，n3mM=17)。同样，局部注射H1R阻断剂triprolidine(10μM)、H2R阻断剂ranitidine(100μM)或H3R阻断剂clobenpropit(10μM)均未改变网格细胞的编码模式(Paired t-test，all comparisons P＞0.05，ntnprolidine=14，nranitidine=16，nclobenpropit=15)。对于所记录到的边界细胞，组胺(300μM)和H1R阻断剂triprolidine(10μM)均未影响其边界得分(Borderness score;paired t-test,P＞0.05,nhistamine=14,ntnprolidine=13)。
　　综上，本研究发现，在体情况下组胺通过H1Rs增加sMEC主要投射神经元的放电;H1Rs和H3Rs介导组胺增强sMEC局部theta和high gamma能量的效应;空间探索过程中，组胺并不影响网格细胞和边界细胞的编码，但强化了主要投射神经元放电的theta相位锁定和LFP的theta-high gamma耦合;组胺能系统增强theta对sMEC主要投射神经元放电和high gamma的调制与其对空间识别行为的调控具有紧密相关性。

目录

声明

英文缩写一览表

摘要

第一章 前言

第二章 组胺对内嗅皮层浅层神经元电活动的影响及其机制

2．1 材料和方法

2．2 结果

2．3 讨论

第三章 组胺对内嗅皮层浅层信息编码的调制

3．1 材料和方法

3．2 结果

3．3 讨论

第四章 组胺调控内嗅皮层浅层信息编码与空间识别的关系

4．1 材料和方法

4．2 结果

4．3 讨论

全文总结

参考文献

文献综述 中枢组胺能系统功能环路研究进展

学习期间发表的论文

致谢