IL-1β对皮层神经元中大电导钙激活钾通道的抑制作用及机制

摘要

白细胞介素1a（Interleukin-1a，IL-1a）是重要的促炎症细胞因子，在中枢神经系统中发挥广泛的生物学功能。大量研究表明IL-1a的作用非常复杂，在不同的模型和条件下可能发挥神经损伤或者神经保护作用。电压门控K+ 通道调节神经元电学性质，也参与多种中枢神经系统的病理学过程。其中大电导钙激活钾（BK）通道是广泛分布的一类非常重要的K+ 渗透性通道。它将细胞膜电特性与细胞信号系统联系在一起，在细胞功能实现中起着重要作用。虽然IL-1a和BK 通道在神经损伤以及一些脑疾病过程中发挥着重要作用，但目前还很少有它们之间关系研究的报导。
　　 本实验使用SD 大鼠，以原代培养18~19d 胎鼠的大脑皮层神经元作为材料，使用全细胞、单通道膜片钳技术，研究了10 ng/mL的IL-1a在不同处理时间下对皮层神经元电压依赖性K+电流的影响；以及进一步研究10 ng/mL的IL-1a 处理24 小时后对BK 电流的作用、作用机制，及其生理意义。结果如下：
　　 应用全细胞膜片钳技术，记录到全细胞外向K+电流，为了研究IL-1a 对K+电流的作用，在培养基中加入10 ng/mL的IL-1a，处理时间为8和24 小时。结果显示在IL-1a处理后，仍然能够记录到与对照组的性质类似的K+电流。但发现IL-1a 处理8 小时对外向K+电流没有作用；处理24 小时可使全细胞外向K+电流的幅度降低20％左右。说明IL-1a 对大鼠皮层神经元电压门控K+ 电流具有抑制作用，并且这种抑制可能具有时间依赖性。随后使用10 ng/mL的IL-1a 处理培养的大鼠皮层神经元24 小时后，发现全细胞BK 电流被抑制了30％。
　　 根据上述实验结果，本实验进一步采用内面向外式和细胞吸附式记录培养的大鼠皮层神经元中IL-1a 对BK 通道的抑制机制。结果显示IL-1a 既不影响细胞膜BK 通道的密度，也不影响单个BK 通道的性质。而在细胞吸附式记录下，对照组和IL-1a 处理组的条件开放概率和通道密度有较大的变化，但差异并不显著。通过使用电压门控Ca2+通道（VGCCs）和BK 通道抑制剂进行全细胞记录后提示IL-1a 很可能是通过减少神经元质膜的VGCCs 间接地抑制了全细胞BK 电流。
　　 我们使用电流钳模式研究了IL-1a 抑制BK 电流的生理意义，发现这种抑制会导致动作电位（Aps）性质产生变化，以及不应期延长。这些数据表明IL-1a 能够影响神经元的电学性质，从而调节神经元的兴奋性，有利于进一步了解细胞因子与神经系统功能的关系。在损伤和疾病的条件下，较少的产生动作电位可以使神经元保存更多的能量，获得更大的生存可能。从这个角度看，IL-1a 对电压依赖性K+ 电流的抑制可能会产生一个神经保护作用。