氯化铈对大鼠海马CA1区锥体神经元电压门控性钙通道的作用研究

摘要

目的：
　　稀土元素铈（Cerium，Ce）是自然界中含量最多的轻稀土元素，化学性质极为活泼，常以 Ce3+离子状态存在，与其他元素和组织成分发生反应，在生物体内富集。随着铈及其化合物应用的推广，其对生物体多系统、多器官的毒性作用得到广泛研究[1-3]。研究显示，Ce3+具有神经毒性[3-6]，会损害婴幼儿学习记忆和认知功能[7-10]，但其机制尚不明确。Ce3+离子半径与钙离子（Calcium，Ca2+）相近，可取代Ca2+与生物大分子结合，干扰细胞的正常功能以及细胞内钙稳态。Ca2+与学习记忆功能密切相关，细胞内适宜的Ca2+浓度是神经元生长发育、突触可塑性的基础[11]，而电压门控性钙通道对神经元内 Ca2+浓度具有重要的调节作用[12-14]。因此，本研究采用膜片钳技术，首次在海马锥体神经元，探讨氯化铈对电压门控性钙通道及钙振荡的影响，为 Ce3+的海马神经毒性机制提供理论基础和依据。
　　方法：
　　以13-15日龄SD大鼠为取材对象，制备急性离体脑片。采用细胞外灌流给药的方式，给予脑片氯化铈（CeCl3）染毒，应用全细胞膜片钳技术，在电压钳模式下，经数模转换器采集染毒前后大鼠脑片海马CA1区锥体神经元电压门控性钙通道电流和乙酰胆碱（Acetylcholine，Ach）诱导的钙激活性氯电流。通过分析染毒前后钙通道电流、I-V曲线、稳态失活曲线、稳态激活曲线变化来反映 Ce3+对电压门控性钙通道的作用；同时分析染毒前后钙激活性氯电流变化来反映Ce3+对Ach诱导海马锥体神经元钙振荡的影响。
　　实验结果：
　　1．大鼠海马CA1区锥体神经元高电压和低电压激活钙通道电流特征
　　海马CA1区锥体神经元高电压激活钙通道电流密度为-15.45±1.94 pA/pF，0.2 mmol/L CdCl2可完全阻断高电压激活钙通道电流（IHAV）（n=6）。低电压激活钙通道电流密度为-4.84±0.55 pA/pF，0.2 mmol/L NiCl2对低电压激活钙通道电流（ILVA）的抑制率为63.3±7.4％（n=6）。
　　2．氯化铈暴露对锥体神经元电压门控性钙通道电流的影响
　　全细胞模式形成后，以正常人工脑脊液灌流脑片5min，再灌流含有0、5、10、50、100μmol/L氯化铈的人工脑脊液，观察到氯化铈可以明显抑制锥体神经元的IHVA，其标化电流幅度随浓度的增加而减少（P＜0.05，n=8）；但氯化铈对锥体神经元的ILVA无明显作用（P＞0.05，n=8）。L型钙通道阻滞剂 nifedipine可以减弱氯化铈对IHVA的影响。
　　3．氯化铈暴露对高电压激活钙通道特性的影响
　　氯化铈暴露可使高电压激活钙通道电流 I-V曲线上移，最大电流密度由-15.45±1.94 pA/pF降低到-8.74±1.58 pA/pF（P＜0.05，n=8），但对电流密度I-V曲线形状无明显影响。拟合稳态激活曲线和失活曲线，发现氯化铈暴露前后的半数激活电压、半数失活电压、斜率因子均无明显差异（P＞0.05，n=10）。
　　4．氯化铈暴露对Ach诱导海马CA1区锥体神经元钙振荡的影响
　　细胞外灌流10 nmol/L Ach可诱导CA1区锥体神经元钙振荡，50μmol/L氯化铈可明显降低 Ach诱导的锥体神经元钙振荡，其标化净电流值从1.02±0.02（n=6）减小到0.61±0.07（P＜0.05，n=6）；细胞外给予0.2 mmol/L CdCl2阻断HVA钙通道之后，可观察到Ach诱导的锥体神经元钙振荡明显降低，其标化净电流值减小到0.30±0.05（n=6），联合暴露50μmol/L氯化铈与CdCl2，其标化净电流值减小到0.33±0.04（n=6），两组之间无统计学差异（P＞0.05）。
　　结论：
　　1. Ce3+暴露抑制高电压激活钙通道电流，但对低电压激活钙通道电流无明显作用。
　　2. Ce3+暴露降低锥体神经元高电压激活钙通道活性，但是对其离子通道门控特性无明显影响。
　　3. Ce3+可通过作用于高电压激活钙通道，减弱Ach诱导的海马锥体神经元钙振荡。

目录

声明

中英文缩略词表

第1章 前言

第2章 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 统计分析

第3章 结果

3.1大鼠海马CA1区锥体神经元VGCCs电流

3.2 氯化铈暴露对VGCCs电流的影响

3.3 氯化铈暴露对HVA钙通道特性的影响

3.4 氯化铈暴露对Ach诱导海马锥体神经元钙振荡的影响

第4章 讨论

4.1 氯化铈对VGCCs的作用及分析

4.2 氯化铈对Ach诱导海马神经元钙振荡的作用及分析

第5章 结论

第6章 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

综述:铈离子神经毒性的研究进展