5-HT对丘脑底核不同功能区域神经元的电生理效应及其对抑郁行为的调控

摘要

丘脑底核（subthalamic nucleus）是基底神经节间接环路重要的中继核团。根据传入和传出纤维联系，丘脑底核分为感觉运动区、联络区和边缘区三个不同的功能区域。丘脑底核通过与不同功能区域相联系而参与感觉运动、联络和情绪功能。5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）是一种重要的单胺类神经递质，在中枢神经系统中发挥多种生物学效应。脑内5-HT功能异常是抑郁症状的主要危险因素之一。形态学研究显示丘脑底核接受丰富的来自中缝背核的5-HT能纤维支配，并表达5-HT受体。
　　目的：探讨5-HT对大鼠丘脑底核不同功能区域神经元的电生理效应及其对大鼠抑郁行为的调控。
　　方法：本实验采用多管微电极细胞外电生理学记录、6-OHDA帕金森病模型大鼠的制备、核团埋管术以及糖水偏爱度测试等实验方法。
　　结果：⑴在正常大鼠记录的64个丘脑底核感觉运动区神经元，有28个（43.75％）神经元在微量压力注射0.1mM5-HT后自发放电频率由4.70±1.09Hz升高至7.95±1.64Hz，平均升高151.84±29.85%（P<0.001）。放电模式分析显示，在5-HT产生兴奋效应的丘脑底核感觉运动区神经元，加药前CV值与加药后CV值相比没有明显变化，差别无统计学意义（加药前：0.78±0.07；加药后：0.83±0.07；P>0.05），同时观察到FF值无明显变化（加药前：1.17±0.39；加药后：0.94±0.38；P>0.05）。另外36个（56.25%）丘脑底核感觉运动区神经元可以被0.1mM5-HT抑制，自发放电频率由10.53±1.85Hz降低至6.25±1.46Hz，平均降低55.43±4.81%（P<0.001）。放电模式分析显示，在5-HT产生抑制效应的丘脑底核感觉运动区神经元，加药前CV值与加药后CV值相比没有明显变化，差别无统计学意义（加药前：0.72±0.05；加药后0.80±0.06；P>0.05），同时观察到FF值有明显变化（加药前：0.25±0.07；加药后：1.12±0.41；P<0.05）。⑵在正常大鼠记录到的18个丘脑底核联络区神经元，微量压力注射0.1mM5-HT可以抑制13个（72.22%）丘脑底核联络区神经元，自发放电频率由7.27±2.38Hz降低至3.70±1.73Hz，平均降低60.94±7.27%（P<0.01）。另外5个（27.78%）丘脑底核联络区神经元微量压力注射5-HT后，放电频率有升高的趋势，使自发放电频率由1.45±1.00Hz升高至4.70±2.79Hz，平均升高270.42±84.81%（P>0.05）。放电模式分析显示，上述引发兴奋和抑制效应的两组神经元加药前后CV值和FF值均无明显改变，提示5-HT对正常大鼠丘脑底核联络区神经元放电模式无明显影响。⑶在正常大鼠记录到的31个丘脑底核边缘区神经元，微量压力注射0.1mM5-HT可以兴奋其中的13个（41.94%）丘脑底核边缘区神经元，使自发放电频率由13.62±3.80Hz升高至19.12±4.71Hz，平均升高119.21±39.91%（P<0.001）。放电模式分析显示，引发兴奋效应的丘脑底核边缘区神经元加药前后CV值和FF值均无明显改变，差别无统计学意义。另外18个（58.06%）丘脑底核边缘区神经元可以被5-HT抑制，自发放电频率由10.25±3.28Hz降低至6.08±2.21Hz，平均降低54.25±6.79%（P<0.01）。放电模式分析显示，在5-HT产生抑制效应的丘脑底核边缘区神经元，加药前CV值与加药后CV值相比没有明显变化，差别无统计学意义（加药前：0.71±0.09；加药后：0.81±0.09；P>0.05），同时观察到FF值有明显变化，差别有统计学意义（加药前：0.61±0.18；加药后：3.06±1.06；P<0.05）。⑷将正常大鼠丘脑底核不同功能区域神经元基础放电频率和放电模式进行了比较，结果均显示无显著差异（P>0.05）。同时，我们分别将5-HT对正常大鼠丘脑底核不同功能区域神经元的兴奋和抑制效应相比较，结果均显示无显著差异（P>0.05）。我们比较了5-HT对正常大鼠丘脑底核不同功能区域兴奋和抑制效应神经元的比例，虽然χ2检验结果显示三个功能区域差异无显著性（χ2=1.512，d.f.=2，P>0.05），但可以看出5-HT对正常大鼠丘脑底核三个功能区域神经元抑制效应的百分数占多数。⑸在清醒动物抑郁行为学实验中，双侧丘脑底核微量注射0.1mM5-HT可使正常大鼠的糖水偏爱度明显增加。在观察的第1.5h、2h、2.5h、3h的糖水偏爱度明显高于生理盐水对照组，分别升高81.99±38.03%（P<0.05）、83.46±27.58%（P<0.05）、64.63±17.20%（P<0.05）和72.89±16.96%（P<0.05）。双侧丘脑底核微量注射0.1mM5-HT可使6-OHDA帕金森病模型大鼠的糖水偏爱度明显降低。在观察的第1h、1.5h、2h、2.5h、3h的糖水偏爱度明显低于生理盐水对照组，分别降低35.79±15.12%（P<0.05）、46.53±10.07%（P<0.01）、40.25±11.49%（P<0.01）、40.51±11.42%（P<0.01）和37.65±9.38%（P<0.01）。
　　结论：电生理学研究结果显示外源性5-HT可以改变正常大鼠丘脑底核不同功能区域神经元的兴奋性，产生升高和降低的双重效应。5-HT可能通过调节丘脑底核神经元兴奋性而参与帕金森病抑郁行为的调控。本实验结果为进一步探究丘脑底核5-HT在帕金森病抑郁行为中的调控作用提供了一定的理论依据。