多巴胺能神经元胞体和突触分泌的机制：新鲜脑片电化学微电极实时记录量子化分泌和纹状体突触传递

摘要

多巴胺(DA)是一种在情绪、运动、奖赏、烟草成瘾等行为中发挥关键作用的神经递质。中脑多巴胺能神经元发放的动作电位可以在细胞胞体触发递质分泌，或者经轴突传导到末梢在纹状体触发末梢分泌(ascending通路)。此外，纹状体胆碱能神经元同步放电也可以直接触发多巴胺能轴突末梢的分泌(hijack通路)。突触传递的时间特性对于神经环路在生理行为中的功能非常重要。然而，多巴胺能神经元胞体分泌及末梢分泌的时间特性并不清楚，DA分泌在尼古丁调控下的动态变化也有待进一步研究。　　本文采用膜片钳-电化学联合记录、光遗传学刺激、电场刺激、amperometry记录等方法，在新鲜脑组织切片上研究了多巴胺能神经元胞体分泌和末梢分泌的动态变化。本研究发现：　　(1)通过全细胞膜片钳去极化细胞胞体，同时使用微碳纤电极检测胞外DA水平，记录到了多巴胺能神经元胞体分泌的量子化释放事件。本文精确测定了DA胞体分泌的潜伏期(中值:486ms)。与多巴胺能末梢分泌相比，胞体分泌的潜伏期比前者长约45倍。　　(2)通过使用ChAT-ChR2-EYFP光遗传学转基因小鼠对纹状体胆碱能中间神经元进行选择性光刺激发现，胆碱能中间神经元经Hijack通路诱发的DA分泌的平均潜伏期为17.8ms，而电刺激经ascending通路诱发的DA分泌的平均潜伏期为10.8ms。在Hijack通路中，中间神经元受光刺激发放动作电位需2.8ms，胆碱能神经传递需7.0ms，下游的DA分泌需10.8ms。该Hijack通路的分泌潜伏期接受突触前乙酰胆碱(acetylcholine, ACh)分泌和突触后N型乙酰胆碱受体(nAChR)状态的共同调控。　　(3)本文进一步研究了hijack通路DA分泌的恢复过程。在首次光刺激后DA囊泡库立即开始再填充，该填充过程具有单指数时间常数(tDT=15s)。但是再次光刺激触发的分泌具有短暂的绝对不应期(TARP=1s)，之后的恢复过程具有相似的时间常数(tCTDT=17s)。　　(4)本文研究了在吸烟水平的尼古丁的调控下的DA末梢分泌的动态变化。吸烟水平的尼古丁选择性阻断DA分泌的Hijack通路，但是却不影响ascending通路。同时，尼古丁可以解除胆碱能神经传递引发的DA囊泡库的排空，从而易化了双通路共同刺激产生的持续型DA分泌。　　综上所述，本文对复合突触内各个突触的传递时间的测定是迄今为止关于复合突触传递延迟时间的第一个例子，对今后这“第三类”突触的突触传递有重要参考意义。本文在毫秒水平上测定了DA胞体分泌和经两种通路的末梢分泌的时间特性以及吸烟水平的尼古丁对多巴胺能末梢分泌调控的通路特异性。这些发现有助于进一步了解在生理和吸烟成瘾状态下DA分泌的特性和功能，为寻找治疗尼古丁成瘾的药物提供了靶点通路。

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图表目录

缩略语

第一章 前言

1.1 神经递质分泌与囊泡循环

1.2 多巴胺能神经系统

1.3 多巴胺的电化学检测

1.4 多巴胺能神经元的胞体分泌

1.5 胆碱能神经元触发的DA分泌与尼古丁成瘾

第二章 材料和方法

实验动物

实验药品

新鲜脑薄片的制备

电生理记录

电化学记录

刺激方式

组织化学染色

突触囊泡库再填充的理论分析

数据分析

第三章 结果

3.1 中脑多巴胺能神经元胞体分泌的长潜伏期特性

3.2 纹状体DA末梢分泌的时间特性

3.3 吸烟水平的尼古丁对DA末梢分泌的调控

第四章 讨论

DA胞体分泌

DA胞体分泌的时间特性

DA末梢分泌的时间特性

DA囊泡循环的时间特性

nAChR受体与hijack通路DA分泌

尼古丁选择性调控DA分泌通路

尼古丁调控burst DA分泌的机制

第五章 结论

参考文献

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