腹外側(cè)視前區(qū)微量注射組胺對大鼠睡眠-覺醒周期的影響

劉宇煒，文若劍，陳曉青，易卉玲，黃　丹（江漢大學　醫(yī)學院，湖北　武漢　430056）

腹外側(cè)視前區(qū)微量注射組胺對大鼠睡眠-覺醒周期的影響

劉宇煒，文若劍，陳曉青，易卉玲，黃丹
（江漢大學醫(yī)學院，湖北武漢430056）

摘要：目的研究組胺作用于腹外側(cè)視前區(qū)對大鼠睡眠-覺醒周期的影響。方法通過腦立體定位、腹外側(cè)視前區(qū)微量注射組胺，腦電圖儀記錄及分析睡眠、覺醒時相。結(jié)果微量注射50 μmol/L組胺無明顯影響，而100 μmol/L組胺顯著減少大鼠睡眠，增加覺醒。結(jié)論組胺在腹外側(cè)視前區(qū)對大鼠睡眠-覺醒周期發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，具有明顯的促覺醒作用。

關(guān)鍵詞：組胺；腹外側(cè)視前區(qū)；睡眠-覺醒周期

睡眠-覺醒周期是一種晝夜節(jié)律，乃機體生命之高級生理活動，是一個涉及多系統(tǒng)、多中樞的生理過程，具有復雜的神經(jīng)調(diào)節(jié)機制［1］。其正常的周期性交替是人類生存的必要條件。在大腦內(nèi)，下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)（ventrolateral preoptic area，VLPO）的神經(jīng)元具有非常重要的促進睡眠作用［2］，其作用受到多種遞質(zhì)的影響。其中，組胺（histamine）發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用。組胺是一種廣泛存在于動植物中的化學遞質(zhì)，又稱為自身活性物質(zhì)（或局部激素），其在微量情況下就能產(chǎn)生明顯的生理活性［3］。筆者以前的研究表明，大鼠VLPO微量注射組胺可增加其運動活性，電生理實驗研究也表明其作用可能是通過同時影響到VLPO兩類神經(jīng)元而引起［4］。

在本實驗中，進一步采用腦立體定位儀，通過微量注射組胺，腦電圖儀記錄及分析睡眠、覺醒時相。實驗結(jié)果證明，一定劑量的組胺作用于VLPO可顯著減少大鼠睡眠，增加覺醒。

1　材料與方法

1.1材料

Sprague-Dawley大鼠，鼠齡20～30天，雌雄不限，由江漢大學醫(yī)學院醫(yī)學實驗動物中心提供。

SN-2型腦立體定位儀（日本Tokyo Narishige），ND-82B八導腦電圖儀（上海醫(yī)療器械廠）。

戊巴比妥鈉（進口分裝），臨用前用蒸餾水配制成8 g/L溶液；組胺（histamine）購自Sigma公司，其余試劑為國產(chǎn)分析純。

1.2方法

1.2.1動物手術(shù)參照文獻［4］的實驗方法，并在此基礎上加以改進：大鼠經(jīng)戊巴比妥鈉（40 mg/kg）腹腔注射麻醉后，將頭部固定于腦立體定位儀上。暴露顱骨，雙氧水清潔顱骨表面。依據(jù)Paxinos和Watson大鼠立體定位圖譜，將外徑為0. 6 mm的不銹鋼引導管插入到兩側(cè)VLPO上方1 mm處（AP-0. 24 mm；ML ±1. 0 mm；DV-8. 0 mm）。在冠狀縫前2 mm及人字縫前1 mm與顱骨中線兩側(cè)旁開2 mm交叉點處分別安裝銅質(zhì)鍍金螺絲釘，深度至穿透顱骨接觸到硬腦膜，用于記錄皮層腦電活動。在雙側(cè)頸肌肉內(nèi)插入銀絲電極以記錄肌電活動。不銹鋼引導管與記錄電極均用牙科水泥固定于顱骨表面，并將電極通過電線連接到一個微型插座。術(shù)后休息1周。記錄前將大鼠頭部微型插座通過引導線連接到腦電圖儀上，適應約24 h后開始記錄。

1.2.2藥物微量注射注射在清醒狀態(tài)下進行，用針尖外徑為0. 3 mm的微量注射器通過引導管緩慢向雙側(cè)VLPO內(nèi)注射不同劑量藥液（實驗組）或生理鹽水（對照組），并留針1min以上以防藥液流出。

1.2.3睡眠描記及分析記錄電極通過微型插座連接到ND-82B型八導腦電圖儀上，同步記錄腦電和肌電活動。每次描記從上午9點開始，連續(xù)記錄4 h。以30 s為一分段時間，睡眠-覺醒周期分為：①覺醒期（W），以低壓快速腦電（Electroencephalogram，EEG）和高肌電（electromyogram，EMG）為特征；②慢波睡眠（SWS），以高幅低頻EEG為特征，EMG明顯減少；③快速眼動睡眠（REM），以低幅高頻EEG為特征，除偶爾肌肉抽動外，無明顯EMG?？偹邥r間（TST）為SWS和REM之和。

1.3統(tǒng)計學分析

采用Sigmaplot 11.0（Jandel Scientific）和SPSS 16.0進行處理、統(tǒng)計分析和制圖。實驗結(jié)果以均值±標準差（±s）表示，統(tǒng)計結(jié)果采用配對t檢驗，P< 0. 05為差異有統(tǒng)計學意義。

2　結(jié)果

2.1VLPO內(nèi)微量注射組胺對大鼠睡眠-覺醒周期的影響

大鼠隨機分為生理鹽水（SAL）組、組胺（HIS）組。與SAL組相比較，VLPO內(nèi)注射低濃度HIS（50 μmol/L/0. 2 μL/側(cè)，n =8）對大鼠睡眠-覺醒周期無明顯影響，而增加HIS濃度（100μmol/L/0. 2 μL/側(cè)，n = 9）使大鼠W增加21. 8 ％（P < 0. 05），SWS、REM和TST分別減少13. 0％、2. 6％和12. 2％（P < 0. 05，P < 0. 05，P < 0. 05，見表1和圖1）。

表1　微量注射組胺于腹外側(cè)視前區(qū)對大鼠睡眠-覺醒周期的影響Tab. 1 Effects of microinjection of histamine in the ventrolateral preoptic area on rat sleep-wakefulness cycle（min，±s）

表1　微量注射組胺于腹外側(cè)視前區(qū)對大鼠睡眠-覺醒周期的影響Tab. 1 Effects of microinjection of histamine in the ventrolateral preoptic area on rat sleep-wakefulness cycle（min，±s）

*：P < 0. 05（與對照組比較）。

分組　數(shù)量W SWS REM TST對照組90. 5±17. 2 HIS（50 μmol·L-1）93. 5±18. 6 HIS（100 μmol·L-1）78 9 110. 2±20. 8* 142. 8±20. 13. 8±1. 7146. 7±21. 5 139. 8±21. 53. 8±1. 6143. 9±20. 3 124. 3±18. 7*3. 9±1. 3128. 8±19. 8*

圖1　微量注射組胺于腹外側(cè)視前區(qū)對大鼠睡眠-覺醒周期的影響（min，±s）Fig. 1 Effects of microinjection of histamine in the ventrolateral preoptic area on rat sleep-wakefulness cycle（min，±s）

2.2VLPO內(nèi)微量注射組胺對不同時段大鼠睡眠、覺醒成分的影響

進一步研究大鼠VLPO微量注射HIS后不同時間段對睡眠、覺醒成分的影響。與對照組比較，低濃度HIS組無影響；而高濃度HIS組第1小時無明顯變化，從第2小時開始，第2、3、4小時，HIS組覺醒分別增加18. 2％、21. 8％和34. 8％（P < 0. 05，P < 0. 05，P < 0. 01，respectively），而睡眠則分別減少8. 9％、13. 7％ 和27. 2％（P < 0. 05，P < 0. 01，P < 0. 01，見圖2）。

圖2　微量注射組胺于腹外側(cè)視前區(qū)對不同時段大鼠睡眠、覺醒成分的影響（min，±s）Fig. 2 Effects of microinjection of histamine in the ventrolateral preoptic area on sleep-wakefulness and TST of different duration（min，±s）

3　討論

睡眠的目的是目前為止最難解的生物學迷團之一。盡管其功能尚無令人滿意的解答，但對大腦控制睡眠-覺醒調(diào)節(jié)的研究已經(jīng)取得了很大的進展。良好的睡眠可以幫助人體對抗感染，維持身體健康。充足的睡眠對認知功能的優(yōu)化是必需的；相反，睡眠不足及障礙日益帶來一系列的嚴重的社會與醫(yī)學問題［2，5］。

睡眠-覺醒的調(diào)節(jié)涉及到眾多的腦區(qū)，其中下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)的神經(jīng)元具有非常重要的促進睡眠作用。這一區(qū)域的損毀會導致失眠。由于VLPO與主要的上行激活系統(tǒng)之間存在著非常復雜的交互抑制，得以精確地調(diào)控睡眠-覺醒過程。其中VLPO的GABA能神經(jīng)元與結(jié)節(jié)乳頭體核（tuberomamillary nu?cleus，TMN）組胺能神經(jīng)元之間的交互抑制起著最核心的調(diào)節(jié)作用［6］。以前的研究認為組胺對VLPO神經(jīng)元無作用［7］，但TMN組胺能神經(jīng)元可以不間斷地釋放組胺到VLPO，VLPO組胺平均濃度在覺醒期最高（104 μmol/L），慢波睡眠時次之（35 μmol/L），REM階段最低（22 μmol/L）。如果組胺在此區(qū)域不發(fā)揮任何興奮或抑制作用，這可能有違常理。筆者前期的研究表明，大鼠VLPO微量注射組胺可增加其運動活性。電生理實驗研究也表明其作用可能是通過同時影響到VLPO兩類神經(jīng)元而引起［4］。

本實驗研究發(fā)現(xiàn)在大鼠VLPO注射低濃度HIS（50 μmol/L/0. 2 μL/側(cè)）對大鼠睡眠-覺醒周期無明顯影響，這可能是因為TMN組胺能神經(jīng)元的不間斷釋放，VLPO始終存在組胺。當其濃度較低時，不足以影響睡眠-覺醒的轉(zhuǎn)換；而增加HIS濃度（100 μmol/L/0. 2 μL/側(cè)）使大鼠W增加21. 8％（P< 0. 05），SWS、REM和TST分別減少13. 0％、2. 6％和12. 2％（P< 0. 05，P< 0. 05，P< 0. 05），這可能是VLPO內(nèi)組胺濃度升到一定高度后，可明顯地對睡眠-覺醒周期產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。這與睡眠-覺醒的轉(zhuǎn)換迅速、無過渡期的特點是相吻合的。

本研究的實驗結(jié)果表明，微量注射組胺后，對不同時段的睡眠、覺醒成分作分析，發(fā)現(xiàn)低濃度條件下無作用；而增加組胺濃度后，其作用從第2小時開始明顯，效果呈漸近性增加，到第4小時更加顯著。筆者以前的電生理研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，100 μmol/L的組胺對VLPO的抑制作用可能部分通過興奮其內(nèi)的去甲腎上腺素興奮型神經(jīng)元，進而釋放GABA而抑制去甲腎上腺素抑制型神經(jīng)元而實現(xiàn)的［4］。其反應會形成一種正反饋，形成持續(xù)的清醒狀態(tài)［6］，這和本研究的實驗結(jié)果是一致的。

綜上所述，組胺在腹外側(cè)視前區(qū)對睡眠-覺醒周期發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，在較低濃度時，對睡眠/覺醒的轉(zhuǎn)換無明顯作用；而在各種因素作用下大量釋放時，可產(chǎn)生快速、明顯而持久的促覺醒作用。其效果可能通過復雜的調(diào)控而維持正常的睡眠-覺醒節(jié)律及快速轉(zhuǎn)換，具體的機制還有待進一步的研究。

參考文獻（References）

［1］張景行，章功良.睡眠-覺醒機制研究概況［J］.中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志，2006，6（1）：11-16.

［2］VETRIVELAN R，SAPER C B，F(xiàn)ULLER P M. Armodafinil-induced wakefulness in animals with ventrolateral preoptic lesions ［J］. Nat Sci Sleep，2014，6：57-63.

［3］PANULA P，SUNDVIK M，KARLSTEDT K. Developmental roles of brain histamine［J］. Trends Neurosci，2014，37（3）：159-168.

［4］LIU Y W，LI J，YE J H. Histamine regulates activities of neurons in the ventrolateral preoptic nucleus［J］. J Physiol，2010，588（Pt 21）：4103-4116.

［5］RICHTER C，WOODS I G，SCHIER A F. Neuropeptidergic control of sleep and wakefulness［J］. Annu Rev Neurosci，2014，37：503-531.

［6］BROWN R E，BASHEER R，MCKENNA J T，et al. Control of sleep and wakefulness［J］. Physiol Rev，2012，92（3）：1087-1187.

［7］GALLOPIN T，F(xiàn)ORT P，EGGERMANN E，et al. Identification of sleep-promoting neurons in vitro［J］. Nature，2000，404 （6781）：992-995.

（責任編輯：范建鳳）

Effects of Microinjection of Histamine in Ventrolateral Preoptic Area on Rat Sleep-Wakefulness Cycle

LIU Yuwei，WEN Ruojian，CHEN Xiaoqing，YI Huiling，HUANG Dan
（School of Medicine，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

Abstract：Objective To study the effect of histamine in rat ventrolateral preoptic area on sleep-wakeful?ness cycle. Methods Histamine was microinjected into ventrolateral preoptic area through stereotaxic technique，sleeping and waking time phases were recorded and analyzed by electroencephalograph. Results Microinjection of 50 μmol/L histamine had no significant effect，but 100 μmol/L histamine de?creased sleeping time and increased waking time significantly. Conclusion Histamine is involved in reg?ulation of sleep-waking cycle and promotes wakefulness significantly in the ventrolateral preoptic area.

Keywords：histamine；ventrolateral preoptic area；sleep-wakefulness cycle

作者簡介：劉宇煒（1973—），男，副教授，博士，研究方向：神經(jīng)生物學。

基金項目：國家自然科學基金面上項目（31371090）；武漢市科技計劃項目（201250499145-27）

收稿日期：2014-10-27

DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.01.014

中圖分類號：R338.8

文獻標志碼：A

文章編號：1673-0143（2015）01-0084-04