下丘腦－小腦神經(jīng)通路在大鼠軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合中的作用＊

何葉成，李東印，張 軼

（蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教研室 215009）

機(jī)體能夠自動(dòng)協(xié)調(diào)軀體運(yùn)動(dòng)和內(nèi)臟反應(yīng)之間的關(guān)系，稱為軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合。神經(jīng)解剖學(xué)研究顯示在下丘腦和小腦之間存在直接的神經(jīng)環(huán)路［1－2］。下丘腦是機(jī)體內(nèi)臟反應(yīng)的高級中樞，小腦是皮層下最大的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)中樞，兩者之間存在直接神經(jīng)纖維聯(lián)系，意味著在內(nèi)臟高級調(diào)節(jié)中樞和皮層下最大運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)中樞之間能夠直接傳遞信號，提示下丘腦－小腦環(huán)路可能為軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為合理解釋軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合的機(jī)制提供了可能的方向。

下丘腦－小腦神經(jīng)通路起源于下丘腦結(jié)節(jié)乳頭核，發(fā)出的纖維直接投射到小腦皮層和深部核團(tuán)，其神經(jīng)遞質(zhì)為組胺［3］。神經(jīng)解剖學(xué)研究揭示深部核團(tuán)是小腦惟一的信號傳出通路，并能夠通過下行傳出纖維影響腦干和脊髓的運(yùn)動(dòng)核團(tuán)或神經(jīng)元以調(diào)節(jié)軀體運(yùn)動(dòng)，小腦核團(tuán)神經(jīng)元組胺受體為H1和H2型。因此機(jī)體內(nèi)臟功能狀態(tài)，可能通過下丘腦－小腦組胺能投射纖維，影響小腦深部核團(tuán)神經(jīng)元的興奮性，最終影響機(jī)體軀體運(yùn)動(dòng)能力。為了驗(yàn)證這一設(shè)想，本研究在大鼠小腦深部核團(tuán)定點(diǎn)微量注射組胺類藥物，觀察大鼠小腦組胺能傳入纖維信號傳入被切斷或強(qiáng)化后，大鼠軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合能力的變化，探索小腦組胺能傳入纖維在軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合過程中發(fā)揮的作用，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物和手術(shù) 采用240～260g清潔級雄性SD大鼠，腹腔注射戊巴比妥鈉溶液麻醉，將其頭部固定于立體定位儀上。根據(jù)鼠腦立體定位圖譜，將兩根不銹鋼套管植入小腦，使其下端分別定位在雙側(cè)小腦頂核上方2mm的位置，用不銹鋼螺絲和牙科水泥固定于顱骨，術(shù)后72h恢復(fù)期［4－5］。

給藥時(shí)使用的微量注射器不銹鋼針管比套管長2mm，使其下端正好位于頂核表面，不致?lián)p傷神經(jīng)核團(tuán)。雙側(cè)同時(shí)緩慢注射，60s內(nèi)注射1μL藥液。

1.2 行為學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.2.1 開場實(shí)驗(yàn) 開場實(shí)驗(yàn)用來測試大鼠的運(yùn)動(dòng)及探索欲望的強(qiáng)弱。將大鼠輕輕地放入開場底部正中間，底部被劃分成5×5個(gè)邊長為10cm的方格，記錄大鼠在5min內(nèi)四肢經(jīng)過的格子數(shù)和大鼠雙腳直立的次數(shù)［4－5］。

1.2.2 rota－rod轉(zhuǎn)棒儀實(shí)驗(yàn) rota－rod轉(zhuǎn)棒儀用來測試大鼠運(yùn)動(dòng)能力。將大鼠放置在旋轉(zhuǎn)的橫梁上，將轉(zhuǎn)棒儀模式設(shè)置為轉(zhuǎn)速在300s內(nèi)從4r/min增加到40r/min的勻加速模式，記錄大鼠在橫梁上堅(jiān)持的時(shí)間，如超過300s則記錄為300s［4－5］。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) SD大鼠手術(shù)恢復(fù)后，進(jìn)行3d加速rotarod轉(zhuǎn)棒儀和開場實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。選取120只運(yùn)動(dòng)能力正常的SD大鼠，隨機(jī)分為對照組即A組（生理鹽水），B組（組胺H1受體阻斷劑triprolidine），C組（組胺H1受體激動(dòng)劑2－PyEA），D組（組胺 H2受體阻斷劑ranitidine），E組（組胺H2受體激動(dòng)劑dimaprit）和F組（神經(jīng)遞質(zhì)組胺histamine）。

整個(gè)行為學(xué)測試分禁食后、進(jìn)食前、進(jìn)食后3個(gè)階段，依次命名為S0、S1、S2期，每期包括1次開場試驗(yàn)和rota－rod轉(zhuǎn)棒儀測試。S0期的測試于禁食24h后上午8：00開始；測試完成后，休息1h，注射藥物，然后進(jìn)行S1期測試；測試完成后，休息1h，然后提供充裕的糧食和水；大鼠進(jìn)食1h后進(jìn)行S2期的測試，每期的測試控制在30min之內(nèi)。

1.3 組織學(xué)鑒定 測試完成后，將動(dòng)物小腦取出，作冰凍切片，判讀插管創(chuàng)道的位置，如果插痕沒有到達(dá)預(yù)期位置，測試結(jié)果將被排除在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)之外（圖1）。

圖1 組織學(xué)鑒定定點(diǎn)微量注射位點(diǎn)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量資料以±s表示，兩組間差異比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組間差異用單向方差分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 開場試驗(yàn) 開場試驗(yàn)結(jié)果見表1、2，A組大鼠攝食后與攝食前相比運(yùn)動(dòng)欲望和探索欲望明顯降低。B、C組大鼠的行為學(xué)沒有明顯效應(yīng)；D組則明顯抑制大鼠運(yùn)動(dòng)欲望，且攝食后與攝食前的差距明顯縮??；E、F組明顯增強(qiáng)大鼠攝食前后的運(yùn)動(dòng)和探索欲望，攝食后與攝食前相比運(yùn)動(dòng)欲望和探索欲望差異不明顯（圖2）。從圖3A中可以看出各組大鼠S0期運(yùn)動(dòng)欲望沒有明顯差異；S1期D組大鼠運(yùn)動(dòng)欲望明顯降低，而E組和F組大鼠運(yùn)動(dòng)欲望明顯增強(qiáng)；S2期（攝食后）各組運(yùn)動(dòng)欲望均有降低；D組、E組和F組大鼠降低不明顯。從圖2B中可以看出E組的比值為（74.560±6.791）%，B組、C組與A組相比無明顯差異，而D組、E組和F組大鼠明顯比A組高。圖3C：各組大鼠S0期探索欲望沒有明顯差異；S1期D組大鼠探索欲望明顯降低，而E組和F組大鼠探索欲望明顯增強(qiáng)；S2期（攝食后）各組探索欲望均有降低；D組、E組和F組大鼠降低不明顯。圖3D，A組的比值為（75.180±5.688）%，B組、2－PyEA組與A組相比無明顯差異，而D組、E組和F組大鼠明顯比A組高。

表1 動(dòng)物開場試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)欲望數(shù)據(jù)（±s，n＝20）

表1 動(dòng)物開場試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)欲望數(shù)據(jù)（±s，n＝20）

組別 S0 S1 S2 S2/S1（%）560±6.791 B組 40.500±4.979 40.700±5.202 31.350±4.158 77.150±5.194 C組 42.310±5.013 41.770±4.732 32.060±3.619 76.750±5.873 D組 41.350±4.880 29.800±3.665 27.900±3.508 93.770±6.243 E組 39.880±3.232 51.970±5.178 49.220±4.988 94.710±6.573 F組 40.920±3.584 53.080±5.682 50.330±5.216 94.A組 40.200±3.189 40.550±4.662 30.150±3.787 74.820±6.088

2.2 rota－rod轉(zhuǎn)棒儀測試 rota－rod轉(zhuǎn)棒儀試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖3，各組大鼠S0期運(yùn)動(dòng)能力沒有明顯差異；S1期D組大鼠運(yùn)動(dòng)能力明顯降低，而E組和F組大鼠運(yùn)動(dòng)能力明顯增強(qiáng)；S2期（攝食后）各組運(yùn)動(dòng)能力均有降低；D組、E組和F組大鼠降低不明顯。A組的比值為（80.900±5.100）%，B組、C組與A組相比無明顯差異，而D組、E組和F組大鼠明顯比A組高。

表2 動(dòng)物開場試驗(yàn)探索欲望數(shù)據(jù)

圖2 開場實(shí)驗(yàn)

表3 動(dòng)物rota－rod轉(zhuǎn)棒儀試驗(yàn)結(jié)果（±s，n＝20）

表3 動(dòng)物rota－rod轉(zhuǎn)棒儀試驗(yàn)結(jié)果（±s，n＝20）

）（）（） /（ ）組別 S0（sS1sS2sS2S1%185 80.900±5.138 B組 184.150±12.149 187.550±14.968 152.000±15.654 81.080±5.728 C組 186.650±11.909 188.050±10.729 152.550±10.802 81.880±4.493 D組 187.600±17.117 150.600±19.234 144.750±17.465 96.360±5.445 E組 189.750±10.577 214.350±11.636 201.050±12.680 93.840±4.245 F組 190.120±13.560 220.830±12.970 205.110±14.A組 192.100±17.360 189.050±14.347 153.050±16.360 92.570±5.152

圖3 rota－rod大鼠轉(zhuǎn)棒儀實(shí)驗(yàn)

3 討 論

近十年來神經(jīng)解剖學(xué)研究發(fā)展飛速，其中一個(gè)重要進(jìn)展就是揭示了下丘腦與小腦之間存在著直接的雙向纖維聯(lián)系，即下丘腦－小腦投射和小腦－下丘腦投射，二者構(gòu)成了下丘腦－小腦神經(jīng)環(huán)路。盡管目前對該神經(jīng)環(huán)路確切的功能意義尚未完全揭示，但是內(nèi)臟反應(yīng)高級中樞與軀體運(yùn)動(dòng)中樞之間的直接纖維聯(lián)系，為合理解釋軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合機(jī)制提供了可能的方向。下丘腦－小腦神經(jīng)纖維的胞體集中在下丘腦結(jié)節(jié)乳頭核，該纖維的神經(jīng)遞質(zhì)均為組胺。近年來研究發(fā)現(xiàn)組胺作為一種神經(jīng)遞質(zhì)在腦內(nèi)發(fā)揮了廣泛作用，逐漸引起人們的重視，而組胺也被上升到“全腦功能的調(diào)節(jié)者”的高度［2，6－7］。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的組胺受體有4種，分別為組胺H1、H2、H3、H4受體，均為促代謝型受體，在小腦深部核團(tuán)只有H1和H2受體表達(dá)。

本實(shí)驗(yàn)先前的電生理研究顯示，組胺能夠劑量依賴地興奮小腦深部核團(tuán)神經(jīng)元，且該興奮能夠被組胺H2受體阻斷劑ranitidine而不是H1受體阻斷劑triprolidine有效阻斷［5］。進(jìn)一步研究顯示組胺能夠通過H2受體使超極化激活的陽離子通道（Ih離子通道）激活，進(jìn)而改變細(xì)胞膜電位，產(chǎn)生EPSP［8－9］。H2受體被激活后能夠在較短時(shí)間內(nèi)影響神經(jīng)元電活動(dòng)，H2受體有可能在軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合中發(fā)揮作用，因此本研究通過整體水平實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一設(shè)想。

在行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中，A組與B～F組的大鼠進(jìn)食前運(yùn)動(dòng)欲望和能力均沒有差別，而A組S2期與S1期相比大鼠運(yùn)動(dòng)欲望和能力顯著降低，提示內(nèi)臟反應(yīng)能夠影響機(jī)體的軀體運(yùn)動(dòng)。B組與C組大鼠與A組相比沒有差異，提示組胺并不通過H1受體途徑影響機(jī)體軀體運(yùn)動(dòng)。D組大鼠小腦深部核團(tuán)注射H2受體阻斷劑后，運(yùn)動(dòng)欲望明顯降低，提示內(nèi)源性組胺能夠增強(qiáng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)欲望；而攝食前后運(yùn)動(dòng)欲望和能力變化不大，說明當(dāng)小腦組胺能傳入信號H2受體途徑被切斷以后，內(nèi)臟反應(yīng)對軀體運(yùn)動(dòng)的影響大大減弱。E組和F組大鼠，小腦深部核團(tuán)H2受體被激活后，軀體運(yùn)動(dòng)能力明顯增強(qiáng)，而攝食后內(nèi)源性組胺釋放減少，大鼠軀體運(yùn)動(dòng)能力略有減弱。以上結(jié)果說明，小腦組胺能傳入纖維通過H2受體途徑參與了機(jī)體軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合的調(diào)控。

神經(jīng)解剖學(xué)研究表明，中樞組胺能纖維末梢并不與突觸后神經(jīng)元形成經(jīng)典的化學(xué)突觸，而表現(xiàn)為曲張?bào)w的形態(tài)［10］，且組胺受體均為促代謝型。因此推測，小腦組胺能傳入纖維并不承擔(dān)傳遞特定信號指令的任務(wù)，只是根據(jù)機(jī)體內(nèi)臟反應(yīng)的狀態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)中樞神經(jīng)元膜電位水平，使之更易于或者不易于被興奮。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)大鼠小腦核團(tuán)注射ranitidine后，運(yùn)動(dòng)欲望和能力即明顯下降，說明正常情況下丘腦釋放一定量的組胺，使小腦核團(tuán)神經(jīng)元維持一定興奮性；當(dāng)機(jī)體內(nèi)臟反應(yīng)有變化，變化信號匯總到下丘腦后，下丘腦根據(jù)內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改變組胺能纖維遞質(zhì)釋放的量，調(diào)節(jié)小腦等運(yùn)動(dòng)中樞神經(jīng)元的興奮性，進(jìn)而改變機(jī)體軀體運(yùn)動(dòng)能力。在整體水平具體表現(xiàn)為，動(dòng)物攝食后并不是表現(xiàn)為軀體運(yùn)動(dòng)消失，而是軀體運(yùn)動(dòng)欲望和能力下降。綜合之前的研究資料以及本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，作者認(rèn)為在實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)中，下丘腦－小腦組胺能神經(jīng)通路起到了協(xié)調(diào)機(jī)體的軀體－內(nèi)臟反應(yīng)整合的作用，以使機(jī)體能夠更好地適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。

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