丘腦底核注射5-HT對氟哌啶醇所致大鼠僵直癥狀影響

王　華　郭　莉　劉紅霞　馬中女

濱州醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學院生理學教研室　煙臺　264003

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丘腦底核注射5-HT對氟哌啶醇所致大鼠僵直癥狀影響

王華郭莉劉紅霞馬中女

濱州醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學院生理學教研室煙臺264003

【摘要】目的探討大鼠丘腦底核內(nèi)注射5-羥色胺(5-HT)對氟哌啶醇所致的僵直行為的調(diào)節(jié)作用。方法大鼠雙側(cè)丘腦底核埋置套管?；謴? d后腹腔注射氟哌啶醇(0.25 mg/kg)，丘腦底核內(nèi)微量注射的0.1 mmol/L 5-HT(0.3 μL/側(cè))，通過大鼠趴桿實驗，觀察丘腦底核5-HT對氟哌啶醇所致的僵直癥狀的影響。結(jié)果雙側(cè)丘腦底核微量注射5-HT能夠明顯緩解氟哌啶醇導致的僵直癥狀，起到了較好的抗僵直作用。結(jié)論5-HT可能通過影響丘腦底核神經(jīng)元興奮性來調(diào)節(jié)氟哌啶醇所致的大鼠僵直癥狀。

【關(guān)鍵詞】5-羥色胺；丘腦底核；氟哌啶醇；僵直

丘腦底核是基底神經(jīng)節(jié)間接環(huán)路中的重要中繼核團，在正常機體運動功能調(diào)節(jié)及運動障礙性疾病如帕金森病中發(fā)揮著重要作用。有報道，黑質(zhì)?紋狀體多巴胺能神經(jīng)元缺失導致丘腦底核活動增強，表現(xiàn)為神經(jīng)元放電頻率明顯升高，爆發(fā)式放電增多[1～3]，丘腦底核發(fā)出過多的谷氨酸能傳出沖動，從而增強基底神經(jīng)節(jié)對丘腦及大腦皮層的抑制效應(yīng)，最終導致機體運動減少或運動能力喪失[4]?，F(xiàn)代神經(jīng)解剖學和生理學研究顯示，丘腦底核接受來自中縫核群(主要是中縫背核)的5-HT能神經(jīng)纖維的投射。電生理研究表明5-HT能夠調(diào)節(jié)丘腦底核神經(jīng)元的興奮性[5～7]。大量研究證實，5-HT參與帕金森病的病理生理過程[8，9]。本研究采用腹腔注射氟哌啶醇制備大鼠帕金森病僵直模型，探討5-HT對僵直大鼠運動行為的影響。

1材料與方法

1.1實驗動物實驗選用雄性健康成年Wistar大鼠，體質(zhì)量為200～300 g，由青島市藥檢所動物中心提供。將大鼠置于室溫(22±1)℃，濕度為50～55%，12/12 h晝夜循環(huán)光照的環(huán)境下飼養(yǎng)，自由進水和進食，并于實驗前適應(yīng)實驗室環(huán)境1周。

1.2藥品5-HT(美國Sigma公司)，用去離子水溶解，之后用無菌生理鹽水配成10 mM貯存液，分裝后凍存于-20℃?zhèn)溆茫褂脮r用無菌生理鹽水稀釋為0.1 mM。氟哌啶醇(美國Sigma公司)，用DMSO配制成0.25 mg/mL溶液備用。

1.3方法

1.3.1套管埋置術(shù)取體質(zhì)量為250～310 g的雄性Wistar大鼠，腹腔注射8%水合氯醛(400 mg/kg)麻醉后，取俯臥位，用耳桿將大鼠固定于腦立體定位儀上，沿頭部正中線切口，剝離骨膜，使前后囟位于同一水平面。參照Paxinos和Watson大鼠腦圖譜，在顱骨表面丘腦底核投影區(qū)域用三棱針鉆孔，清除腦膜，將長12.0 mm，內(nèi)徑0.3 mm，外徑0.4 mm的自制不銹鋼套管埋置入雙側(cè)丘腦底核上方，坐標為前囟后3.8 mm，旁開2.5 mm，顱骨表面下3.4 mm。然后將套管用502膠和自凝造牙粉固定，并將不銹鋼內(nèi)芯插入以防套管阻塞。術(shù)后連續(xù)3天腹腔注射青霉素(80萬U，qd)，以防術(shù)后感染。

1.3.2僵直行為測試 大鼠經(jīng)過上述雙側(cè)套管埋置術(shù)后，第4天進行僵直行為測試。為減輕晝夜節(jié)律對大鼠行為的影響，本僵直行為實驗選擇在12：00-17：00之間進行。為使其適應(yīng)實驗環(huán)境，將實驗動物在測試前提前置于實驗室至少30 min。對大鼠進行腹腔注射氟哌啶醇(0.25 mg/kg)，以制備帕金森病僵直模型，60 min后分別向兩側(cè)丘腦底核內(nèi)進行微量注射。拔出內(nèi)芯，并將與1 μL微量注射器相連的注射針插入套管中。注射針頭超出套管上緣4.3 mm。將無菌生理鹽水(n=7)和5-HT(0.1 mM,n=10)通過注射針緩慢均勻的注射到丘腦底核，丘腦底核內(nèi)注射量為每側(cè)0.3 μL，2 min內(nèi)注射完畢，注射完畢后留針1 min。

僵直程度用趴桿實驗進行評價，即將大鼠雙前肢輕置于1根距實驗臺高9 cm、水平放置的圓柱狀金屬桿上，記錄大鼠兩前肢在金屬桿上保持靜止不動的時間(僵直潛伏期)，當大鼠的前肢在金屬桿上移動或爬下即停止計時，最大僵直潛伏期定為300 s，每10 min記錄1次，共記錄60 min。

2結(jié)果

氟哌啶醇為多巴胺D2受體阻斷劑，目前認為大鼠腹腔注射氟哌啶醇(0.25 mg/kg)是一種可靠的帕金森病僵直癥狀模型，此方法能引起肌肉僵直，運動減少等相對穩(wěn)定的僵直狀態(tài)。單純向大鼠腹腔注射相應(yīng)劑量的溶劑DMSO不能產(chǎn)生任何僵直及運動減少癥狀。利用趴桿實驗對僵直癥狀進行測試，并以僵直時間為指標對僵直程度進行評價。

如圖1所示，在無菌生理鹽水對照組(n=7)，注射氟哌啶醇60 min后通過埋植的套管向大鼠雙側(cè)丘腦底核微量注射無菌生理鹽水(0.3 μL/側(cè))，隨后觀察60 min，其中平均僵直時間的最大值為(257.86±21.71)s，出現(xiàn)在第30 min，而最小值出現(xiàn)在第50 min，為(205.71±30.84)s，60 min的總僵直時間為(1 375.43±100.57)s。在5-HT組(n=10)，第10 min的平均僵直時間最大，為(219.50±33.89)s，而最小值為118.20±32.08 s，出現(xiàn)在第30 min，總僵直時間為(903.80±116.80)s。與生理鹽水組相比，雙側(cè)丘腦底核注射5-HT(0.3 μL/側(cè))后大鼠的平均僵直時間明顯縮短(P<0.05)，氟哌啶醇導致的僵直癥狀明顯緩解，而且5-HT的抗僵直作用從第20 min開始，在第30 min【Saline(257.86±21.71)s；5-HT(118.20±22.10)s,P<0.01】和第60 min【Saline(257.86±21.71)s；5-HT(118.20 ±22.10)s,P<0.01】作用顯著，差異有統(tǒng)計學意義。

3討論

基底神經(jīng)節(jié)是大腦皮層下一群重要的神經(jīng)核團，主要包括紋狀體、蒼白球(分為外側(cè)部和內(nèi)側(cè)部)、丘腦底核和黑質(zhì)(分為致密帶和網(wǎng)狀帶)。它們與大腦皮層和丘腦之間形成神經(jīng)回路，即直接通路和間接通路，對機體的隨意運動發(fā)揮重要的調(diào)控作用。直接通路起源于紋狀體的一群GABA能神經(jīng)元，其傳出纖維直接與蒼白球內(nèi)側(cè)部和黑質(zhì)網(wǎng)狀帶神經(jīng)元形成抑制性突觸聯(lián)系，解除這些抑制性投射神經(jīng)元的抑制效應(yīng)，從而提高丘腦和大腦皮層的興奮性。間接通路則起源于紋狀體的另一群GABA能神經(jīng)元，經(jīng)過蒼白球外側(cè)部的中繼，由丘腦底核的谷氨酸能投射纖維與蒼白球內(nèi)側(cè)部和黑質(zhì)網(wǎng)狀帶的GABA能神經(jīng)元形成興奮性突觸聯(lián)系，易化這些核團的興奮性，從而對丘腦和大腦皮層起抑制效應(yīng)。正常情況下，這兩條通路的活動在大腦皮層調(diào)控下處于復雜的平衡狀態(tài)，可保證機體具有正常的隨意運動功能，若這種平衡狀態(tài)被打破則會引起多種運動功能障礙性疾病，如帕金森病。紋狀體接收來自中腦黑質(zhì)致密帶的DA能纖維投射，構(gòu)成黑質(zhì)-紋狀體投射系統(tǒng)。紋狀體神經(jīng)元主要分成兩種類型，他們的細胞膜上分別有D1和D2受體，其纖維分別投射蒼白球內(nèi)側(cè)部和外側(cè)部，因此黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能纖維末梢釋放的DA通過激活D1受體可增強直接通路的活動，而通過D2受體則抑制間接通路的作用，最終使丘腦-皮層投射系統(tǒng)活動增強，從而易化大腦皮層的活動，使運動增多。

氟哌啶醇為多巴胺D2受體的阻斷劑，大鼠腹腔注射氟哌啶醇后，阻斷了紋狀體內(nèi)多巴胺與多巴胺D2受體的結(jié)合，從而使紋狀體-蒼白球外側(cè)部的抑制性GABA能神經(jīng)沖動發(fā)放增多，抑制蒼白球神經(jīng)元而使其興奮性降低，繼而蒼白球外側(cè)部向丘腦底核的投射纖維釋放抑制性GABA減少，丘腦底核投射到基底神經(jīng)節(jié)輸出核團如蒼白球內(nèi)側(cè)部和黑質(zhì)網(wǎng)狀帶的纖維末梢釋放興奮性谷氨酸增多而使輸出核團興奮性增強，抑制了丘腦和大腦皮層運動區(qū)，引起了運動減少和僵直癥狀。

趴桿實驗結(jié)果顯示雙側(cè)丘腦底核微量注射5-HT能夠明顯緩解氟哌啶醇所致的大鼠僵直行為，使大鼠的僵直時間縮短。我們的電生理學研究結(jié)果顯示，給予外源性5-HT主要對丘腦底核神經(jīng)元產(chǎn)生興奮和抑制兩種效應(yīng)，其中以興奮效應(yīng)為主。丘腦底核內(nèi)谷氨酸能神經(jīng)元發(fā)出的傳出纖維除了到達蒼白球內(nèi)側(cè)部和黑質(zhì)網(wǎng)狀帶外，還支配黑質(zhì)致密帶，從而調(diào)節(jié)多巴胺的釋放。據(jù)此我們推測，外源性5-HT對氟哌啶醇僵直大鼠產(chǎn)生的抗僵直作用可能通過增加丘腦底核神經(jīng)元活動，使丘腦底核對黑質(zhì)致密帶多巴胺能神經(jīng)元的興奮作用增強，導致使多巴胺釋放增多而縮短了僵直時間。與我們的實驗結(jié)果相似的是，Belforte 等(2004)證實向丘腦底核局部注射5-HT 2B/C和5-HT 3受體激動劑可使正常大鼠產(chǎn)生對側(cè)旋轉(zhuǎn)行為，可能與丘腦底核-黑質(zhì)通路有關(guān)[10]。

綜上所述，在氟哌啶醇所致的僵直模型大鼠，5-HT可能通過興奮丘腦底核神經(jīng)元而產(chǎn)生抗僵直作用。這可能為帕金森病的僵直和運動減少癥狀的產(chǎn)生提供實驗依據(jù)。

參考文獻

[1] Yelnik J,Percheron G.Subthalamic neurons in primates:A quantitative and comparative analysis[J].Neuroscience,1979, 4(11):1717-1743.

[2] Chang H T,Kita H,Kitai S T.The fine structure of the rat subthalamic nucleus: an electron microscopic study[J].J Comp Neurol,1983, 221(1):113-123.

[3] Parent A,Hazrati L N.Functional anatomy of the basal ganglia. II.The place of subthalamic nucleus and external pallidium in basal ganglia circuitry[J].Brain Research Reviews,1995,20(1):128-154.

[5] Kita H,Chang H T,Kitai S T.The morphology of intracellularly labeled rat subthalamic neurons:a light microscopic analysis[J]. Journal of Comparative Neurology,1983,215(3):245-57.

[6] Shink E,Bevan M D,Bolam J P,et al.The subthalamic nucleus and the external pallidum:two tightly interconnected structures that control the output of the basal ganglia in the monkey[J].Neuroscience,1996,73(2):335-357.

[7] Joel D,Weiner I.The connections of the primate subthalamic nucleus:indirect pathways and the open-interconnected scheme of basal ganglia-thalamocortical circuitry[J].Brain Research Reviews,1997,23(23):62-78.

[8] Atsushi N,Hironobu T,Masahiko T.Functional significance of the cortico-subthalamo-pallidal ‘hyperdirect’ pathway[J]. Neuroscience Research,2002,43(2):111-117.

[9] Matsumura M,Kojima J,Gardiner T W,et al.Visual and oculomotor functions of monkey subthalamic nucleus[J].Journal of Neurophysiology,1992,67(6):1615-1632.

[10] Klockgether T,Turski L,Honoré T,et al.The AMPA receptor antagonist NBQX has antiparkinsonian effects in monoamine-depleted rats and MPTP-treated monkeys[J].Annals of Neurology,1991,30(5):717-723.

Effect of 5-HT on subthalamic nucleus of rats with haloperidol-induced catalepsy

WANG HuaGUO LiLIU HongxiaMA Zhongnyu

Department of Physiology,School of Basic Medical Sciences,Binzhou Medical University,Yantai264003, P.R.China

【Abstract】ObjectiveTo investigate the effects of 5-HT on subthalamic nucleus of rats with haloperidol-induced catalepsy.MethodsA cannula was implanted into each side of subthalamic nucleus of rats.Three days after that,the rats were received systemic administration of haloperidol (0.25 mg/kg, i.p) and bilateral microinjection in subthalamic nucleus of 5-HT (0.1mmol/L) and vehicles,respectively.The bar test was scored.ResultsBilateral microinjection of 5-HT in subthalamic nuclei could significantly alleviate catalepsy symptoms induced by haloperidol in rats.Conclusions5-HT may regulate the haloperidol-induced catalepsy through affecting the excitability of the neurons of subthalamic nucleus.

【Keywords】5-hydroxytryptamine,subthalamic nucleus,Haloperidol,catalepsy

(收稿日期：2015-12-05)

【中圖分類號】R338

【文獻標志碼】A

【文章編號】1001-9510(2016)02-0100-03

基金項目：煙臺市科學技術(shù)發(fā)展計劃(2015ZH085)

王華, E-mail:150031552@qq.com