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1、 1998204201收稿 1998206207修回3国家自然科学基金(No139570246 , 39770249)、 国家教委留学回国人员科研基金(No1952135)和江苏省自然科学基金(No1BK97045)资助项目33现在地址: Department of Molecular Neurobiology , Brain Research Institute , Niigata University , Japan333通讯作者生理学报, 1999年4月, 51 (2) , 219223 219 Acta Physiologica Sinica研 究 简 报组胺对大鼠小脑皮层 浦肯野细胞
2、的兴奋作用3田 乐 温云卿 李红召 熊化保33王建军333(南京大学生物科学与技术系,南京210093)摘 要 在离体大鼠小脑脑片上观察了组胺对小脑皮层第 小叶浦肯野细胞的作用。 组胺(3100mol/L)主要引起浦肯野细胞的兴奋反应(9414 % , 51/ 54) ,在少数细胞上也观察到组胺 所引起的放电抑制现象(516 % , 3/ 54)。 用低Ca2 +/高Mg2 +人工脑脊液灌流脑片,不能取消浦肯 野细胞对组胺的兴奋反应(n= 4)。H2受体对抗剂ranitidine (0115mol/L)能够阻断浦肯野细 胞对组胺的兴奋反应(n= 20) ,而H1受体对抗剂triprolidin
3、e (0155mol/L)不能够(n= 9)或仅 轻微地(n= 4)阻断浦肯野细胞对组胺的兴奋反应。 这些结果提示,组胺可能主要通过H2受体 的介导对浦肯野细胞起兴奋性调节作用,下丘脑2小脑组胺能神经通路可能参与了小脑的某些 躯体的和非躯体的功能调节。关键词:组胺;小脑浦肯野细胞;下丘脑2小脑组胺能纤维;小脑脑片 学科分类号: Q426组胺作为一种神经递质或调质的概念已经确立。 免疫组织化学的研究表明,中枢组 胺能神经元的胞体主要集中在下丘脑的结节乳头核,其纤维广泛地投射到不同脑区1。 在小脑中也发现有来自于下丘脑的组胺能神经纤维,它们广泛地分布于小脑皮层和小脑 核团,以蚓部和绒球小结叶最为密
4、集,从而构成了下丘脑2小脑组胺能神经通路1 ,2。 放射 配体标记和分子生物学研究证实,大鼠小脑皮层及小脑核团均存在组胺H1和H2受 体1 ,3。 目前,对组胺能传入纤维在小脑机能活动中的作用还不清楚。 我们先前的工作证 明,组胺可以调制小脑苔状纤维传入系统接替神经元颗粒细胞的电活动4。 本实验旨在 观察组胺对小脑皮层主神经元浦肯野细胞(Purkinje cell , PC)电活动的影响和介导组胺对 PC作用的受体机制,以了解下丘脑2小脑组胺能纤维在小脑皮层机能活动中的作用。 15只SD大鼠(体重200300 g)在乙醚麻醉下被断头并取出小脑。 小脑组织块经冷冻 1995-2005 Tsing
5、hua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.人工脑脊液(artificial cerebrospinal fluid , ACSF)冲洗后,用振动切片机切取350400m厚蚓 部矢状脑片。 将脑片移入记录浴槽中孵育30 min后开始实验。 记录浴槽中持续地灌流ACSF (33012), pH714 ,流量23 ml/ min ,并通以95 % O2和5 % CO2混合气。ACSF中各溶 质的浓度(mmol/L)分别为: NaCl 124 , KCl 5 , MgSO4113 , KH2PO4112 , NaHCO326 , C
6、aCl2214 ,glucose 10。 在部分实验中使用了低Ca2 +/高Mg2 +ACSF灌流脑片,以阻断突触前神经纤维 的递质释放,此液的Ca2 +浓度为0125 mmol/L , Mg2 +为410 mmol/L4。 用玻璃微电极(内充2 mol/L NaCl ,直流阻抗23 M)在小脑皮层第 小叶细胞外记 录PC的单位电活动。 待细胞的自发放电稳定之后,向记录浴槽灌流组胺(美国RBI公司, 3 100mol/L ,持续1 min) ,并观察PC放电活动的变化。 在部分对组胺产生反应的细胞上, 进一步观察高选择性的组胺H1受体对抗剂triprolidine(美国Sigma公司, 015
7、5mol/L)和 高选择性的组胺H2受体对抗剂ranitidine(RBI公司, 0115mol/L)对组胺所引起的PC放 电活动变化的影响。 在使用这两种组胺对抗剂的实验中,受体对抗剂要在灌流组胺前预先 持续地灌流脑片15 min。 所有药物均用ACSF新鲜配制。PC的放电信号经放大并由窗口甄 别器转换成标准矩形脉冲后,输入计算机作刺激后时间直方图(采样bin宽1 s) ,以评价药 物对细胞的作用。 数据的统计学处理用t测验。图 1 PC对组胺的兴奋反应以及ranitidine和triprolidine对PC兴奋反应的阻断作用 Fig. 1 Excitatory responses of a
8、 PC to histamine and antagonistic effects of ranitidine and tripro2 lidine on the histamine2induced excitatory responses A1Excitatory responsesof the PC to histamine in normal ACSF.BandC1Responsesof the PC to histamine when the slice was equilibrated with ACSF containing ranitidine and triprolidine
9、respectively.D1Dose2response curve showing the effects of histamine on the discharge rate of PC perfused with normal ACSF and the ACSF containing histamine receptor antagonists. The horizontal bars and numerals above each histogram indicate the 1 min period and the concentration (mol/L) of histamine
10、 application respectively.022生 理 学 报 51卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.11 PC的自发放电活动及其对组胺的反应28张脑片上记录的56个PC单位电活动呈规则的紧张性自发放电,频率为510841158 Hz。 此外,也有少数细胞呈现阵发性放电活动。 上述56个PC在给予组胺(3100mol/L)后,有54个细胞(9614 % , 54/ 56)的放电活 动发生变化。 在这54个细胞中, 51个(9414 % , 51/ 54)产生兴奋反应(图1A
11、) ,其余3个(516 % , 3/ 54)出现放电抑制现象(图2)。 还在4个产生兴奋反应的PC上观察了它们在低Ca2 +/高Mg2 +ACSF环境中的自发放电和对组胺的反应。 结果表明,这4个细胞的自发放电 频率及其对组胺的反应与它们在正常ACSF环境中的情况相比无统计学差异(图3)。图 2 PC对组胺的抑制反应 Fig. 2Inhibitory responses of a PC to histamine图3 PC在正常和低Ca2 +/高Mg2 +ACSF环境中对组胺的兴奋反应 Fig.3 The excitatory responses of a PC to histamine in
12、normal and low Ca2 +/ high Mg2 + ACSF The arrow indicates the moment when normal ACSF was replaced by low Ca2 +/ high Mg2 +medium.21 H1和H2受体对抗剂对组胺兴奋PC效应的阻断作用 我们进一步观察了高选择性的H1受体对抗剂triprolidine和高选择性的H2受体对抗剂ranitidine对组胺所引起PC兴奋反应的作用。 结果表明, ranitidine(0115mol/L)可以显著 地阻断PC对组胺的兴奋反应(n= 20) ;而triprolidine (0
13、155mol/L)仅可轻微地(n= 4)或不能阻断(n= 9) PC对组胺的兴奋反应。 如图1AD所示, PC对浓度为5 ,10和30mol/L 的组胺产生剂量依赖性兴奋反应(A和D) ;而预先用ranitidine(012mol/L)处理脑片后,该 细胞对组胺的兴奋反应显著减小(P 0105 , B和D) ;但用triprolidine(2mol/L)处理脑片 后,细胞对组胺的兴奋反应仅略有减小,与对照实验相比未发生显著变化(C和D)。 我们先前的研究证明组胺可以调制小脑颗粒细胞的电活动4,本研究进一步揭示组胺 对小脑皮层PC的电活动主要起兴奋性调制作用,提示下丘脑2小脑组胺能纤维在小脑的机
14、1222期 田 乐等:组胺对大鼠小脑皮层浦肯野细胞的兴奋作用 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.能活动中起重要作用。 由于局部神经元环路在脑片制备中依然存在,必须排除组胺经其它 突触前神经元间接引起PC活动变化的可能性。 早已知道,细胞外的低Ca2 +/高Mg2 +环境 能够阻断神经细胞间的突触传递过程,但低Ca2 +/高Mg2 +ACSF灌流液脑片不能取消PC对 组胺的兴奋反应,说明这些兴奋反应是由组胺对PC的直接作用所引起的。 另外,我们也观 察到少数PC(516 % , 3/ 54
15、)对较高浓度的组胺出现放电活动的抑制(比较图1和图2) ,但由于出现抑制反应的细胞数量太少,我们未能利用低Ca2 +/高Mg2 +ACSF和组胺受体对抗剂 对这些细胞的抑制反应作进一步的分析,因而组胺通过抑制性中间神经元间接引起PC放 电活动减少的可能性尚不能排除。 我们的实验揭示, ranitidine可以显著地阻断PC对组胺的兴奋反应,而triprolidine对组 胺引起PC兴奋反应却无明显的阻断效应,说明组胺对PC的兴奋作用主要是由H2受体介 导的。 我们的结果显然与H1和H2受体分别介导神经元对组胺的兴奋和抑制反应的一般认 识相悖,但我们和其他作者的研究表明,组胺可以通过H2受体的介
16、导引起前庭内侧核细胞和延髓细胞的兴奋5 ,6。 一些细胞内记录的研究揭示, H2受体的激活可引起前庭内侧核细胞Ca2 +激活的K+电导减小7 ,8。 在海马CA1区锥体细胞上也观察到组胺可通过激活H2 受体而引起细胞膜的轻微去极化、 动作电位后超极化期的缩短和锋电位频率适应现象的丧 失9。 因此,由H2受体的激活而导致PC膜电位的去极化和放电频率的增加是可理解的。 组胺能传入纤维在小脑活动中的机能意义目前还不清楚。 形态学研究表明,下丘脑2小 脑组胺能纤维是以多层纤维(multi2layered fibers)弥散地分布于小脑皮层的三个亚层和小脑核团之中,它们不与小脑神经元发生直接的突触联系2。 根据组胺能传入纤维的这些形态 学特征及其下丘脑的起源,我们认为它们不负责向小脑传递特异性信息,而可能像其它来 自于脑干的小脑胺能传入纤维(如52HT
