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目的:研究丙泊酚和小剂量氯胺酮对抑郁大鼠电休克(electroconvulsive therapy,ECS)空间学习记忆功能和长时程增强(long-term potentiation,LTP)的影响,并进一步研究丙泊酚和小剂量氯胺酮对 ECS诱发的 LTP诱导阈值, N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)介导的兴奋性突触后场电位(NMDAR-field excitatory postsynaptic potential, fEPSPNMDAR)以及NDMAR输入/输出关系(Input/output relation,I/O)的调控作用,以期从突触再可塑性角度阐明ECS学习记忆损伤和麻醉药学习记忆保护效应的内在机制。 方法 第一部分 2~3月龄,体重180~250g健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠,采用慢性不可预见性轻度应激(chronic unpredictable mild stress, CUMS)建立抑郁模型。随机选取抑郁建模成功的大鼠80只,分为5组(n=16):抑郁组(D组)、抑郁大鼠电休克组(DE组),抑郁大鼠电休克+丙泊酚组(DPE组),抑郁大鼠电休克+小剂量氯胺酮组(DKE组),抑郁大鼠电休克+丙泊酚+小剂量氯胺酮组(DPKE组),另取16只同期饲养的健康雄性SD大鼠作为对照组(C组)。C组为同期饲养的健康雄性SD大鼠,不做任何处理;D组腹腔注射8 ml/kg生理盐水(normal saline,NS)后进行伪ECS处理(电极夹置于大鼠双耳,但不给电刺激处理);DE组腹腔注射8 ml/kg NS后进行ECS处理;DPE组腹腔注射80 mg/kg丙泊酚后行ECS处理;DKE组腹腔注射10 mg/kg氯胺酮后行ECS处理;DPKE组腹腔注射10 mg/kg氯胺酮和80 mg/kg丙泊酚后行ECS处理。上述处理每天一次,持续7天。采用糖水偏好实验和Morris水迷宫分别评价大鼠的抑郁状态和空间学习记忆功能;采用膜片钳技术检测海马Schaffer侧枝-CA1神经通路兴奋性突触后场电位(fieldexcitatory postsynaptic potential,fEPSP)以及高频刺激后LTP诱导情况。 第二部分 2~3月龄,体重180~250g健康雄性SD大鼠,采用CUMS建立抑郁模型。随机选取抑郁建模成功的大鼠随机分为5组:D组、DE组、DPE组、DKE组、DPKE组。另取同期饲养的健康雄性SD大鼠作为C组。各组处理措施同第一部分。采用 western-blot检测海马p-Thr305/306-CaMKⅡα蛋白表达(每组6只大鼠);采用膜片钳技术检测不同刺激强度下海马Schaffer侧枝-CA1神经通路LTD、LTP诱导情况(每个刺激方案脑片计数不少于8片),绘制BCM曲线,分析LTP诱导阈值;应用膜片钳技术检测海马Schaffer侧枝-CA1神经通路PTP诱导情况(每组6只大鼠)。 第三部分 2~3月龄,体重180~250g健康雄性SD大鼠,采用CUMS建立抑郁模型。选取6只抑郁建模成功的大鼠,制成海马脑片,检测不同电刺激对 fEPSPNMDAR的影响。选取30只抑郁建模成功的大鼠制成海马脑片,在脑片0.4 mA电刺激情况下给以不同药物进行灌流(n=6):乳脂肪灌流;丙泊酚灌流;小剂量氯胺酮灌流;小剂量氯胺酮联合丙泊酚灌流;丙泊酚联合 bicuculline灌流,应用膜片钳技术检测不同药物灌流前、中、后fEPSPNMDAR的大小。 另选取30只抑郁建模成功的大鼠制成海马脑片,随机分为5组(n=6):抑郁大鼠脑片组(D组);抑郁大鼠脑片ECS组(De组);抑郁大鼠脑片ECS+丙泊酚灌流组(Dpe组);抑郁大鼠脑片ECS+小剂量氯胺酮灌流组(Dke组);抑郁大鼠脑片ECS+小剂量氯胺酮+丙泊酚灌流组(Dpke组),另取6只正常大鼠制成海马脑片作为C组。C组、D组分别为正常和抑郁大鼠脑片;De组为抑郁大鼠脑片给以脑片ECS;Dpe,Dke,Dpke组分别为抑郁大鼠脑片进行丙泊酚、小剂量氯胺酮、丙泊酚联合小剂量氯胺酮灌流后给以脑片 ECS,待灌流药物洗脱后采用膜片钳技术采用NMDAR I/O。 结果 第一部分 (1)CUMS建模后,与C组比较,D组、DE组、DPE组、DKE组、DPKE组SPP明显降低(P<0.05)。经过ECS处理后,与D组比较,DE组,DPE组,DKE组,DPKE组SPP明显升高(P<0.05);与DE组比较,DPE组SPP有所下降(P<0.05);与DPE组比较,DKE组和DPKE组SPP明显升高(P<0.05);DE组、DKE组以及DPKE组间SPP差异无统计学意义(P>0.05)。 (2)各组大鼠游泳速度未见明显差异(P>0.05)。与C组比较,经过CUMS处理的各组逃避潜伏期明显延长,空间探索时间明显缩短(P<0.05);与D组比较,DE组、DPE组、DKE组逃避潜伏期明显延长,空间探索时间明显缩短(P<0.05);与 DE组比较,DPE组、DKE组、DPKE组逃避潜伏期明显缩短,空间探索时间明显延长(P<0.05);DPE组、DKE组逃避潜伏期和空间探索时间差异未见统计学意义(P>0.05);DPKE组逃避潜伏期明显短于DPE组和DKE组,空间探索时间长于 DPE组和 DKE组(P<0.05)。丙泊酚和氯胺酮保护ECS学习记忆的作用不存在交互相应(P>0.05)。 (3)与D组比较,DE组、DPE组、DKE组、DPKE组baseline fEPSP明显增加(P<0.05);与DE组比较,DPE组baseline fEPSP明显下降(P<0.05);DE组、DKE组、DPKE组三组baseline fEPSP差异无统计学意义(P>0.05)。 (4)与C组比较,经过CUMS处理的各组LTP明显减小(P<0.05);与D组比较,DE组、DPE组、DKE组LTP明显减小(P<0.05);与DE组比较,DPE组、DKE组、DPKE组LTP明显增大(P<0.05);相较于DPE组和DKE组,DPKE组LTP进一步增大(P<0.05)。 第二部分 (1)与C组相比,经过CUMS处理的各组海马p-Thr305/306-CaMKⅡα蛋白表达明显增加(P<0.05);与D组比较,DE组、DPE组、DKE组p-Thr305/306-CaMKⅡα蛋白表达明显增加(P<0.05);与DE组比较,DPE组,DKE组,DPKE组海马p-Thr305/306-CaMKⅡα蛋白明显减少(P<0.05);DPKE组海马p-Thr305/306-CaMKⅡα蛋白表达明显低于DPE组和DKE组(P<0.05),与D组蛋白表达差异未见统计学意义(P>0.05)。 (2)C组突触传递能力由减弱转为增强的刺激点在10~20 Hz之间;D在20 Hz附近;DE组在50~80 Hz之间;DPE组在40~50 Hz之间;DKE组在40~50 Hz之间;DPKE组在20~40 Hz之间。 (3)与C组比较,经过CUMS处理的各组PTP明显降低(P<0.05);与D组比较,DE组,DPE组,DKE组PTP明显降低(P<0.05);与DE组比较,DPE组、DKE组、DPKE组PTP明显增大;DPKE组PTP明显高于DPE组和DKE组(P<0.05),但与D组比较,差异未见统计学意义(P>0.05)。 第三部分 (1)随着刺激电量增大,fEPSPNMDAR斜率逐渐增大,在0.4 mA电刺激下,fEPSPNMDAR可以被成功诱发。10%脂肪乳剂灌流对0.4 mA电刺激诱发的fEPSPNMDAR无明显影响(P>0.05);20μM丙泊酚和10μM氯胺酮灌流都能明显降低0.4 mA电刺激诱发的fEPSPNMDAR(P<0.05);20μM丙泊酚联合10μM氯胺酮灌能够完全抑制0.4 mA电刺激诱发的fEPSPNMDAR(P<0.05);50μM GABAAR阻滞剂bicuculline灌流能够逆转丙泊酚对fEPSPNMDAR的抑制作用(P<0.05)。丙泊酚和氯胺酮抑制fEPSPNMDAR的作用不存在交互相应(P>0.05)。 (2)在脑片ECS模型中,与C组比较,其他各组NMDAR I/O明显减小(P<0.05);与D组比较,De组,Dpe组,Dke组NMDAR I/O明显减小(P<0.05);与De组比较,Dpe组、Dke组、Dpke组NMDAR I/O明显增大(P<0.05);Dpke组NMDAR I/O明显高于Dpe组和Dke组(P<0.05),但与D组比较,差异未见统计学意义(P>0.05)。 结论 (1)丙泊酚和小剂量氯胺酮能够调控突触再可塑性,从而影响突触可塑性,减轻抑郁大鼠ECS所致的LTP损伤,保护学习记忆。 (2)丙泊酚和小剂量氯胺酮的神经保护效应是通过阻滞ECS所致的NMDAR激活,从而上调NMDAR功能,降低LTP诱导阈值所介导。丙泊酚是通过激动GABAAR阻滞NMDAR激活。 (3)丙泊酚和小剂量氯胺酮在联合使用下能够进一步阻滞 ECS所致的NMDAR激活,从而发挥更好的学习记忆保护效应。