低氧小鼠暗适应损伤的视皮层神经机制研究

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目的暗适应(Dark adaptation,DA)是人体对暗环境的一种适应能力,表现为人从明亮环境迅速进入黑暗环境后,人眼由看不清物体到逐渐看清的过程。DA是一种非常重要的视觉功能。然而有研究表明,低氧会损伤人体的DA视觉功能,表现为DA反应时间延长。视觉皮层在视觉形成过程中发挥着重要的作用。尽管传统观点认为低氧通过抑制视网膜感光色素视紫红质的合成来影响DA视觉功能,然而视觉皮层是否参与了低氧损伤DA视觉功能尚不清楚。研究低氧损伤DA视觉功能的神经机制对于积极预防缺氧性视觉损伤以及损伤后的有效性治疗都具有重要的意义。因此本实验通过开展动物实验旨在研究急性低氧后小鼠暗适应功能损伤的视皮层神经机制。方法本研究给予小鼠6%O2暴露24h,建立低氧小鼠模型。常氧小鼠作为对照。首先通过DA行为学实验和旷场行为学实验来检测小鼠的DA视觉功能和焦虑情绪。其次,利用免疫荧光技术观察DA小鼠视觉皮层神经细胞c-fos蛋白的表达,以此判断视觉皮层的激活是否是DA的中枢神经机制,并进一步通过c-fos蛋白的差异表达,来观察低氧对视觉皮层神经元活动的影响。为观察兴奋性神经递质谷氨酸在低氧神经损伤的作用,利用免疫荧光双标记技术观察了谷氨酸AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate receptor)受体和 c-fos 蛋白的共存。为了观察低氧导致的视觉皮层神经元功能降低是否与微血管血脑屏障(Blood brain barrier,BBB)破坏有关,通过尾静脉注射荧光素钠、钆喷酸葡胺磁共振造影以及灌注硝酸镧颗粒并结合透射电镜扫描用来观察血管的渗漏;免疫荧光观察血管内皮细胞紧密连接蛋白(Zonula occludens-l,ZO-1)的表达用来揭示血管渗漏的可能机制。结果1.在DA行为学测试实验中,相较于常氧DA组,6%低氧DA组小鼠在探索时间以及找到目标象限中食物的时间均显著延长;2.在旷场实验中,与常氧组相比,6%低氧组小鼠在穿越中央区次数、在外周区行走的距离、在中央区行走的距离、总距离、在中央区停留的时间均显著降低;3.在常氧DA组中,小鼠初级视觉皮层、前外侧视觉皮层、后外侧视觉皮层均发现了神经元c-fos蛋白的表达;4.相较于常氧DA组,在6%低氧DA组小鼠初级视觉皮层神经元c-fos蛋白表达被显著抑制;5.通过相关性分析表明,小鼠初级视觉皮层中的c-fos蛋白表达量与DA行为学中小鼠停留在中央区的时间呈显著性负相关;6.相较于常氧DA组,在6%低氧DA组中,小鼠初级视觉皮层的c-fos蛋白表达量显著下降,然而AMPA蛋白表达量显著增加;7.小鼠在暴露于6%低氧24h之后,通过荧光素钠示踪实验发现小鼠视觉皮层和岛叶皮层发现荧光素钠渗漏;8.通过小动物MRI实验也发现了小鼠视觉皮层和岛叶皮层出现钆喷酸葡胺磁共振造影剂渗漏;9.运用透射电镜技术发现小鼠视觉皮层和岛叶皮层出现硝酸镧颗粒的渗漏;10.通过免疫荧光技术发现小鼠视觉皮层和岛叶皮层处BBB紧密连接蛋白(Zonula occludens-1,ZO-1)表达量出现显著降低。结论(1)急性低氧损害小鼠DA功能;(2)视觉皮层细胞的激活是DA的中枢神经机制;(3)低氧抑制初级视觉皮层神经元的激活;(3)低氧致AMPA受体的过表达可能介导了兴奋性谷氨酸对神经元的毒性作用;(4)低氧导致视觉皮层血管的渗漏,其机制可能与血管内皮细胞功能损害有关。
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