帕金森病(Parkinson’s disease, PD)是一种以震颤、肌肉僵直、运动迟缓等一系列症状为临床特征的中枢神经系统退行性疾病,其主要病变是黑质致密部(substantia nigra pars compacta, SNc)多巴胺能神经元(dopamine neuron, DA神经元)的丢失。随着人口平均寿命延长和老龄化出现,PD的发病率呈现了明显上升势头,是危害老年人健康的主要疾病之一。因此,探讨PD中DA神经元变性的机制以开发出抑制或减缓病变发展的药物一直是神经科学领域关注的热点。近年来,体外实验发现,中脑DA神经元对微管解聚剂尤其敏感,提示微管功能异常可能参与了帕金森病的发病过程。微管系统在DA神经元存活中的重要作用,以及黑质-纹状体通路逆行变性的过程,促使我们观察DA轴突末梢微管系统对DA神经元存活的影响。我们因此通过大脑立体定位注射,将微管解聚剂秋水仙碱(colchicine, COL)注射到DA神经元轴突的末梢-纹状体,利用荧光神经束路示踪,免疫荧光和免疫组织化学,神经化学等方法观察了在黑质和纹状体所诱发的一系列病理变化,包括神经元损伤和胶质细胞增生;同时利用动物行为学测试观察了与纹状体黑质通路损伤相关的指标。主要结果:1.利用神经解剖学方法和免疫荧光标记发现,将微管解聚剂COL注射到纹状体一周后出现SNc部位DA神经元的大量死亡。HPLC分析也发现此时纹状体和黑质的多巴胺含量大幅度降低。荧光金逆行追踪实验提示DA神经元的死亡可能与轴突逆行运输障碍有关;2.纹状体神经元在COL注射后第三天出现死亡,此时尚未出现SNc的DA神经元死亡。凋亡分析发现纹状体凋亡信号出现在COL注射后第七天;此时SNc的DA神经元未检测到凋亡信号,丘脑的内侧膝状体则有很多神经元凋亡,周边伴随小胶质细胞活化,提示中枢听觉传导通路的损伤;3.纹状体和黑质的病变诱发纹状体和黑质网状部显著的胶质增生:纹状体内小胶质细胞在COL注射后不同的时间点表现出逐渐活化的形态,至第七天达到顶点;星形胶质细胞的活化形态与其他模型中的活化形态有显著差别。黑质网状部也发现显著的胶质增生。对胶质细胞形态进行三维重建的图像提示二者可能存在直接的信息交流;4.纹状体内注射微管解聚剂造成纹状体神经元和SNc部位DA神经元联合损伤,对单侧损伤的小鼠进行行为学测试结果表明:动物在多巴胺受体激动剂诱发下会出现同侧旋转;开放区域测试发现其同侧方向偏好。我们进一步设计了网格方盒以量化其方向偏好,发现模型小鼠在三天即可出现同侧方向偏好,且这种偏好在后面的时间点中非常稳定。游泳方向测试同样发现其同侧方向偏好,但这种偏好则在几天后逐渐变化为对侧方向偏好。主要结论:1.利用在体动物实验证实,轴突微管损伤造成SNc部位DA神经元死亡(非凋亡),可能与逆行轴突运输障碍有关;2.纹状体神经元对微管损伤非常敏感,在微管解聚剂作用下迅速死亡(注射后三天),但凋亡则出现在注射后一周;3.体外实验发现COL能直接活化小胶质细胞,提示COL可能通过直接和间接(损伤的神经元)两种方式活化纹状体内小胶质细胞,诱发由弱到强的逐渐活化;同时伴随星形胶质细胞特征性的活化增生;4.对小胶质细胞和星形胶质细胞的形态学分析发现二者之间有密切的相互接触,从而提出胶质突触(Interglial Synapse,IS)的概念,这对胶质细胞功能研究有重要意义;5.纹状体和SNc部位神经元的联合损伤可以作为帕金森型多系统萎缩的动物模型,单侧损伤的模式可以利用行为学指标如药物诱发动物旋转,或自发方向偏好来鉴定模型是否成功,这对探讨纹状体黑质变性型多系统萎缩的机制并寻找神经保护药物是一个重要工具;6.我们所设计的网格方盒测试是研究大脑一侧化的有力而方便的工具。本研究初步阐明轴突损伤与DA神经元死亡的关系,为进一步揭示PD发生和发展机制,探索PD治疗的新靶点提供了重要依据;同时,COL诱发纹状体黑质通路变性可以作为帕金森型多系统萎缩的动物疾病模型,这为研究其病理发生机制,寻找有效治疗策略提供了实验模型;对胶质细胞活化形态的观察使我们提出胶质突触的概念,这对研究胶质细胞间相互关系以及在疾病中的作用提供了新的线索。