左旋多巴对帕金森病大鼠丘脑纹状体通路电生理学的影响

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帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种由于黑质多巴胺(Dopamine,DA)能神经元受损造成的皮层-基底神经节-丘脑环路的直接通路和间接通路失去正常的平衡状态而出现的运动障碍。然而,愈来愈多的证据表明,PD病变除了上述两条信号通路外,丘脑向纹状体(Striatum,STR)的直接投射也有举足轻重的作用。新近的研究证实丘脑向纹状体有大量的纤维投射,主要来自丘脑板内核群,即中央中核/束旁核复合体(centromedian/parafascicular nuclear complex,CM/PF)或在啮齿动物中称为束旁核(parafascicular nucleus,PF)。丘脑纹状体通路在PD相关研究的关注度日益升高。左旋多巴(Levodopa,L-DOPA)是一种PD治疗史上占据举足轻重地位的药物。目前,对其治疗作用的研究大多集中在由皮层到基底神经节以及基底神经节内部的相关通路,对基底神经节-丘脑通路,尤其是丘脑纹状体通路的研究相对较少。此外,研究发现PF内神经元的电生理活动在PD病人和麻醉状态下的PD动物模型中均发生了变化,提示PF神经元的电生理活动可能与PD的行为状态相关。目前,有研究发现DA能神经元的减少导致PF到纹状体的突触传递功能紊乱,但还没有实验研究L-DOPA是否对PF和纹状体之间振荡活动相关性的变化有影响。鉴此,本研究重点关注L-DOPA药物干预后PD大鼠在清醒静止和跑步机运动两种状态下丘脑纹状体通路中的纹状体和束旁核的电生理活动情况。因此,本实验通过将镍铬合金丝微电极植入正常对照组、6-OHDA损伤组和L-DOPA药物干预组大鼠PF、STR内的方法,利用在体多通道神经电信号采集技术,记录了各组大鼠在不同状态下两个核团神经元的锋电位和局部场电位的脑电信号。实验结果如下:1.PF、STR神经元类型分析按照神经元活动的电生理学特征可将PF内的神经元分为PF I和PF II两个亚型。纹状体神经元则按其最明显特征分为中型多棘神经元(Medium spiny neuron,MSN),胆碱能中间神经元(Cholinergic interneuron,CIN)和快速放电中间神经元(Fast spiking inerneurons,FSI)。2.L-DOPA改变PD大鼠PF和STR神经元峰电位放电率和放电模式,从而对PD起到治疗作用。在大鼠清醒静止状态下,两类PF神经元放电率变化不明显,但放电模式发生改变即PF I类神经元PD之后爆发放电增加,PF II类神经元则呈现出更规则趋势,L-DOPA药物干预组的大鼠仅PF I类神经元的改变了放电模式。PD之后纹状体神经元仅MSN放电率显著升高,放电也更不规则,而其他两类神经元电活动变化并不明显,L-DOPA药物干预组不但改变了MSN的放电率的升高和放电模式的,还改变了CIN的放电模式,即爆发式放电可能性减小,放电更规则。3.L-DOPA改变PD大鼠PF的神经元峰电位与自身场电位相关性值,从而对PD起到治疗作用。PD之后PF锋电位发放与局部场电位Beta(12-35 Hz)频段振荡之间的同步性显著增加,L-DOPA药物干预组与PD组相比仅平均线性相关性出现改变,相位相关性无明显变化。其中PF I类神经元PD之后仅在静止状态下出现Beta频段相关性值升高,PF II类神经元仅在跑步机运动状态下0.7-12 Hz和12-35 Hz频段出现相关性值升高,并且L-DOPA药物干预组降低了该频段相关性值的病理性升高。在大鼠清醒静止状态下,PD组相比对照组PF I类神经元Beta频段同步性增强,L-DOPA药物干预组改变了平均矢量长度值,相位角度值无明显变化。当大鼠在跑步机运动状态下,PD之后PF II类神经元在Beta频段同步性增强,L-DOPA药物干预组改变了平均矢量长度值,也改变了0.7-12 Hz频段相位角度值。4.L-DOPA改变PD大鼠PF的神经元峰电位与纹状体场电位相关性值,从而对PD起到治疗作用。在PD之后PF和纹状体之间的局部场电位Beta频段震荡活动同步性增强,L-DOPA药物干预组改变了PD组这种病理性增强,但相位相关性几乎无明显变化。在大鼠清醒静止状态下,PD之后PF I类神经元的峰电位与纹状体LFP平均线性相关性值在Beta频段增加,PF II类神经元平均线性相关性值在0.7-12 Hz频段下降,然而L-DOPA药物干预组相比PD组皆无明显变化。在跑步机运动状态下,仅PF II类神经元的Beta频段的线性相关性值增加,L-DOPA药物干预后改变了PD组的病理性升高。大鼠在清醒静止状态下,PF I类神经元的峰电位与纹状体LFP平均矢量长度值在Beta频段增加,PF II类神经元平均矢量长度值在0.7-12 Hz频段下降,两类PF神经元平均相位角度值均无明显变化,L-DOPA药物干预组相比PD组均无明显变化。大鼠在跑步机运动状态下,仅PF I类神经元的峰电位与纹状体LFP平均矢量长度值在Beta频段增加,且L-DOPA药物干预后改变了PD组的病理性升高,从而对PD起到治疗作用。综上所述,L-DOPA改变PD大鼠PF和STR神经元峰电位放电率和放电模式;改变了PD大鼠PF的神经元峰电位与场电位相关性值,尤其是线性相关性值,从而起到治疗作用。在不同行为状态下,PD之后PF神经元峰电位与场电位之间的相关性在不同的神经元类型中变化不同,说明PF的神经电生理活动变化与大鼠的行为状态显著相关。
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