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Orexin(hypocretin)是1998年发现的一类小分子神经肽,主要由外侧下丘脑区特定神经元产生,同时穹隆周围核、下丘脑背内侧核和下丘脑后区也存在一定数量的orexin神经元胞体。Orexin系统包括来源于同一前体分子的两个单体orexin-A (ORX-A)和orexin-B(ORX-B),以及两种特异的G蛋白耦联受体OX1R和OX2R。Orexin神经元的分布较为局限,但其纤维投射以及受体分布却非常广泛,遍及多个脑区。Orexin系统与机体一系列生理功能的调控相关,目前认为其最重要的功能是对睡眠-觉醒的调节。新近研究发现orexin系统还广泛参与学习记忆、药物成瘾、心境情绪障碍等活动的调节。前额叶皮层(prefrontal cortex, PFC)在上述这些高级神经活动的执行中发挥重要作用。PFC接受orexin能纤维的支配并表达orexin受体;我室前期研究表明orexin-A能以剂量依赖的方式直接兴奋PFC锥体神经元。谷氨酸是PFC中最重要神经递质之一,其介导的兴奋性突触传递与PFC的功能密切相关。脑内其他递质系统能够通过调节PFC中谷氨酸通路的活性进而调节PFC的功能。然而,orexin系统能否通过直接调节谷氨酸能递质系统的活性进而调节PFC的功能,以及涉及其中的信号通路迄今鲜见文献报道。本研究首先通过免疫组织化学染色技术明确了orexin受体在大鼠PFC中的分布情况;随后,以急性分离的Wistar大鼠PFC锥体神经元为研究对象,结合膜片钳全细胞记录技术探究orexin-A对PFC锥体细胞谷氨酸能递质系统的作用以及相关的信号机制。藉此进一步揭示orexin在相关脑高级功能中的作用机制。结果如下:1.大鼠PFC区OX1R的表达免疫组化研究显示大鼠PFC区存在OX1R受体表达,OX1R主要分布于PFC深层(Ⅴ、Ⅵ层)的锥体样细胞;OX1R分布区域的神经元类型主要为谷氨酸能神经元。2. Orexin-A对PFC锥体神经元谷氨酸诱发电流的调节谷氨酸和orexin-A均能以剂量依赖的方式使PFC锥体神经元产生内向电流。在PFC锥体神经元,首先将最大有效浓度(10-3M)谷氨酸诱发电流的幅值作为对照组(100%),之后以10-6M orexin-A对神经元进行孵育,随后再次给予10-3M谷氨酸,诱发电流的幅值为146.59%±15.19%(n=8,p<0.01与正常10-3M谷氨酸诱发的跨膜电流相比),电流幅度明显增大。本实验结果提示:orexin-A可显著增大谷氨酸诱发的跨膜电流。3. NMDA受体介导了orexin-A对谷氨酸诱发电流的上调效应ACSF中加入NMDA受体特异性阻断剂AP-5(50μM)后,orexin-A(10-6M)对PFC锥体神经元谷氨酸(10-3M)诱发电流的上调效应可被阻断(102.08%±5.95% , n=6;p>0.05与正常10-3M谷氨酸诱发的跨膜电流相比)。此外,orexin-A(10-6M)能够明显上调高选择性激动剂NMDA (10-4M)诱发的跨膜电流(143.92%±18.72%, n=6;p<0.01与正常10-4M NMDA诱发的跨膜电流相比)。上述结果表明PFC锥体神经元orexin-A与谷氨酸之间的协同效应主要是由NMDA受体介导的。4. PKC参与了orexin-A对NMDA受体功能的调节效应,而PKA则不参与该效应经PKC抑制剂BISⅡ(10-6M)预处理的PFC锥体神经元,orexin-A(10-6M)不再使NMDA(10-4M)受体介导的电流增大(97.21%±9.88%,n=6;p>0.05与正常10-4M NMDA诱发的跨膜电流相比)。相反,电极内液中加入PKA抑制肽PKI(10-6Μ),仍可观察到orexin-A能够上调NMDA (10-4M)诱发的跨膜电流(137.29%±9.16%, n=6;p<0.01与正常10-4M NMDA诱发的跨膜电流相比)。这些结果表明,orexin-A对NMDA受体功能的调节效应是由PKC信号通路而不是PKA信号通路介导的。综上所述,本研究结果表明:第一,大鼠PFC深层(Ⅴ、Ⅵ层)的锥体神经元能够表达OX1R。第二,orexin-A对谷氨酸诱发电流的上调效应是由NMDA受体介导的,orexin-A通过激活PKC信号通路对PFC锥体神经元NMDA受体产生调节效应。