中枢组胺能神经系统起源于下丘脑结节乳头核(tuberomammillary nucleus),广泛地支配了包括脊髓在内几乎所有脑区。我们实验室以及其它实验组的研究揭示了组胺对一些皮层下运动结构(小脑、基底神经节、红核和前庭核团等)神经元具有兴奋作用,组胺能够通过调节这些运动结构进一步影响动物的运动功能,如运动的平衡和协调能力。除了脊髓、脑干和大脑皮层这三个运动控制的等级结构之外,脑的另外两个部分——小脑(cerebellum)和基底神经节(basal ganglia)——也参与了运动控制。小脑通过对皮层的下运动指令和实际运动执行情况的反馈信息进行比较来提高运动的精确性。小脑受损会导致肌肉活动不协调,从而引起各种运动障碍和躯体平衡失调。基底神经节接受所有皮层区域的传入,其传出纤维主要投射到与运动计划有关的额叶皮层。基底神经节的疾患也会导致一系列运动失常,包括随意运动的发起困难、不正常的随意运动和平衡失调,如帕金森病(Parkinson’s disease, PD)和亨廷顿病(Huntington’s disease, HD)。先前的研究揭示了小脑和基底神经节中的底丘脑核(subthalamic nucleus)均接受下丘脑发出的组胺能神经纤维支配,同时组胺受体在小脑和底丘脑核中均有表达。因此,在此基础上,本文采用免疫荧光化学、电生理学以及行为学等方法对组胺及中枢组胺能神经系统对这两个皮层下运动结构神经元活动的具体影响以及通过这种对神经元活动的影响而表现出来的对运动行为的调控作用进行了深入研究。1、组胺／中枢组胺能神经系统对底丘脑核神经元活动的影响以及对运动调控的作用底丘脑核是基底神经节环路中唯一的兴奋性谷氨酸能核团,它接受苍白球及大脑运动皮层的传入并发出广泛的纤维投射到基底神经节的其它核团,由此,底丘脑核被认为在基底神经节的运动整合功能中起着驱动及控制作用。许多研究表明在PD患者及PD模型动物中底丘脑核神经元的自发放电频率升高并且出现不规则的p同步化震荡,由此,现在临床上底丘脑核长期以来一直被认为是深部脑刺激治疗PD的重要靶点。放射自显影、免疫组化和原位杂交实验发现地松鼠下丘脑结节乳头核有到底丘脑核直接的组胺能投射,并且在人类及豚鼠的底丘脑核中分别发现有组胺H1和H2受体。另有研究发现PD病人脑内组胺能纤维密度增高,基底神经节(壳核、黑质网状部、苍白球)及血液内组胺的浓度显著升高。然而,组胺对底丘脑核神经元的活动的影响以及中枢组胺能神经系统在PD发生和发展中的作用的研究相对较少,本研究旨在探讨组胺对底丘脑核神经元的作用以及组胺通过底丘脑核对正常及PD模型大鼠运动能力的影响。我们在本实验中应用离体脑片的细胞外记录方法记录了134个底丘脑核神经元,所有记录到的神经元(134/134,100%)对组胺刺激均表现出兴奋反应,并具有剂量依赖性效应。该反应在低钙/高镁(n=12)介质的灌流时仍然存在,说明组胺兴奋底丘脑核神经元的作用是一种突触后效应。高选择性组胺H2受体阻断剂ranitidine(n:23)可以有效地阻断组胺引起的底丘脑核神经元的兴奋反应,而高选择性组胺H1受体阻断剂mepyramine(n=20)以及高选择性组胺H4受体阻断剂JNJ7777120(n=18)不能阻断组胺对底丘脑核神经元的兴奋效应。另一方面,高选择性组胺H2受体激动剂dimaprit(n=23)可以模拟组胺对底丘脑核神经元的兴奋效应,而高选择性组胺H1受体激动剂2-pyridylethylamine(n=16)以及高选择性组胺H4受体激动剂UVF8430(n=15)不能模拟组胺的作用。另外,选择性组胺H2受体阻断剂ranitidine(n=16)能有效的阻断dimaprit诱导的底丘脑核神经元的兴奋效应。以上结果说明组胺对底丘脑核神经元的兴奋作用是由组胺H2受体介导的,这一结果与我们应用免疫组织化学方法得到的结果一致。有趣的是,通过行为学实验研究发现在6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine)损毁侧的底丘脑核核团注射组胺和高钾(n=12)能够显著降低阿普吗啡(apomorphine)诱导的旋转行为,同时单侧底丘脑核核团注射ranitidine(n=12)能够显著增加阿普吗啡诱导的旋转行为而mepyramine(n=12)没有这种改变效应。同时,在电生理学实验研究中我们发现在6-羟基多巴胺诱导的PD模型大鼠的离体脑片的细胞外记录中发现组胺不但能够提高底丘脑核神经元的自发放电频率而且能够显著降低底丘脑核神经元自发放电的峰-峰间期的变异系数(n=30),而高钾只能提高底丘脑核神经元的自发放电频率(n=16)。进一步的行为学实验研究发现在正常大鼠组胺对底丘脑核神经元上组胺H2受体的激活能够提高大鼠的运动能力。综合上述,我们的结果表明：组胺通过激活底丘脑核神经元上组胺H2受体改善PD模型大鼠的运动行为。结合已有的组胺兴奋黑质、纹状体、苍白球等基底神经节结构神经元的研究结果,我们认为中枢组胺能神经纤维可能通过直接的平行投射兴奋基底神经节直接通路和间接通路的各核团而调制运动的发起、执行及终止,同时基底神经节中组胺H2受体可能成为临床治疗PD疾病的靶点。2、组胺/中枢组胺能神经系统对小脑核团神经元活动的影响及其离子机制小脑是最大的皮层下运动结构,它调控正在进行着的运动,确保运动执行过程中空间和时间的准确性。小脑核团(顶核、间位核和齿状核)则是小脑(除绒球小结叶外)唯一的传出结构,因此它们在小脑运动调控功能中起着重要的作用。我们实验室先前的细胞外电生理记录研究工作已经揭示了组胺对大鼠小脑间位核和顶核神经元的兴奋性作用,然而小脑核团内部环路由两类神经元——投射神经元和中间神经元构成,而细胞外电生理记录不能分辨出具体的神经元类型。因此,本研究通过使用离体脑片全细胞膜片钳技术,在甄别出这两类神经元的基础上,重点分析了组胺分别对它们的作用,本研究的果如下：(1)使用形态学和电生理学指标结合的方法,成功地区分出小脑核团中的投射神经元和中间神经元。(2)组胺选择性兴奋小脑核团投射神经元,但对中间神经元没有作用。(3)组胺在小脑核团投射神经元上诱发的兴奋性反应是通过突触后组胺H2受体的直接作用介导的。(4)免疫荧光化学的单标记及双标记的实验结果表明,组胺H2受体均在大鼠小脑的三个核团中的投射神经元上表达,而中间神经神经元上不表达组胺受体。(5)组胺激活小脑核团投射神经元上组胺H2受体后,通过激活超极化激活的阳离子通道而兴奋投射神经元,但不影响投射神经元膜上小电导的钙激活钾离子通道的活动。研究结果显示,组胺选择性地兴奋大鼠小脑核团投射神经元而不是中间神经元。组胺对小脑核团投射神经元的兴奋作用是通过直接引起突触后膜去极化,这种效应是由组胺H2受体和下游的超极化激活的阳离子通道共同介导的。这些结果表明,对小脑核团层面上,下丘脑-小脑组胺能投射可能通过直接调节小脑核团投射神经元的活动来调节小脑的最终输出。组胺可能通过这种直接兴奋的小脑核团投射神经元的方式来调制小脑核团神经元的兴奋水平,从而使得其对浦肯野细胞、苔状纤维、爬行纤维以及小脑核团的局部环路神经元的投射做出适当的反应。因此,中枢组胺能神经系统可能通过对小脑核团神经元的这种直接的而非间接调制方式来实现其对经小脑神经环路的感觉-运动整合的调节。