大鼠少突胶质细胞前体细胞的发育及细胞生物学特性的研究

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1、第三军医大学博士学位论文大鼠少突胶质细胞前体细胞的发育及细胞生物学特性的研究姓名：陈鹏慧申请学位级别：博士专业：神经生物学指导教师：蔡文琴20081101第三军医大学博士学位论文大鼠少突胶质细胞前体细胞的发育及细胞生物学特性的研究摘要中枢神经系统(CNS)是由神经元和胶质细胞组成。近年来CNS中发现一类新的胶质细胞类型，依据其表达NG2硫酸软骨素多聚糖蛋白的特性，命名为少突胶质细胞前体细胞(OPCs)。一般认为OPC属于少突胶质细胞系，但是不表达成熟少突胶质细胞(0L)的蛋白标记。体外培养条件下证实OPCs也能分化为神经元和星形胶质细

2、胞(AST)，因而认为这类细胞可能是一种多潜能的干细胞。在神经元轴突髓鞘化形成前，OPCs在CNS广泛迁移。尽管0PCs可以分化成为成髓鞘的OL，但是在成熟CNS仍有大量未分化的OPCs保持这种不成熟的状态。这需要重新认识其细胞性质、与CNS其它细胞的关系、以及在前体细胞之外的功能。许多实验证实OPCs在是一种反应性胶质细胞，可能在维持神经功能和损伤修复中有作用，从而认为，OPCs可能是OL、AST之外大胶质细胞，但是尚缺乏形态学和细胞学证据。OPCs可以与谷氨酸能和GABA能神经元形成直接的突触联系，可以接受突触前神经元信号。和神经

3、元之间的突触结构类似，神经元．OPCs之间的突触也具有双脉冲易化现象LTP现象。但是仍不清楚突触后OPCs不能进行信息持续传递的原因。作为少突胶质系的OPCs，在缺氧缺血性脑损伤(HIBD)中细胞的变化以及在脑损伤的反应也不清楚。因此，本文首先应用免疫组化技术研究NG2标记的OPCs在正常成年CNS的定位和表达模式。然后观察围生期0PCs的细胞生物学特点及HIBD后的变化。最后观察生后不同阶段，OPCs形态学和电生理学的特点。主要得到以下结果：1．OPCs广泛分布于CNS各脑区。海马、白质和灰质细胞形态有差异。在灰质0PCs主要分布于

4、非神经元层，细胞呈星形，突起向四周发散，突起长度多在10—40斗m。与此对应的是，白质0PCs胞体狭长，并行的突起向胞体两极发出，与神经元轴突走向一致。突起长度多在20．50斗m，比灰质细胞稍长。细胞密度在部分脑区有集中分布，但是灰质与白质无显著差异。2．OPCs表现与神经元和AST不同的电生理特性。海马CAl区辐射层的OPCs有小的内向Na+电流，大的外向K+电流和延迟整流K+电流。0PCs表现和神经元类似的7第三军医大学博士学位论文电压依赖性Na+电流，但是不能在去极化电流刺激下产生动作电位。OPCs具有比AST更高的输入阻抗(R

5、in)，但是在静息水平对K+仍有较大的通透性。在电流钳模式下，OPCs表现有非线性膜电位反应。而AST则仅有被动膜电位反应。在白质和海马OPCs的静息电位、膜阻抗和膜电容也不一致。3．围生期缺氧缺血2h，海马0PCs显示更活跃的细胞膜去极化反应。细胞膜特征参数也有显著变化，包括膜电容和膜阻抗增加，而静息电位降低至超极化的水平。瞬时外向钾电流和内向整流钾电流幅度增加，而延迟整流钾电流减少。在不同的刺激模式下，0PCs表现的电流模式没有明显改变，但是电压依赖性离子通道动力学特性有显著改变，表现在：Na+电流、瞬时外向K+电流和尾电流激活加

6、快，幅度增加。应用Boltzmann拟合各电压依赖离子通道的半激活电压和激活斜率因子，均表明HIBD后OPCs兴奋性增强。Na．K电导率的变化也是如此。然而AST和神经元则不表现如此显著变化。4．OPCs持续表达于CNS生后不同发育时期。在生后7d海马和白质的OPCs即可以发出许多分支的突起，而且细胞数量在各生后时期最高。蛋白表达水平也是如此。由新生发育至成年，OPCs突起逐渐增加数量、丰富、分支复杂、长度增加。电生理特性也显示随发育而呈现瞬时外向K+电流和延迟整流K+电流均有增加，但是Na+随发育成熟增加得更明显，因此Na．K电导率

7、也随着发育成熟而增加。发育至成年，虽然去极化反应有所增加，但是Na．K电导率远小于神经元，因而0PCs仍然不能产生细胞膜动作电位反应，属于非兴奋细胞。总之，本研究从多个方面支持认为OPCs可以作为CNS另一类大胶质细胞：(1)生后发育中突起增长、分支丰富显示形态学的复杂性；(2)膜电容和Na-K电导比率随发育成熟而增加；(3)独特的细胞生物学特点和在HIBD中的早发性反应；(4)与神经元和AST不同的形态学和电生理学特征。关键词：少突胶质细胞前体细胞；NG2；大鼠；发育；缺氧缺血性脑损伤；免疫组化；膜片钳8第三军医大学博士学位论文Po

8、stnataldeVelopmentalandcytobiologicalstudyonoligodendrocyteprecursorcellsofratsABSTRACTThecellul2urcomposition