大鼠海马抑制性氨基酸受体的功能调控

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1、中国科学技术大学博士学位论文大鼠海马抑制性氨基酸受体的功能调控姓名：章小兵申请学位级别：博士专业：神经生物学指导教师：徐天乐20080101摘要摘要丫一氨基丁酸A型受体(GABAAR)和甘氨酸受体是中枢神经系统两大重要的抑制性受体，根据二者在突触内、外所介导的抑制性电导特性的不同，将其介导的抑制效应分为相位性抑制(phasicinh．bitio叫和紧张性抑制(tonicinhibition)两大类。突触传递过程中，突触前瞬时释放的高浓度神经递质Y一氨基丁酸(GABA)或甘氨酸，作用并激活分布在突触后区域的GABAAR或甘氨酸受体，导致通道开放而引起氯

2、离子内流，进一步使突触后细胞产生抑制。由于突触释放不是持续存在的，因而突触后受体的激活也是间歇式的。抑制性氨基酸受体的这种间歇式激活所产生的对神经元的抑制称为相位性抑制。抑制性氨基酸受体除了介导由突触内受体产生的相位性抑制以外，近年来的研究越来越关注其介导的另外一种抑制形式——紧张性抑制，紧张性抑制是突触外高亲和力的抑制性氨基酸受体由细胞外本底就持续存在的内源性氨基酸类递质，如GABA、甘氨酸以及牛磺酸等激活而产生。紧张性抑制的特点是，它不像相位性抑制那样严格受突触传递的限制，其介导的抑制效应持续存在，因而，紧张性抑制在控制神经元兴奋性方面被认为比相

3、位性抑制发挥了更为重要的作用。在中枢神经系统海马区域，已经有很多有关GABAAR介导的紧张性抑制的报道。研究认为紧张性抑制不仅参与了海马学习记忆等功能的调节，还参与了像癫痫、经前期焦虑失调等神经系统疾病的发病过程。在海马的不同区域，其介导紧张性抑制的GABAAR亚基也不尽相同，如齿状回颗粒细胞上的6亚基、CAl和CA3锥体神经元上的O‘5亚基，甚至是仅由仅和D亚基(不含任何第三类亚基)组成的功能性GABAAR等都参与了海马神经元紧张性抑制的调节。现有的研究认为大脑海马组织内没有功能性甘氨酸能突触，然而却有大量的甘氨酸受体亚基表达，并且无论是在急性分离

4、的海马神经尢、体外培养的海马神经元，还是在海马脑片上的研究，都能记录到明显的甘氨酸受体激活的电流。此外，海马神经元细胞外有大量的能激活甘氨酸受体的内源性配体如牛磺酸和D．丙氮酸等存在，这也使甘氨酸受体的激活并发挥功能成为可能。近年来的研究也证明了甘氨酸受体在海马中扮演的功能性角色，它能抑制海马的突触传递，并影响海马的短期可塑性。目前认为，甘氨酸受体的这种功能是通过细胞外持续存在的内源性氨基酸配体(甚至一些未知的调节剂)激活突触外甘氨酸摘要受体，产生紧张性．抑制而发挥的。虽然紧张性抑制的功能越来越被人们所重视，然而，到目前为止，选择性调节GABA能紧张

5、性抑制的药物并不多见。另外，对高位脑区甘氨酸受体介导的紧张性抑制的功能也在逐渐被揭露。由于紧张性抑制在控制神经元兴奋性方面的重要作用，使得选择性调节紧张性抑制的药物的开发具有很好的前景。因此在本课题中，一方面，我们从天然化合物入手，筛选并研究了以薄荷醇(menth01)为代表的萜类化合物对海马抑制性氨基酸受体介导的紧张性抑制的调节作用。另一方面，通过异源表达甘氨酸受体的方法，发现并研究了坏噻嗪(cyclothiazide，CTZ)对含有0‘2亚基的甘氨酸受体的选择性抑制作用及其分子机制。1．薄荷醇通过增强GABA能紧张性抑制下调中枢神经元兴奋运用电生

6、理方法，我们发现薄荷醇可以降低培养海马神经元的兴奋性。同时行为学实验表明，薄荷醇可以抑制小鼠戊四氮(PTZ)注射以及大鼠电刺激海马点燃所产生的癫痫发作。进～步的机制研究显示，薄荷醇能增强低浓度GABA(与报道的在体动物脑内神经元细胞外空间存在的GABA浓度相接近)在培养的海马神经元上激活GABAAR所产生的电流。同时相对较高浓度的薄荷醇还可以激活培养海马神经元．卜．的GABAAR。进一步在海马脑片CAl区锥体神经元上的研究显示，薄荷醇选择性抑制GABAAR介导的紧张性电流，而对突触部位GABAAR介导的相位性突触后电流无影响。这些结果因而表明薄荷醇可

7、通过增强GABAAR介导的紧张性抑制来下调海马神经元的兴奋性。为了进一步排除薄荷醇抑制海马神经元兴奋性是否有GABAAR以外的机制的参与，我们利用电生理的手段，观察了薄荷醇对海马神经元离子型谷氨酸受体和神经元内在兴奋性的影响。实验结果表明薄荷醇不影响谷氨酸对离子型谷氨酸受体的激活，并对微小兴奋性突触后电流(mEPSCs)无影响；同时对在阻断兴奋性和抑制性氨基酸受体离子通道的情况下，薄荷醇对神经元电流注射所产生的动作电位的发放特性无影响。表明薄荷醇不影响神经元的内在膜兴奋性。此外，胞内游离钙离子螯合实验表明薄荷醇对GABAAR的增强效应不受细胞内游离钙

8、离子浓度的影响。这些结果进一步显示薄荷醇是通过选择性增强GABAAR介导的紧张性抑制来发挥对海马神经元的抑制