内脏感觉传入神经元个体发育的电生理学

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目的:研究迷走神经结状神经节神经元在发育过程中动作电位波形的特征,放电频率,以及与之相关离子通道的电流密度和电压依赖特征等电生理学特性的变化,从而探讨上述神经元在出生后发育过程中神经元兴奋性变化的离子通道机制,为其在神经元个体生后发育过程中对主动脉压力感受器神经元的影响提供电生理学依据。  方法:分别选取1至32日龄等12个时间点不同性别的新生大鼠,以及成年雌雄大鼠分为三组,采用全细胞膜片钳(Whole cell patch-clamp)的方法记录神经元的动作电位(Action potential,AP),根据动作电位参数确认和鉴别髓鞘化(Myelinated) A-型、髓鞘化Ah-型和非髓鞘化(Unmyelinated) C-型主动脉压力感受器神经元(Baroreceptor neurons,BRNs),研究其在出生后发育过程中的电生理学特性和分布情况。采用集群分析(Cluster analysis)的方法,选取特征性的动作电位参数,包括动作电位除极阈值(Action potential firing threshold,APFT),最大瞬间除极(Maximal upstroke velocity, UVMAX)和复极速度(Maximaldownstroke velocity, DVMAX)等,对各个时间点的数据进行整合分析,从而探讨神经元细胞分类在不同发育阶段的变化。结合全细胞膜片钳技术,观察三种不同神经元亚型在生后发育过程中其神经元兴奋性、放电模式、离子通道电流密度(Current density)和电压依赖特性(Voltage-dependent property)的变化。  结果:电生理学实验的结果显示:(1)雄性和雌性乳鼠中都存在髓鞘化Ah-型神经元的表达;雌性乳鼠从出生后4天(Pd4)至32天(Pd32),三种亚型神经元的表达分布很稳定,直到成年后雌性大鼠结状神经节中三种神经元的分布也未发生显著变化;而雄性中髓鞘化Ah-型神经元的分布呈现逐渐递减的趋势,在Pd32时分布比例与成年雄性大鼠的水平相当。(2)随着年龄的增长,三种神经元亚型的兴奋性都有所升高,主要表现为动作电位时程均显著缩短、复极的瞬时速度、复极最大速度都显著变快和放电频率加快,以及放电频率增加等。其中以非髓鞘化C-型神经元的变化最为显著,在Pd7-10组和成年组中,诱发由单个放电到反复放电的刺激强度明显降低(P<0.05)。(3)影响神经元兴奋性的主要钾离子通道包括蝎毒素敏感(Iberiotoxin-sensitive,IbTX-S)钾通道和4-AP敏感性(4-AP-S)钾通道,二者在发育过程中协同变化。在髓鞘化A-型神经元中,4-AP-S钾电流的快速瞬时电流密度(IA)部分在发育过程中明显上调(P<0.05);在髓鞘化Ah-型神经元中,4-AP-S钾电流的IA部分在发育过程中显著上调(P<0.05),而IbTX-S钾电流显著下调(P<0.05);在非髓鞘化C-型神经元中,4-AP-S钾电流和IA/ID比例逐渐增加(P<0.05),而IbTX-S的钾电流逐渐减少(P<0.05),即二者的变化在发育过程中相互协调。(4)髓鞘化A-型神经元中只表达河豚毒素敏感的钠离子通道(TTX-S),其电流密度、电流峰值,和电压依赖特性在发育过程中均无明显变化;非髓鞘化C-型神经元同时表达TTX-S和河豚毒素不敏感(TTX-R)的钠离子通道,在发育过程中,两种亚型的钠离子通道存在协同改变,在总钠电流没有明显变化的情况下,TTX-R钠电流密度显著增加(P<0.01),TTX-R/TTX-R+TTX-S的比例也明显增加(P<0.01),总钠电流曲线中失活部分的时间常数明显降低(P<0.05),电压依赖特性明显右移。(5)计算机模型(computer modeling)分析结果表明:TTX-S和TTX-R钠电流都参与神经元兴奋性的调节;TTX-R钠电流主要参与动作电位复极化的过程,尤其是复极中驼峰的形成过程,并影响神经元反复放电的能力,而TTX-R钠电流密度的增加是导致非髓鞘化神经元兴奋性增高不可忽视的因素。  结论:(1)在雄性乳鼠中,功能性表达了髓鞘化Ah-型神经元,但其分布数量随发育逐渐降低,至32日龄时接近成年水平;(2)无论雌性还是雄性的髓鞘化Ah-型神经元均功能性表达4-AP-S钾离子通道和BK-KCa钾离子通道,且4-AP-S钾通道的表达随发育过程上调,BK-KCa钾离子通道的表达随发育过程下调;(3)在雌雄大鼠发育过程中的电压门控型钠离子通道和钾离子通道,以及它们不同亚型之间,均存在离子通道协同作用。
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