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编号:10269172
胆红素对大鼠海马CA3区长时程增强影响的研究
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 1998年第8期
     作者:张炼 刘皖君

    单位:430030 武汉,同济医科大学附属同济医院儿科

    关键词:胆红素;海马;电生理学

    中华儿科杂志/980804 【摘要】 目的 研究胆红素的神经系统毒性。方法 用电生理方法观察了急性注射胆红素对大鼠海马CA3区长时程增强的影响情况。结果 对照组给予高频刺激后第1、3、5、10、15、30、45、60、90和120分钟群体峰电位变化率显著增加(Dunnett T临界值为2.809,P<0.05),而两个实验组的群体峰电位变化率在刺激前后均无明显改变(P>0.05);高频刺激后第3、5、10、45、60和 120分钟,对照组群体峰电位变化率较当时的两个实验组明显增大(P<0.05),在其他时刻则未发现明显改变,未发现两个实验组之间的群体峰电位变化率存在差别。结论 胆红素能抑制长时程增强的形成。
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    The effects of bilirubin on long term potentiation of rat hippocampal CA3 region

    Zhang Lian, Liu Wanjun Department of Pediatrics, Tongji Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430030

    【Abstract】 Objective To determine the neurotoxicity of bilirubin. Methods Electrophysiological method was used to observe the effects of acute bilirubin injection on long term potentiation (LTP) of rat hippocampal CA3 region. Results The results showed that, contrary to the two experimental groups (bilirubin 30 mg/kg and 60 mg/kg), the control group had significantly increased change rate of population spike at the time of 1, 3, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90 and 120 minutes after high-frequency stimulation (P<0.05, critical value of Dunnett′s T=2.809). At the time of 3, 5, 10, 45, 60 and 120 minutes after high-frequency stimulation, the control group′s change rate of population spike was significantly increased as compared to that of the two experimental groups at the same time points (P<0.05), at other moments during observation no significant differences were found between the three groups.Conclusion This study has confirmed that bilirubin could depress the induction of LTP and affect the ability of learning and memory of children.
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    【Key words】 Bilirubin Hippocampus Electrophysiology

    高胆红素血症是新生儿期的常见病之一,由它引起的神经系统损害一直受到广泛关注。研究表明,胆红素通过广泛性抑制蛋白激酶的磷酸化[1]、抑制神经递质的释放等[2]机制来影响神经元的功能。然而,这些研究都是通过体外实验完成的,不便观察胆红素进入机体后产生的持续性影响。海马区的长时程增强(long-term potentiation,LTP)现象被普遍认为是与学习记忆有关的重要参数[3],通过对胆红素与长时程增强之间关系的研究,有可能对进一步了解胆红素脑病的预后提供帮助。我们采用体内实验的方法,研究了胆红素对大鼠海马CA3区长时程增强的影响,并初步探讨了产生这一影响的内在机制。

    材料和方法

    一、材料 一、材料
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    1.胆红素为Sigma公司产品,其他试剂均为国产分析纯。Sprague-Dawley大鼠由同济医科大学实验动物中心提供。

    2.将胆红素粉末溶于0.1 mol/L NaOH后,按胆红素与白蛋白克分子比(B/A值)为14加入牛血清白蛋白,再溶于0.055 mol/L磷酸缓冲液中,调节pH值为7.4,最后定容,使胆红素浓度达3 mg/ml。除不加胆红素外,用同样的成分配制溶剂。以上过程均在红光下完成。

    二、方法

    1.实验用SD大鼠体重200~250 g,雌雄不拘,用1 g/kg乌拉坦腹腔麻醉后,进行气管和一侧颈总静脉插管,切开头皮。取俯卧位将动物头部固定于SN-3型脑立体定位仪(日本,Narishige),调节高度使前囟高于后囟1 mm。参照Bliss等的方法[4]将双极刺激电极置于穿通纤维处(前囟后6.9~7.0 mm,旁开4.3~4.4 mm,深5.0~5.3 mm),用单个电脉冲
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    附表 三组大鼠刺激前后群体峰电位变化率(±s) 组别

    只数

    刺激前

    刺激后(分钟)

    1

    3

    5

    10

    12

    对照组

    6

    1.00±0
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    2.00±0.16

    1.97±0.12

    1.90±0.12

    1.97±0.09

    1.94±0.13

    低剂量组

    6

    1.00±0

    1.33±0.58

    1.35±0.52

    1.33±0.51

    1.35±0.50
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    1.36±0.58

    高剂量组

    6

    1.00±0

    1.34±0.63

    1.29±0.51

    1.34±0.46

    1.31±0.51

    1.40±0.54

    组间比较F值

    3.45

    4.76*
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    3.89*

    4.73*

    2.93

    组别

    只数

    刺激后(分钟)

    动态比较

    F值

    30

    45

    60

    90

    120
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    对照组

    6

    2.01±0.16

    1.91±0.11

    2.01±0.07

    1.88±0.11

    2.02±0.07

    38.81**

    低剂量组

    6

    1.40±0.57

    1.33±0.51
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    1.25±0.64

    1.36±0.55

    1.27±0.58

    1.93

    高剂量组

    6

    1.41±0.53

    1.38±0.48

    1.27±0.57

    1.23±0.59

    1.39±0.50

    1.99
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    组间比较F值

    3.48

    3.77*

    4.61*

    3.18

    5.03*

    * P<0.05 ** P<0.01(测试刺激,波宽0.15 ms,强度30 V)刺激之,在海马CA3区(前囟后3.3~3.4 mm,旁开3.3~3.5 mm,深3.5~3.8 mm)记录诱发的群体峰电位; 记录到群体峰电位后给穿通纤维以短串高频刺激(500 Hz,30 V,波宽0.15 ms , 串长100 ms×2串),再记录群体峰电位幅度的变化。所有记录经直流前置放大器放大后,输入示波器显示,同时输入IBM-286微机,经叠加平均处理,结果由打印机打出。 2.分组:记录到群体峰电位后将大鼠分为3组,即对照组、低剂量组和高剂量组,分别用输液泵从静脉插管在5分钟内对(1)对照组:输入溶剂20 ml/kg;(2)低剂量组:输入溶剂10 ml/kg+胆红素溶液10 ml/kg;(3)高剂量组:输入胆红素溶液20 ml/kg,使三组的胆红素剂量分别为0、30 mg/kg和60 mg/kg。注射过程在避光条件下进行,同时要保证在整个实验过程中动物呼吸平稳、呼吸道通畅。注射结束后5分钟给予高频刺激,记录刺激后1、3、5、10、15、30、45、60、90和120分钟群体峰电位幅度。
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    3.LTP现象产生的判断:LTP现象最早是在家兔的海马齿状回上发现的,Bliss等[4]以一定频率和强度的高频电刺激作用于穿通纤维,随后的单个刺激可引起齿状回的群体峰电位及群体兴奋性突触后电位长时间明显增大,这一现象随后在海马的其他部位观察到。在我们的实验中,用单个电脉冲(强度30 V,波宽0.15 ms)刺激穿通纤维,在CA3区可记录到一群体峰电位,待其稳定后给予一高频刺激(500 Hz,30 V,波宽0.15 ms,串长100 ms×2),再用单个电脉冲刺激穿通纤维,若诱发的群体峰电位幅度明显增大并能维持30分钟以上,即认为产生了LTP现象。

    三、统计学方法

    (1)用计算机测量各观察时刻群体峰电位幅度(μV),用刺激后群体峰电位幅度÷刺激前幅度得出群体峰电位变化率。每组每观察时刻的群体峰电位变化率用均值和标准差表示。(2)同一组动态观察比较采用随机区组方差分析,有显著性意义后进行Dunnett T检验,了解刺激前后群体峰电位变化率有无改变。(3)用完全随机方差分析比较同一时刻三组间群体峰电位变化率的差别,有显著性意义后,用q检验进行两两比较。
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    结果

    一、高频刺激前后群体峰电位变化率比较 一、高频刺激前后群体峰电位变化率比较

    对照组刺激前后各时刻群体峰电位变化率差异有非常显著意义(F=38.81,P<0.01),刺激后各时刻群体峰电位变化率均较刺激前显著增加(T=2.809,P<0.05);而两个实验组的群体峰电位变化率在高频刺激前后均无明显改变(附表)。表明高频刺激使对照组产生 LTP却未能诱导实验组的LTP形成。

    二、三组之间群体峰电位变化率比较

    在高频刺激后第3、5、10、45、60和120分钟时间点, 对照组群体峰电位变化率较两个实验组明显增大(P<0.05),其他时刻未发现明显改变。在以上有明显改变的6个时间点,均未显示出两个实验组之间群体峰电位变化率的差别(附表)。

    讨论
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    一、本实验方法的可行性 一、本实验方法的可行性

    用胆红素进行体内实验首先必须保证胆红素能透过血脑屏障作用于脑组织。已有许多作者进行了这一类研究胆红素通透性的实验[5]。Hansen[6]曾用同样的实验动物给予氚标记胆红素30 mg/kg静脉注射,5分钟后全脑和海马的胆红素浓度分别为6.6±4.1 nmol/g和6.2±3.3 nmol/g。我们在本实验中所采用的胆红素浓度以及胆红素溶液的配制、注射方法均参考了以上研究,从而保证了我们的实验结果能正确反映胆红素的神经系统毒性。

    二、LTP的产生机制

    LTP现象是1973年首次阐明的[4],它说明了在某种条件下,突触的传递效能可以产生持续性的变化,即突触具有可塑性(plasticity),突触的可塑性决定了神经系统的可塑性,而神经系统的可塑性是包括学习 、记忆在内的行为适应的基础。LTP作为中枢突触可塑性的一个模型,近20多年来一直是神经科学家研究的热点。目前许多实验都证实了LTP是学习、记忆的神经基础[3,7]。通过近年来的研究,人们对LTP的形成机制已有了一些初步的认识[8]。在海马内部,谷氨酸是参与正常突触活动的主要递质,它可与突触后膜上的两种受体亚型结合,即N-甲基-D-天冬氨酸型(NMDA型)和非NMDA型。在正常低频突触传递时,谷氨酸只能使非NMDA受体激活,而NMDA受体不能被激活,这是由于静息水平的膜电位不能使堵塞NMDA受体通道的镁离子移开,这种作用是电压依赖性的。诱导LTP的两个最主要因素是高频电刺激的频率和强度,一定强度的刺激可提高单个刺激引起的诱发电位幅度,而一定频率的刺激可增加多条传入纤维的协同效应。这样突触后膜的膜电位去极化到一定程度后,镁离子的阻滞即被除去,当递质与NMDA受体结合后,通道打开使钙离子内流,触发了一系列生化反应,改变了膜的特性,导致LTP的产生。这些生化反应中,蛋白激酶系统起了很重要的作用,一方面它可被钙离子所激活,在LTP的诱导过程中起作用,另一方面它可通过自身磷酸化,对LTP的维持起作用。
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    三、胆红素抑制LTP形成的可能原因

    目前有研究表明,胆红素在体外能对多种蛋白激酶起广泛的抑制作用[1],这也许是它抑制LTP形成的一个原因。胆红素抑制LTP形成的另一个原因可能是它通过神经递质和细胞膜的途径使突触活性减弱:(1)神经递质的功能紊乱。绝大多数突触处的信息传递是依赖神经递质实现的,有研究发现,胆红素能通过抑制突触素Ⅰ(synapsin Ⅰ)的磷酸化而影响神经递质的释放[2],也有作者认为,胆红素明显抑制神经细胞对酪氨酸(多巴胺的前体)的摄取,从而导致神经递质的合成障碍,而神经递质的合成与释放异常最终引起突触传递受抑制,突触活性减弱[9]。 (2)胆红素对神经细胞膜的影响。Mayor等[10]曾报道浓度为40 μmol/L的胆红素可导致神经细胞膜的通透性增加而产生快速去极化,这一因素也有可能使突触传递的效率下降。

    四、胆红素抑制LTP形成的意义
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    我们通过观察胆红素对海马CA3区长时程增强(LTP)现象的影响,发现胆红素能抑制LTP的形成,目前尚未见到其他作者有类似的报道。胆红素急性进入机体可抑制海马LTP的形成(诱导),说明新生儿期的高胆红素血症有可能导致儿童的学习、记忆能力下降。

    新生儿期的高胆红素血症很常见,这在多大程度上影响儿童的智力发育,长久以来没有得到阐明,由此而导致的脑损伤因表现各异而难于为临床医生所把握,故治疗的方法和尺度也各不相同,这种状况是因为对胆红素神经毒性的基础研究相对缺乏所导致的。我们的实验结果说明,胆红素能在相对较长的时间对神经系统产生抑制作用,更重要的是,它还有可能通过抑制LTP的形成而影响儿童的学习、记忆能力,这一结论提示,有必要对患高胆红素血症的婴儿进行更为长期而细致的随访,尤其是对其学习、记忆能力进行全面的行为学调查,以便为制订合理的治疗方案提供依据。

    参考文献

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