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编号:10491744
牛磺酸及微量营养素对大鼠视网膜NOS表达及cGM P含量影响的研究
http://www.100md.com 《中国应用生理学杂志》 2000年第4期
     作者:糜漫天 朱俊东 韦娜 石元刚 黄国荣 郎海滨

    单位:第三军医大学营养卫生学研究室,重庆 400038

    关键词:牛磺酸;微量营养素;一氧化氮合成酶;环化鸟苷酸;视功能

    中国应用生理学杂志000415

    摘要 目的:探讨大鼠补充一定剂量牛磺酸及微量营养素后,能否通过影 响视感受器或视中枢NO合成酶(NOS)表达及第二信使(cGMP)合成,影响视觉信号传导。方法:Wistar大鼠随机分为三组,即对照组(正常饲料组)、实验1组(5倍需要量 组)和实验2组(10倍需要量组),喂养3周后,每组动物再随机分为光照组和暗适应组(平均照 度为3.03LX),以正常饲料喂养72 h,大鼠活杀取样,以放射免疫方法分析cGMP含量,NDP 组化染色检测NOS表达。结果:在暗适应条件下,视网膜光感受体细胞NOS表 达,视皮层、外侧膝状体、顶盖前区或海马cGMP含量增加,而在明适应状态下,NDP组化染 色浅淡,牛磺酸及微量营养素的干预则能明显增强暗适应条件下NOS的着色反应,增加光照 及暗适应条件下上述脑功能区cGMP含量。结论:不同的光适应状态下,NO S、cGMP在视觉感受器及视中枢的分布、表达及含量是不同的,牛磺酸及微量营养素能明显 增加暗适应条件下NO合成及cGMP含量。
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    中图分类号: R151.2;R339.14

    文章编 号:1000-6834(2000)04-0343-04

    INFLUENCES OF TAURINE AND MICRONUTRIENTS ON

    NITRIC OXIDE SYNTHASE EXPRESSION

    AND cGMP CONTENT IN RAT RETINA

    MI Man-tian ZHU Jun-dong WEI Na SHI Yuan-gang HUANG Guo- rong et al.

    (Department of Nutrition and Hygiene, Third Military Medical University, Cho ngqing 400038)
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    ABSTRACT Aim: To inverstigate the influence of taurine and micronutrients on vis ual signal transmission. Methods: Wistar rats were divi-ded into three groups, that is control group, experiment group 1 and experiment group 2, and fed for 3 weeks with normal diet, 5 times and 10 times doses of requirements of taurine, vitamin A, vitamin B, zinc and selenium, then each treatment grou p were divi-ded into light group and dark adaptation group. After feeding a nother 3 days in different environments with normal diet, all animals were killed and cGMP level and NOS expression were analysed in retina and retinogenicualte.Results:The NOS expression and cGMP contents of photoreceptor cells, vi sual cortex and retinogeniculate were increased in dark adaptation group compar ed with light group. Nutritional intervention could enhance the NOS staining in dark environment, increased the cGMP contents whether light or dark condition. Conclusion: The distribution, expression and content of NO and c GMP are quite different in various light adaptation status. Taurine and micronu trient intervention may modurate the visual signal transmission or vision functi on mediated by the changes of NO or cGMP.
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    KEY WORDS: taurine; micronutrinet; nitric oxide syn thase; cycle GMP; vision function

    光的信号转导机制及其影响因素较为复杂,随着视觉生理研究的不断深入,发 现C a2+、cGMP、GTP结合蛋白(Gt蛋白)、NO以及某些氨基酸类的神经递质参与光信号的传 导及调节[1]。应用膜片钳技术发现,处于视网膜光感受器外段膜盘上视色素的激 活和外段膜离子通道的变化之间,由cGMP而非Ca2+介导,现认为cGMP是调节视网膜视 觉信息传导的主要介质,且证实鸟苷酸环化酶(GC)的亚铁原卟淋基团为NO的作用靶,NO活化 GC后通过NO:GC:cGMP调节系统影响视功能。在明视和暗适应条件下,NO可能参与视网膜神 经元回路在不同适应状态下活动的变化[2~4]。多项研究显示,牛磺酸与视觉感受 器发育及视觉信号传导有关[5],它能提高离体视网膜和分离的视杆外段在低Ca 2+环境下ATP依赖的Ca2-的摄取,另外某些B族维生素,VA、微量元素Zn、Se等除 与视觉感受器发育有关外,还能影响视色素合成、视觉信号传递相关物质在视网膜神经元中 的贮存与释放以及神经冲动传导等。本研究旨在深入探讨大鼠补充一定剂量牛磺酸及微量营 养素后,能否通过影响视感受器或视中枢NO合成酶(NOS)表达及第二信使(cGMP)合成进而对 视功能,尤其是夜视功能起调节作用。
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    1 材料与方法

    1.1 材料

    cGMP放射免疫分析试剂盒(购自上海第二医科大学核医学教研室),NADPH、NBT(Sigma公司产 品),牛磺酸(购自北京世纪保健公司)。

    1.2 方法

    1.2.1 实验动物及分组 本校实验动物中心繁殖Wistar大鼠,平均体重(120±20 g),先适应喂养1周后,动物随机分 为三组:(1)对照组(正常饲料组);(2)实验1组(5倍需要量组);实验2组(10倍需要量组)( n=20)。雌雄各半,单笼喂养,大鼠自由进食和饮水。喂养4周后,每组动物再随机分为两 组,雌雄各半,一组为光照组(白天室内自然光照,夜间开40W日光灯照)。另一组为暗适应 组(平均照度为3.03LX),以正常饲料喂养72 h,大鼠活杀取材,分别做NDP组化学染色和cG MP含量测定。
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    1.2.2 大鼠饲料配方 基础饲料按AOAC配方,实验Ⅰ组、Ⅱ组饲料配方系在基础饲料基础上,分别添加大鼠5 倍和 10倍需要量的VA、VB1、VB2、VPP、Zn、Se及牛磺酸。牛磺酸添加的基础量参照韩晓滨0 .12g/100饲料进行。

    1.2.3 NDP组化染色 4%多聚甲醛固定的眼球,冰冻切片,切片入0.1 mol/L PB(pH 8.0,含0.3%,Triton X-1 00)漂洗数次,置于1 mmol/L NBT,1.2 mmol/L NADPH孵育液中孵育30~60 min,终止反应, 进而脱水、透明、固定。

    1.2.4 cGMP放射免疫分析 大鼠断头后快速剥离脑组织,分别取视皮层、海马、外膝体和顶盖前区等四个部位组织块, 用滤纸吸干后称重,置醋酸缓冲液中匀浆,加一定量无水乙醇、离心、沉淀用75%乙醇洗涤 ,合并上清,60℃烤箱烘干,加1 ml醋酸液缓冲溶解。按试剂盒说明书测量cGMP含量。
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    2 结果

    2.1 明视及暗视条件下大鼠网膜NOS表达及营养干预的效应

    NDP组化分析显示NO合成酶(NOS)表达,暗视条件下,视网膜光感受体细胞内节段、外核层、 水平细胞和神经节细胞均被深度染色,而在明适应状态下,上述部位显色较浅淡。营养干预 后,能明显增强暗适应条件下NOS的着色反应,而对光照条件NOS着色无明显影响(图1~4)

    Fig.1 NOS histochemistry stain in light ( ×400)

    Fig.2 NOS histochemistry stain in dark ( ×400)

    Fig.3 NOS histochemistry stain after nutritio nal intervention in light (×400)
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    Fig.4 NOS histochemistry stain after nutritio nal intervention in dark (×400)

    2.2 牛磺酸及微量营养素对不同光适应状态下脑组织视功能区及海 马cGMP含量的影响

    无论是视皮层,还是视觉信号传递中转站外侧膝状体,顶盖前区或海马组织,cGMP含量在暗 适应条件下是明显升高的,而5倍、10倍剂量的牛磺酸及多种微量营养素的干预则能增加光 照及暗适应条件下上述脑区的cGMP含量(表1)。

    Tab.1 Effects of taurine and micronutrients on cGMP

    content in r at brain (±s,pmol/mg tissue,n=8) Group
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    Light condition(pmol/mg tissue)

    Dark condition(pmol/mg tissue)

    Visual

    cortex

    Hippocampus

    Retinogeniculate

    Optictectum

    Visual

    cortex

    Hippocampus

    Retinogeniculate
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    Optictectum

    Control

    group

    34.59±4.66

    11.66±1.58

    97.29±18.90

    48.98±6.43

    41 .71±2.31

    16.05±2.43*

    127.17±13.4*

    52.38±4.04
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    Experiment

    group 1

    34.79±3.18

    13.73±1.71

    118.36±21.65

    65.0±11.70 #

    51.06±4.84*#

    20.51±1.49#

    145.21±7.22#

    62.38±8.71#
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    Experiment

    group2

    41.05±6.88#

    17.27±2.03#

    114.50±10.19

    69.20±15.93#

    55.25±5.32*#

    21.52±1.50*#

    154 .79±5.21*#

    64.78±7.42*#
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    * P<0.05, vs light group;# P<0.0 5,vs control group

    3 讨论

    一氧化氮(NO)是易于扩散的生物信使分子、具有广泛的中枢调节功能,HADPH一黄地酶(NOS) 是NO合成的关键酶,因此常采用NOS染色来间接反映内源性NO合成[6]。研究发现, NO对视觉信号传递有重要影响。在哺乳动物视网膜,NOS主要定位分布于无长突细胞、光感 受器内段、水平细胞,其分布因适应状态而异,在NO供体存在时,光感受器cGMP含量增加。 实验显示,谷氨酸可增加视网膜内层cGMP含量,原因可能是内源性NO释放增加所致,而NOS 抑制或GABA和甘氨酸则通过诱导NO释放,降低双极细胞cGMP含量,但在视杆光受体细胞内节 段、胞体,上述变化则相反,在NOS抑制剂或GABA/甘氨酸存在时,cGMP显著增加[3] 。现发现,在暗中cGMP保持较高水平,cGMP与外段的阳离子通道结合,使之保持开放,Na +、Ca2+、和Mg2+持续地进入外段,形成暗电流,而光量子使视紫红质生色 基团异构化,进而经一种转导蛋白Gat作用,磷酸二酯酶活化,使胞浆中cGMP降低,c GMP门控通道关闭。
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    在光照停止后发生一系列失活过程。目前认为NO:GC:cGMP是调节视觉信号传递的关键环路 ,NO在视网膜多位点的分布,以及明视、暗视条件下NO内源性合成与释放 ,cGMP水平的变化,提示NO、cGMP在视觉信号加工、传递中的重要作用。本研究显示,在暗 适应条件下,视网膜的光感受体细胞内节段、外核层、水平细胞和神经节细胞NOS表达增加 ,而在明适应状态下,上述部位NDP组化染色浅淡,牛磺酸及微量营养素的干预则能明显增 强暗适应条件下NOS的着色反应,对光照条件NOS表达量无明显影响。实验还证实,无论是视 皮层,还是视觉信号传递中转站外侧膝状体[7],顶盖前区或海马组织,其cGMP含 量在暗适应条件下是明显升高的,而牛磺酸及微量营养素干预后则能增加光照及暗适应条件 下上述脑功能区cGMP含量。该研究进一步表明NO、cGMP是调节视觉信号传递的重要介质,在 不同的光适应状态下,其在视觉感受器及视中枢的分布、表达及含量是不同的,牛磺酸及微 量营养素能明显增加暗适应条件下NO合成及cGMP含量。Koch等人采用电生理记录研究显示, 无论是外源性NO,还是内源性合成的NO,对哺乳动视网膜视杆细胞、水平细胞和双极细胞均 有神经调节作用,且认为NOS的活性有赖于NADPH、FAD、FMN的存在。NOS活性足以激活内源 性GC,从而使cGMP合成增加,而已知NADPH、FAD、FMN来源于VPP、VB2[8]。新近 的资料还认为,牛磺酸可开放cGMP门控通道,进而调节光转导功能[2]
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    上述研究提示,牛磺酸及微量营养素一方面通过影响NOS酶表达及活性变化,NO及cGMP合成 ,影响视觉信号、尤其是视杆通路信号传导,另一方面可能还通过某些直接或间接途径对视 觉信号传导起调节作用。有关详细分子机制尚待进一步探讨。

    基金项目:军队“九五”科研基金资助课题(J96-2-4)

    作者简介:糜漫天(1964-),男,教授,博士,贵州毕节人,主要从事营 养、免疫与肿瘤及特殊营养方面的研究。

    4 参考文献

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    [3] Gotzes S,de Venti J,Muller F.Nitric oxide modulates cGMP levels in neuron s of the inner and onter retina in opposite ways[J]. Vis Neurosci,1998,15 (5):45-55.

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    收稿日期:2000-05-29

    修回日期:2000-08-14, 百拇医药