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编号:10206853
乙醇对伏核神经元电活动的影响及与内源性阿片肽的关系
http://www.100md.com 南京医科大学学报 2000年第1期第20卷 论著
     作者:李晓璐 裴曙光 袁孝如

    单位:李晓璐(南京医科大学第一附属医院神经外科研究室);裴曙光 袁孝如(生理学教研室,南京 210029)

    关键词:伏核;脑片;乙醇;纳洛酮;细胞外记录

    南京医科大学学报000104

    摘 要 目的 观察乙醇对伏核神经元电活动的影响,探讨乙醇的中枢作用机制及与内源性阿片肽的关系。方法 制备大鼠伏核脑片,采用细胞外记录。结果 (1)单独灌流乙醇(0.2 μmol/L)使神经元放电频率先增加后降低,并可被Nal(0.2 μmol/L)翻转。(2)联合灌流阿片受体特异性激动剂DAGO、U-50、D-PEN(0.5 μmol/L)和乙醇,神经元抑制程度增强,以DAGO最为显著。结论 乙醇抑制伏核神经元电活动,该效应与内源性阿片肽系统特别是μ受体有关。
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    中图号 R338.1

    Effects of Ethanol on Neuronal Activity of Rat Nucleus Accumbens Slices and It′s Interactions with Endogenous Opiate Peptides

    Li Xiaolu Pei Shuguang Yuan Xiaoru

    (Department of Neurosurgery, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing 210029)

    Abstract Objective The effects of ethanol (0.2 μmol/L) on the spontaneous electrical activity in the neurons of slice preparation of the nucleus accumbens septi (NAcc) was investigated. Methods Use extracellular recording.Results (1) In response to the application of ethanol into the superfusate for 10~15 min, spontaneous discharge rate (SDR) of 25 neurons was increased significantly, then, it was decreased (P<0.01). This decreasing responses could be reversed by 0.2 μmol/L opiate antagonist naloxone (Nal), which suggests ethanol may exert some effects through interactions with endogenous opiate peptide systems of their receptors. (2) Following the application of DAGO, U-50 and D-PEN for 5~10 min respectively, the effect of ethanol might be reinforced. By statistical analysis of ANOVA, we conclude that the effect of DAGO, the selective μ opiate receptor agonist, is stronger than other two opiate receptor agonists. Conclusion (1) The spontaneous electrical activity of the NAcc neurons can be inhibited by ethanol. The effect of ethanol will be involved in endogenous opiate system. (2) It is possible that μ opiate receptor has the strongest effect on the ethanol inhibitory action.
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    Key words nucleus accumbens; brain slice; ethanol; naloxone; extracellular recording

    伏核(nucleus accumbens,NAcc)是与乙醇(ethanol,EtOH)依赖有关的重要核团[1,2],内含丰富的内源性阿片肽和密集的阿片受体。本研究采用离体脑片细胞外记录,观察乙醇对伏核神经元电活动的影响及其与内源性阿片肽系统的关系,在细胞水平探讨药物依赖的共同机制[3],为戒断药物的研制提供理论依据。

    1 材料和方法

    1.1 实验操作

    实验选用健康、雄性SD大鼠(95~120 g),在乙醚吸入麻醉下快速断头取脑,于4℃人工脑脊液(ACSF)中制成350~400 μm伏核冠状切片,孵育45 min(31~32℃,温差<1℃),恒速灌流ACSF(流速2 ml/min)。ACSF饱含95% O\-2和5% CO\-2,成分如下(mmol/L):NaCl 124; KCl 5; MgSO\-4*7H\-2O 1.3; KH\-2PO\-4 1.2; NaHCO\-3 26; CaCl\-2 2.4; Glucose 10。
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    1.2 神经元电活动记录

    玻璃微电极尖端(直径<1 μm, 2 mol/L NaCl冲灌,直流阻抗5 mΩ)插入前联合周围之伏核(冠状切面前囟前2.2~0.7 mm),特别是其腹侧部位,信号经微电极放大器、直流前置放大器放大后经A/D转换,输入计算机作序列-密度直方图,采样bin宽1 s。

    1.3 实验程序和分组

    每次实验,先找到自发放电单位,稳定15~20 min后,作为对照,然后灌流乙醇,观察神经元的反应。若放电频率增加或减少20%以上认为反应明显,反应后用ACSF冲洗,恢复或大致恢复到对照水平。实验分组:(1)单独灌流乙醇组(n=25):单独用乙醇(0.2 μmol/L)灌流伏核脑片,以观察乙醇对伏核神经元放电的影响,再于灌流液中加入Naloxone (Nal, 0.2 μmol/L),观察乙醇作用是否与内源性阿片肽系统有关。(2)乙醇-阿片受体特异性激动剂组:先分别用0.5 μmol/L μ、κ、δ阿片受体特异性激动剂DAGO(n=20)\,U-50(n=20)\,D-PEN(n=18)灌流伏核脑片5~10 min,再加入乙醇(0.2 μmol/L),以观察他们对乙醇的增强作用,最后观察Nal能否翻转他们和乙醇的共同作用。
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    1.4 药品和试剂

    无水乙醇(南京化学试剂厂产品);DAGO、U-50、D-PEN、Nal(Sigma公司产品);ACSF实验时新鲜配制。

    1.5 数据处理

    全部数据用±s表示,灌流前后的放电频率进行配对t检验,组间数据进行方差分析。

    2 结 果

    共观察37只脑片、83个神经元自发放电单位,放电形式多为低频不规则,平均放电频率(1.70±0.31) Hz。

    2.1 乙醇对神经元自发电活动的影响
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    灌流乙醇1~2 min内,25个神经元自发放电频率由(1.70±0.31) Hz增至(2.47±0.23) Hz(P<0.01),但5 min时平均放电频率降为(1.84±0.35) Hz,10 min后降至(1.00±0.49) Hz(P<0.01)。此时加入Nal(0.2 μmol/L), 5 min内平均放电频率恢复至(1.87±0.47) Hz(图1A)。图1B为25个神经元的统计学资料。

    图1 乙醇对伏核神经元电活动的影响

    2.2 阿片受体激动剂增强乙醇的抑制作用

    2.2.1 DAGO和乙醇(n=20)

    灌流DAGO后5 min内19个神经元放电频率
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    由(1.45±0.07) Hz降至(1.03±0.09) Hz(P<0.01)。

    1个神经元在给DAGO后,放电频率由1.27 Hz增至1.43 Hz,表现为阿片作用的失抑制现象。

    再加入乙醇,19个神经元(包括失抑制神经元)平均放电频率于5 min内降至(0.45±0.07) Hz(P<0.01)。此时若以0.2 μmol/L Nal灌流,15 min内平均放电频率未见明显改变,0.4 μmol/L Nal灌流10 min后,平均放电频率增至(1.50±0.11) Hz。仅有1个神经元给予乙醇后放电频率无明显改变。图2为20个神经元的统计学资料。

    2.2.2 U-50和乙醇(n=20)

    灌流U-50(0.5 μmol/L), 10 min时平均放电频率由(1.39±0.05) Hz降至(1.19±0.06) Hz(P<0.01)。再加入乙醇,10 min后平均放电频率降至(0.89±0.12) Hz(P<0.01), 15 min后为(0.31±0.10) Hz(P<0.01),同时,未观察到早期神经元短暂兴奋现象。用Nal(0.4 nmol/L)灌流,5 min可翻转上述反应。其中2个神经元无明显改变。图3为20个神经元的统计学资料。图5为3种阿片受体激动剂和乙醇协同作用的比较。
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    2.2.3 D-PEN与乙醇(n=18)

    δ受体特异性激动剂D-PEN(0.5 μmol/L)灌流,10 min后放电单位的平均放电频率由(1.70±

    0.22) Hz降低到(1.35±0.19) Hz(P<0.05)。再灌流乙醇,5 min时平均放电频率略增为(1.42±0.18) Hz,但无统计学意义,而10 min时降至(0.82±0.12)Hz(P<0.01), 15 min时为(0.34±0.08) Hz(P<0.01)。上述反应可被Nal(0.4 μmol/L)在5 min内翻转。图4为18个神经元的统计学资料。

    图2 DAGO增强乙醇对伏核神经元电活动的抑制作用,该作用可被Nal翻转(n=20) 图3 U-50增强乙醇对伏核神经元电活动的抑制作用,该作用可被Nal翻转(n=20)
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    图4 D-PEN增强乙醇对伏核神经元电活动的抑制作用,该作用可被Nal翻转(n=18)

    图5 3种阿片受体激动剂和乙醇协同作用的比较

    3 讨 论

    实验2.1中,伏核脑片单独灌流乙醇时,放电单位电活动都表现为先增强后抑制,这可以解释在行为学实验中[4],低剂量给予乙醇时,受试对象表现出程度不等的兴奋、震颤、交感神经系统活性增高,但随着浓度增加,逐渐出现精神抑制、癫痫发作甚至死亡。

    电生理学研究[5]表明乙醇可降低神经元动作电位和峰电位的幅度,延长反应的不应期。因此,乙醇的中枢作用可能牵涉到膜离子通道的改变,最终导致Na、K-ATP酶活性受到抑制[6],从而使神经元的能量代谢发生障碍。此过程中,早期的电活动增强是关键的启动因素。因为此时神经元细胞外的Na+大量内流,细胞内K+外流,细胞内处于低K+高Na+的去极化状态,Na、K-ATP酶对乙醇的敏感性增高[7],乙醇的中枢抑制作用增强。
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    实验1中,还观察到阿片受体拮抗剂Nal能迅速、有效翻转乙醇的效应,提示乙醇的中枢作用与内源性阿片肽系统有关,这与近年来许多药理学、生化学、行为学和临床研究结果一致[8,9]

    为进一步研究乙醇和各种阿片受体的关系,在实验2.2中,分别以同等浓度(0.5 μmol/L)的μ、κ、δ受体特异性激动剂DAGO、U-50、D-PEN和乙醇共同灌流,结果显示:在阿片肽存在的情况下,乙醇对伏核神经元电活动的抑制作用明显强于单独使用乙醇时,说明二者有正性协同作用。除统计学资料外,还有以下实验现象支持该结果:①联合灌流时,神经元电活动不表现单独灌流乙醇所特有的先兴奋后抑制的现象。②反应时间缩短。乙醇单独作用时,需10~15 min才能观察到神经元平均放电频率显著降低,而DAGO和乙醇共同作用时,5 min时即有95%的神经元表现出明显抑制(图2)。③Nal翻转剂量加倍。阿片肽存在时,0.4 μmol/L Nal方可翻转乙醇的抑制作用。

    比较3种阿片受体特异性激动剂对乙醇抑制作用的增强特性(图5),提示DAGO的协同作用最强(P<0.01),而U-50、D-PEN无显著差异,表明在3种阿片受体中,μ受体与乙醇作用的关系最为密切。
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    μ、κ、δ受体功能差异的原因可能是他们的分子结构、特性以及在特定脑区域的分布不同。

    实验1中1个神经元给予DAGO后放电频率增加,表现为对DAGO作用的失抑制,考虑可能与伏核内存在不同的神经元类型[10]有关。

    综上所述,乙醇可抑制伏核神经元电活动,并且该抑制效应与内源性阿片肽系统有关。且在3种阿片受体中,μ阿片受体与乙醇的协同作用最为密切。

    江苏省教委科研基金(9706)和江苏省科委自然科学基金(BK970527)资助项目

    参 考 文 献

    1,Harris RA, Brodie MS. Possible substrates of ethanol reinforcement: GABA and dopamine. The New York Academy of Science, 1992,16:61
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    2,Rassnicks S, Pulvirenti L, Koob GF. Oral ethanol self-administration in rats is reduced by the administration of dopamine and glutamate receptor antagonists into the nucleus accumbens. Psychopharmacology, 1992,109:92

    3,何晓龙.阿片受体分子的生物学研究.生理科学进展,1995,26:341

    4,Stefanie R, Luis S, George F. The effects of 6-hydroxydopamine lesions of the nucleus accumbens and the mesolimbic dopamine system on oral self-administration of ethanol in rat. Brain Research, 1993,623:16
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    5,Marco D, Marco P. Profound decrement of mesolimbic dopaminergic neuronal activity during ethanol withdrawl sydrome in rats: electrophysiological and biochemical evidence. Pharmacology Proc Natl Acad Sci USA, 1993,90:7966

    6,Swann AC. Membrane effects of ethanol in exitable cells. Rev Clin Basic Pharmacol, 1987,6:213

    7,Alan C, Swann MD. Ethanol inhibition active 86Rb+-transport: evidence for enhancement by sodium or calcium influx. J Pharmacol Exp Ther, 1990,254:864
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    8,Barret L, Bourhis F, Danel V, et al. Determination of β-endorphin in alcoholic patients in the acute stage of intoxication: relation with naloxone therapy. Drug Alcohol Depend, 1987,19:71

    9,Kalant H. Comparative aspects of tolerance to, and dependence on alcohol, barbiturates and opiates. MM Gross ed, Alcohol Intoxcation and Withdrawal. New York: Plenum Press,1977.169

    10,Yuan XR. Opioid peptides reduce synaptic transmission in NAcc. Neurosci Lett, 1992,134:223

    (1999-04-21收稿), http://www.100md.com