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编号:10240701
偏心旋转刺激下大鼠前庭核c-fos表达的观察
http://www.100md.com 《航天医学与医学工程》 2000年第2期
     作者:刘志强 裴静琛 王林杰 黄增明 童伯伦 古华光

    单位:航天医学工程研究所,北京 100094

    关键词:运动病;前庭刺激;c-fos;基因表达

    航天医学与医学工程000212摘要: 目的 观察偏心旋转刺激下前庭核早期即刻基因c-fos的表达特征和抗运动病药物对这种表达的影响。 方法 取SD大鼠19只分为对照组、旋转组、药物组三组。旋转组用偏心旋转刺激方式刺激60 min;药物组在偏心旋转刺激前45 min腹腔注射抗运动病药物盐酸扁桃桥哌酯(PAPM);对照组不进行旋转刺激。用免疫组化法和图象分析技术对大鼠脑干前庭神经fos蛋白含量变化进行定量、定位测定。 结果 偏心旋转刺激后前庭核团细胞核中fos蛋白含量明显增加,而PAPM并不影响fos蛋白的表达。 结论 前庭核的c-fos表达是前庭神经系统对外界刺激应答的一种方式;且这种表达不直接参与运动病的发生和发展。
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    中图分类号:R338.3;R852.33 文献标识码:A 文章编号:1002-0837(2000)02-0132-04

    c-fos Expression in Rat’s Vestibular Nucleus Under Eccentric Rotational Stimulation.

    LIU Zhi-qiang,PEI Jing-chen,WANG Lin-jie,HUANG Zeng-ming,TONG Bo-lun,GU Hua-guang.

    Abstract: Objective To investigate the c-fos expression in rat’s vestibular nucleus under eccentric rotational stimulation and the effects of anti-motion sickness drug(PAPM) on this expression. Method 19 SD rats were divided into three groups: A,B and C.A received as control. B was stimulated by eccentric rotation for 60 minutes. C received injection of PAPM through cavun abdominis 45 min before eccentric rotation. Immunohistochemical method and computerized image analysis were used to map locations of c-fos protein appeared in four vestibular nucleus and to count the masculine cells. Result c-fos protein appeared in four vestibular nucleus areas after stimulation, and PAPM had no influence on this expression. Conclusion It suggests that c-fos expression in vestibular nucleus is one of the important way in which vestibular nervous system reacts to outside stimulation and this expression has no direct relationship with the generation and development of motion sickness.
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    Key words:motion sickness;vestibular stimuli;c-fos;gene expression

    运动病是航空航天医学及旅游医学等领域中普遍存在的问题。对于运动病机理目前尚未清楚。因此,有人试图从基因表达方式方面寻找更多的证据。原癌基因c-fos是目前研究最多的即刻早期基因之一,各种各样的刺激均能诱发相应部位c-fos的表达,如皮层特定区域的电刺激[1,2]、光刺激[3]、毒药物刺激[4]以及癫痫发作等。为此,我们采用大鼠偏心旋转刺激模型,用免疫组化和计算机图象分析技术,观测c-fos基因表达产物fos核蛋白在前庭核内的分布,初步探讨前庭刺激状态下c-fos基因表达的调控机制和新型抗胆碱能药物盐酸扁桃桥哌酯(PAPM)对这种表达的影响。

    方 法

    实验对象 SD大鼠19只,雄性,由军事医学科学院实验动物中心提供。随机分成3组:对照组(A):腹腔注射生理盐水1.5 ml,动物6只。旋转组(B):腹腔注射生理盐水1.5 ml,偏心旋转刺激,动物8只。药物组(C):腹腔注射PAPM,1.5 mg/kg,偏心旋转刺激,动物5只。
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    实验试剂 fos蛋白抗体、ABC复合物由中山药剂公司提供。

    实验步骤

    前庭刺激方法 动物腹腔给药45 min后将其置于10 cm×10 cm×10 cm鼠笼中,自由活动,鼠笼固定于距离转椅(日本)中心10 cm处,以10°/s加速至200°/s,匀速旋转3 min后突停,休息30 s, 然后反向加速,顺、逆时针交替进行,刺激时间60 min。

    动物取材 转椅刺激完毕后立即将动物用1%戊巴比妥钠(40~50 mg/kg)深麻醉,经心插管至升主动脉,依次灌注生理盐水200 ml、4%的多聚甲醛固定液300 ml(45 min内灌完),断头取脑,再用4%的多聚甲醛固定液固定4 h,放入含30%蔗糖的PBS保存液中过夜,准备进行免疫组化法测定fos蛋白。

    免疫组化法 将固定后的组织在-70℃的温度下骤冷,用冷冻切片机在脑干连续切片;切片放培养皿中,依次用0.1 mmol/L PBS(pH7.5)冲洗3次,0.3%Triton,30 min,37℃;10 mmol/L PBS(pH7.5)冲洗3次,正常羊血清中(5%)30 min,37℃;兔抗fos血清(1:100稀释)室温反应1 h后,4℃过夜;0.1 mmol/L PBS冲洗3遍;0.3过氧化氢封闭;0.1 mmol/L PBS冲洗3次;羊抗兔IgG(1:200)常温1 h,0.1 mmol/L PBS冲洗3次;加入ABC复合物,室温下1 h,0.1 mmol/L PBS冲洗3遍;于二氨基联苯胺(DAB)中显色。切片经脱水透明,封片后,采用计算机图像分析仪对标本的阳性反应细胞进行计数。
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    结 果

    经免疫组化染色后,免疫阳性反应的神经元核为深染的棕褐色,呈圆形或椭圆形,胞质不着色。实验表明,大鼠偏心旋转刺激60 min后(B、C组)脑干前庭上核( SuVe) 、前庭下核( SpVe) 、前庭外侧核( Lve)以及前庭内侧核团( Mve)细胞呈强阳性反应(图1、2、3),且两组之间无显著性差异(表1)。对照组(A组)未发现阳性细胞。

    图1 对照组大鼠前庭核(以内侧核为例)未发现fos蛋白表达

    Fig.1 No fos protein has been found in A group of rat's vestibular nucleus
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    图2 旋转组大鼠前庭核(以内侧核为例)fos蛋白表达强烈,阳性细胞核呈圆形或椭圆形褐色颗粒

    Fig.2 Strong fos protein expression has been found in B group of rat's vestibular nucleus,masculine cell nucleus performed as circular or elliptical brown spots

    图3 药物组大鼠前庭核(以内侧核为例)fos蛋白表达强烈,阳性细胞核呈圆形或椭圆形褐色颗粒

    Fig.3 Strong fos protein expression has been found in C group of rat's vestibular nucleus,masculine cell nucleus performed as circular or elliptical brown spots
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    讨 论

    fos蛋白是由即刻早期基因(IEG)c-fos编码,由第二信使诱导的一种核蛋白。这种特定的蛋白质在胞浆内合成后又进入细胞核内,发挥信使作用。 c-fos及其表达已经被广泛地作为神经细胞兴奋的标志物。虽然它不属于传统上经典的电生理传导范畴,但其检测细胞内第二信使的水平远比简单的电生理学方法精确[6]。c-fos mRNA的产物fos蛋白的产生,反应了细胞膜上的短期信号变化转变为长期的生化变化的机制,这些机制包括新蛋白的合成、机体对环境变化应答所产生的适应或代偿反应的建立[5]等。正常情况下机体IEG仅有极低水平的表达或无表达,在受刺激的情况下可以迅速短暂地表达。近年来,IEG的表达在前庭功能研究方面的应用十分广泛,利用多种前庭刺激手段如单侧迷路破坏术[6,7]、 旋转刺激[8]、药物[9]等诱发c-fos的表达,围绕前庭神经系统的几个传导通路来探讨前庭各器官之间的相互联系及功能定位。
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    表1 偏心旋转刺激下大鼠前庭核c-fos阳性表达(个/mm2±s)

    Table 1 C-fos expression in rat,s vestibular nucleus under eccentric rotational stimulation±s) groups

    n

    Mve

    SuVe

    SpVe

    Lve
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    a

    6

    0

    0

    0

    0

    b

    8

    44.86±16.20

    24.63±11.75

    36.75±10.82

    31.00±5.73

    c
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    5

    32.20±10.92

    16.20±5.26

    36.00±13.56

    21.00±10.37

    Note: A: control group B: rotational group C: rotational group injected PAPM

    本实验结果显示:大鼠偏心旋转刺激1h后(B、C组)脑干前庭上核( SuVe) 、前庭下核( SpVe) 、前庭外侧核( Lve)以及前庭内侧核团( Mve)细胞c-fos表达增强,提示c-fos表达确实参加了前庭核对外界刺激的反应。c-fos基因诱导表达在运动病的发生、发展过程中的生理意义,目前尚未得到完全阐明。但已经有人开展将运动病大鼠中枢神经系统的行为状态与细胞的分子信号通道联系起来这方面的工作[10]。我国研究者发现,运动病大鼠中枢神经系统中去甲肾上腺素含量下降,5-羟色胺含量上升,提出运动病可能是一种应激反应,与中枢觉醒成正相关。而去甲肾上腺素等神经递质是参与这种调控的活跃物质,同时去甲肾上腺素通过受体诱发大脑皮层c-fos表达已证实[11]。在偏心旋转刺激诱发运动病的大鼠中发现[12]:大脑皮质、脑干、和小脑皮质中c-fosmRNA和fos核蛋白含量均有增加,这与本研究结果相近。认为运动病发作时神经细胞间递质含量的改变和Ca2+内流等细胞内信使活动的同时引起c-fos基因快速转录和翻译,形成fos蛋白,fos与jun以“亮氨酸拉链”形成异源二聚体AP-1并结合到靶基因的TGACTA位点。Jabbar[10]认为,Fos/jun二聚体结合到DNA特殊位点上是最终激活MAP激酶的一系列蛋白激酶和PKC调控的重要环节。不同的蛋白激酶又受到二聚体组成成分以及与DNA结合状态的影响。这些蛋白激酶系统之间如何诱发运动病的确切关系尚待进一步研究。
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    另外,目前普遍认为有效的抗运动病药物如抗胆碱能药、拟肾上腺素药、抗肾上腺素药、抗组胺药有各种各样的副作用,使其应用受到限制。盐酸扁桃桥哌酯是防化院四所研制合成的一种新型抗胆碱能类药物,到目前为止已进行了其抗运动病效果的研究,发现其抗运动病效果好,保护率为80%,副作用不明显;而东莨菪碱的保护率为73%,且有明显的副作用;同时建立了其抗左旋综合症的动物模型。但对其抗运动病的机理及对中枢神经系统的影响尚缺乏深入的研究。本研究发现,抗运动病药物盐酸扁桃桥哌酯并不能影响c-fos的表达。说明盐酸扁桃桥哌酯抗运动病的作用部位并不在即刻早期基因表达的这一水平或环节,或者说前庭核c-fos的表达的增强,仅仅是前庭系统受到刺激的标志,是机体对外界刺激发生反应的表现,与运动病的发生没有直接的因果关系。

    目前需要回答的问题是前庭器官c-fos的表达的增强是不是机体对刺激应答必不可少的步骤。故下一步的工作是确定c-fos的神经化学;在相同刺激量下运动病敏感个体和不敏感个体c-fos表达有无差异;用局部注射c-fos反义低聚核苷酸阻滞c-fos的表达,是否能影响运动病的发生。
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    [参考文献]

    [1] Morgan JL, Curran T, Stimulus-transcription coupling in the nervous system: Involvement of the inducible pro-oncogens fos and jun[J].Annu Rev neurosci,1991,45:421~445

    [2] Sagar SM, Sharp FR, Curran T, Expression of c-fos protein in brain: Metabolic mapping at the cellular level[J]. Science,1980,240:1328~1331

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    [4] Hunt SP, Piti A, Evan G, Induction of c-fos-like protein in spinal card neurons following sensory stimulation[J]. Nature,1987,328:621~636

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    [6] Kaufman GD, Anderson JH, Beitz AJ, Brainstem fos expression following acute unilateral labyrinthectomy in the rat[J].Neuro,1992:3,829~832
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    [7] Kaufman GD, Perachio AA, Translabyrinth electrical stimulation for the induction of immediate-early genes in the gerbil brainstem[J]. Brain Res,1994,646:345~350

    [8] Kaufman GD, Anderson JH, Beitz AJ, Fos-defined activity in rat brainstem following centripetal acceleration[J]. J-Neurons,1992,11:4489~4450

    [9] Carsten E, Saxe I, Brainstem neurons expressing c-fos immunoreactivity following irritant chemical stimulation of the rat,stongue[J]. Neurosci,1995,69:939~953
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    [10] Jabber SA, Hoffbrand AV, Derect in signal transduction pathways in chronic B lymphocytic leukemia cell[C]. Leuk Lymphoms,1995,18:163~173

    [11] Bing G, Stone EA, Zhang Y, Immunohistochemical studies of noradrenergic-induced expression of c-fos in the rat CNS[J]. Brain Res,1992,592:57~62

    [12] LIU Zhi-qiang,PEI Jing-chen,KAN Guang-han.The use of c-fos expression in vestibular function investigation[J].Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(5):381~385

    刘志强,裴静琛,王林杰等.c-fos表达的检测在前庭功能研究中的应用[J].航天医学与医学工程,1999,12(5):381~385

    收稿日期:1999-07-21, 百拇医药