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编号:10268573
三种神经活性物质对离体豚鼠耳蜗外毛细胞内游离钙浓度的影响
http://www.100md.com 《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》 1998年第5期
     作者:杨军 汪吉宝 韦顺会

    单位:430022 武汉 同济医科大学协和医院耳鼻咽喉科(杨军、汪吉宝);华中理工大学生物物理所电信系细胞信使实验室(韦顺会)

    关键词:钙;;耳蜗;;毛细胞;外;;乙酰胆碱;;卡巴胆碱;;腺苷三磷酸;;FURA-2

    中华耳鼻咽喉科杂志980508 【摘要】 目的 研究神经活性物质对耳蜗外毛细胞内游离钙离子浓度([Ca2+]i)的影响。方法 应用显微荧光测钙技术检测豚鼠耳蜗离体外毛细胞[Ca2+]i在加入乙酰胆碱、ATP、碳酰胆碱之后的变化。结果 在含钙的细胞外液中,乙酰胆碱、ATP和碳酰胆碱均可引起[Ca2+]i升高,幅度分别为(0.74±0.129) μmol/L(乙酰胆碱),(0.65±0.11) μmol/L(ATP), (1.16±0.27) μmol/L(碳酰胆碱);而细胞外液中无钙时,ATP仅可引起缓慢而小幅度(0.18±0.05) μmol/L的[Ca2+]i升高。结论 同属胆碱能毒蕈碱受体激动剂的乙酰胆碱和碳酰胆碱可作用于受体,打开离子通道,使细胞外Ca2+进入细胞内,导致外毛细胞[Ca2+]i升高;细胞外液有Ca2+时,ATP引致的[Ca2+]i升高,可能是因为引发了内向的Ca2+流,细胞外液无Ca2+时,[Ca2+]i升高则可能源于细胞内钙库的释放。
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    Effects of neuroactive substances on intracellular free Ca2+ concentration in isolated outer hair cells of the guinea pig cochlea Yang Jun*,Wang Jibao, Wei Shunhui.*Union Hospital,Tongji Medical University,Wuhan 430022

    【Abstract】 Objective To measure the effects of neuro-active substances on intracellular free Ca2+ concentration ([Ca2+]i)in isolated outer hair cells(OHCs)of the guinea pig cochlea. Methods The fura-2 microfluorimetry was used to measure changes of [Ca2+]i in OHCs of the guinea pig cochlea after application of acetylcholine, ATP and carbacholine. Results Acetylcholine,ATP and carbacholine increased [Ca2+]i (acetylcholine: 0.74±0.12 μmol/L, ATP: 0.65±0.11 μmol/L, carbacholine: 1.16±0.27 μmol/L) in OHCs in the presence of extracellular Ca2+. In the absence of extracellular Ca2+,however,only ATP induced a gradual and small [Ca2+]i elevation,whereas other substances did not. Conclusion Acetylcholine and carbacholine, the cholinergic mascarinic agonists, increased [Ca2+]i in OHCs by acting at receptor-induced ion channel resulting in Ca2+ efflux. ATP-induced elevation of [Ca2+]i without Ca2+ in extracellular medium is due to a release of Ca2+ from an intracellular reservoir.
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    【Key words】 Calcium Cochlea Hair cells,outer Acetylcholine Carbacholine ATP Fura-2

    耳蜗毛细胞内游离钙离子浓度([Ca2+]i)的改变与毛细胞的许多重要生理功能有密切的关系,如声电转换、耳蜗的频率选择性、基底膜振动的非对称性及非线性响应、传出神经对内耳功能的调控等,而一些神经递质和耳蜗内的活性物质对毛细胞的直接作用则是完成这些生理功能的条件之一。为研究耳蜗内神经活性物质对耳蜗外毛细胞内[Ca2+]i的影响,我们应用显微荧光测钙技术对离体豚鼠耳蜗外毛细胞的[Ca2+]i变化进行分析,报道如下。

    材料和方法

    一、细胞制备

    选用250~300 g的健康杂色豚鼠15只,雌雄不限。快速将动物断头,取出双侧听泡,置入D-Hank液中,在解剖显微镜(Olympus, ×15)下,打开听泡,剔除蜗壳,离断蜗轴,然后将其放入0.25%的Ⅳ型胶原酶溶液(Sigma,美国,D-Hank液配制)中,在细胞培养箱中,37 ℃孵育15 min。完成消化后,用D-Hank液冲洗3次,将蜗轴移入含500μL改良Eagle培养基(Dulbecco modified Eagle medium,DMEM,Gibco,美国)或D-Hank液的Petri培养皿中,平皿的盖玻片上预先涂有多聚赖氨酸(Sigma,美国),用自制的细钢针钩下基底膜,应用吹打技术分离,制得细胞悬液。
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    二、Fura-2AM孵育

    待分离的细胞贴壁后,加入2μmol/L的荧光离子探针Fura-2AM(molecular probes, Eugene,美国),在细胞培养箱中37℃避光孵育30~50 min。孵育后用DMEM或D-Hank液冲洗3遍以终止孵育。

    三、仪器与实验步骤

    采用75W的氙光源(TIL Lphotonics,德国)作为荧光激发光源,该光源通过一可程控转角的光栅反射后,成为单色光源,通过计算机可以选择不同波长的单色光(380 nm或345 nm),经过一段光纤导入屏蔽罩,通过倒置荧光显微镜(Zeiss Axiovert 100,德国)的激发荧光通路,由分光镜反射后经Plan Neofluar 物镜聚光后照射贴附于盖玻片上的细胞上。当激发光波长为345 nm时,Fura-2的荧光强度随[Ca2+]i的升高而升高;激发光波长为380 nm时,Fura-2的荧光强度随[Ca2+]i的升高而降低。细胞内被激发出的荧光通过物镜、500 nm的带通滤光片和光阑进入光电倍增管。记录范围由光阑限制在直径为18 μm的圆圈内。光电倍增管的输出信号经10 kHz的频率采样由计算机(Apple Macintosh Quadra 650,美国)处理,使用Pulse软件中附加的x-Chart软件,由激发光波长为345 nm时Fura-2的荧光强度与激发光波长为380 nm时Fura-2的荧光强度比值的变化推算出[Ca2+]i的变化[1]
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    在倒置荧光显微镜下选择活性良好的经Fura-2AM孵育的单离外毛细胞,分别用微量加样器将乙酰胆碱、ATP、碳酰胆碱(Sigma,美国,均用D-Hank液配置)滴加到平皿中的所选细胞上方,观察外毛细胞的Fura-2荧光强度变化。每次加药前均用DMEM或D-Hank液换细胞外液。测钙试验均在室温下(25~30℃),分离细胞后3h内完成。

    四、试验用溶液

    将DMEM 作为有Ca2+组的Fura-2AM 的孵育液和细胞外液,D-Hank液作为无Ca2+组Fura-2AM 的孵育液和细胞外液,用1 mol/L KOH将溶液pH值调至7.4,渗透浓度为300 Osmmol/L。

    结果

    一、乙酰胆碱对外毛细胞[Ca2+]i的影响
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    DMEM为细胞外液时,100 μmol/L的乙酰胆碱(此为加药后平皿中乙酰胆碱的最终稀释浓度,以下同)作用于外毛细胞,[Ca2+]i迅速上升,幅度为(0.74±0.12) μmol/L(n=10),经4s回到静息水平(图1)。

    图1 在DMEM中100 μmol/L 乙酰胆碱对1个外毛细胞内[Ca2+]i的影响

    D-Hank液作为细胞外液时,在所测的8个外毛细胞中,对100 μmol/L的乙酰胆碱均无反应。

    二、ATP对外毛细胞[Ca2+]i的影响

    DMEM为细胞外液时,100 μmol/L 的ATP引 起 [Ca2+]i立即升高,变化幅度为(0.65±0.11) μmol/L(n=10),达到峰值后,经8s回到静息水平(图2)。
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    图2 在DMEM中100 μmol/L ATP对1个外毛细胞内[Ca2+]i的影响

    当细胞外液为D-Hank's液时,100 μmol/L的ATP作用于外毛细胞,[Ca2+]i缓慢上升(约8s),幅度较外毛细胞在DMEM中时减小,为(0.18±0.05) μmol/L(n=10),约70s回到静息水平。

    三、碳酰胆碱对外毛细胞的[Ca2+]i的影响

    碳酰胆碱(也译为卡巴胆碱)是胆碱能毒覃碱受体(M受体)激动剂,当细胞外液为DMEM时,100 μmol/L的碳酰胆碱作用于外毛细胞,[Ca2+]i迅速升高,幅度为(1.16±0.27)μmol/L(n=8),约6s回到静息水平(图3)。
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    图3 在DMEM中100 μmol/L的碳酰胆碱对1个外毛细胞内[Ca2+]i的影响

    讨论

    耳蜗中存在哪些神经活性物质,包括传出神经纤维释放哪些递质,局部微环境中有哪些活性物质,以及它们作用于细胞后引起的效应,一直是近年来内耳生理学研究的热点之一。为研究耳蜗内乙酰胆碱、ATP、碳酰胆碱对外毛细胞内[Ca2+]i的影响,我们应用了显微荧光测钙技术。该技术采用Fura-2AM作为Ca2+的染色剂,Fura-2AM是Fura-2的乙酰氧基甲酯,不带电荷可穿透细胞膜,不能与离子结合,装载(loading)进入细胞内以后,被非特异性酯酶分解,转化为Fura-2,后者与胞内游离Ca2+结合,在特定波长光的激发下可发出荧光。

    乙酰胆碱可能是耳蜗内最主要的传出神经递质。本实验显示,在含Ca2+的DMEM细胞外液中,在100 μmol/L乙酰胆碱的作用下,外毛细胞中[Ca2+]i升高。其机制可能是乙酰胆碱作用于位于外毛细胞底部的乙酰胆碱受体[2],引起一个内向的Ca2+[3]。Ca2+进入细胞后触发一个Ca2+依赖的K+通道,引致外向K+流,使细胞超极化,Ca2+在这一反应中可能起到了重要的第二信使作用。当以不含Ca2+的D-Hank液为细胞外液时,外毛细胞[Ca2+]i不升高,说明乙酰胆碱的反应是Ca2+依赖性的。本实验中,与乙酰胆碱同属胆碱能毒覃碱受体激动剂的碳酰胆碱可引起[Ca2+]i升高,支持外毛细胞上存在M型受体的观点[4]
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    ATP在耳蜗中的来源不详。有实验证实,当ATP施加于外毛细胞表皮板附近时,引出的内向电流最大[2]。所以ATP可能不是由传出神经末梢释放的。本实验发现,在含Ca2+细胞外液中,ATP可引起外毛细胞中[Ca2+]i快速升高,这可能是由于ATP开启了细胞顶部的P2X型配体门控离子通道,使Ca2+内流所致[5]。在无Ca2+液中,[Ca2+]i缓慢而小幅度的升高,则可能是由于ATP作用于P2YR-G蛋白-磷酯酶C系统,引起胞内钙库的释放所致[6]

    参考文献

    1 徐涛,刘乃江,康国新,等.细胞膜离子通道电流及胞内游离钙离子浓度的同时定量检测.武汉大学学报(自然科学版),1995,(生物物理学专刊Ⅱ):24-28.
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    2 Yamamoto T, Kakehata S, Yamada T, et al. Caffeine rapidly decreases potassium conductance of dissociated outer hair cells of guinea-pig cochlea. Brain Res, 1995,667:89-96.

    3 Fuchs PA, Murrow BW. Cholinergic inhibition of short(outer) hair cells of the chick's cochlea. J Neurosci,1992,12:800-809.

    4 Shigemoto T,Ohmori H. Muscarinic agonists and ATP increase the intracellular Ca2+ concentration in chick cochlear hair cells. J Physiol,1990,420:127-148.
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    5 Housley GD, Greenwood D, Ashmore JF. Localization of cholinergic and purinergic receptors on outer hair cells isolated from the guinea-pig cochlea. Proc R Soc Lond,1992,249:265-273.

    6 郗昕,姜泗长.传出神经递质ACh及耳蜗活性物质ATP对耳蜗外毛细胞的作用.生理科学进展,1996,27:331-334.

    (收稿:1998-01-14 修回:1998-07-02)

    消息

    中国人民解放军总医院举办国际学术研讨会通知

    中国人民解放军总医院耳鼻咽喉科研究所与美国纽约州立大学聋病及听力中心共同举办,西门子听力集团独家协办题为:“感音神经性聋诊断防治和康复研究的进展”国际讲习研讨会拟定于1999年5月下旬在北京云岫山庄举行,现就有关事宜通知如下。
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    会议规模:国际(美,英,法,芬兰和日本等)知名教授15~20名,国内知名教授和各大中型医院的正,副主任约150人。

    征文内容:噪声聋、耳毒药物、听神经病变、听觉和听力学的最新研究,听觉系统客观测听,助听器等,文体不限。请提供全文1份及中英文摘要(400字左右)各2份,加盖单位公章。

    会期为5天;收费标准:大会负责正式代表的食宿,会务费600元,往返路费自理。投稿请寄:1000853 北京复兴路28号301医院耳研所 翟所强,请在信封上注明“国际研讨会征文”字样;截稿日期:1998年12月底。咨询电话:010-66939792 010-66936752 E-Mail:zhaisq@plagh.com.cn

    (收稿:1998-08-14), 百拇医药