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发育早期大鼠海马脑片CA1区锥体神经元离子通道特征研究

郑小波  
【摘要】: [目的] 神经细胞膜离子通道的活动特性与神经元的功能直接相关,本论文研究发育早期4个周龄组(1w,2w,3w,4w)大鼠海马CA1区锥体神经元全细胞跨膜总电流、全细胞钠通道电流、全细胞钾通道电流、瞬时外向钾电流和全细胞钙通道电流的变化规律,包括激活、失活、失活后恢复等方面的特征变化,探索大鼠海马锥体细胞膜Na+, K+,Ca2+电压门控型离子通道发育的关键期,为研究学习记忆的发育提供支持。 [方法] 实验动物是出生后1w,2w,3w,4w,4个周龄组的SD大鼠,每组8只,分别制备海马脑片。应用膜片钳技术Axon 700B膜片钳系统记录脑片海马CA1区锥体神经元全细胞跨膜总电流、全细胞钠通道电流、全细胞外向总钾电流、瞬时外向钾电流和全细胞钙通道电流及其激活、失活等特性变化。应用Clampfit 10.2和Origin 7.5软件获取全细胞钠通道电流、瞬时外向钾电流和全细胞钙通道电流的I-V曲线,激活、失活、及失活后恢复动力学曲线,应用曲线拟合方法得到与之对应的半数激活电压、半数失活电压、斜率因子、失活后恢复时间常数等相关参数,进行统计学检验各组间是否存在差异。 [结果] 1.用发育早期4个周龄组大鼠制备的脑片活性良好,显微镜下海马区结构清晰,CA1区锥体神经元饱满、轴突明显、立体感强。 2.Na+通道:(1)随着周龄的增大钠通道电流的I-V曲线向左移动,钠通道最大电流密度增大,1w,2w,3w,4w组对应的最大电流分布密度(pA/pF)分别为:-139.89±9.47,-147.98±9.39,-229.20±15.42,-271.54±22.78。以生后2w至3w电流密度增大最为显著;(2)钠通道电流的激活曲线向复极化的方向移动,4个组对应的半数激活电压(mV)分别为:-44.65±0.39,-47.42±0.56,-54.79±0.61,-58.44±0.57;(3)失活后恢复时间缩短,4个组对应的恢复时间常数(ms)分别为:9.30±0.642,11.15±0.84,7.95±0.55,7.18±0.56;(4)失活动力学没有显著变化,4个组对应的半数失活电压(mV)分别为:-52.29±0.73,-51.98±0.94,-51.44±0.72,-49.65±0.73。 3.K+通道:(1)4个组全细胞瞬时外向钾最大电流密度随周龄增大而增大,1w,2w,3w,4w组对应的值(pA/pF)分别为133.11±14.36,182.10±8.55,212.80±15.98,235.86±14.60;(2)4个组半数激活电压(mV)分别为:6.25±2.38,10.88±1.71,5.31±2.46,2.690±2.75;(3)4个组半数失活电压(mV)分别为:-58.41±0.59,-56.35±0.90,-58.06±2.13,-60.37±0.90;(4)4个组恢复时间常数(ms)分别为33.14±3.19,33.78±4.22,35.13±3.92,36.19±3.62。 4.Ca2+通道:(1)4个组全细胞钙通道最大电流密度随周龄的增大而增大,1w,2w,3w,4w组对应的最大电流密度(pA/pF)分别为:-8.02±0.56,-10.02±0.88,-27.59±1.03,-32.59±1.04,以2w至3w电流密度增大最为显著;(2)全细胞钙电流的激活曲线失活曲线均向左移动,4个组对应的半数激活电压(mV)分别为-6.94±0.11,-4.72±0.41,-11.72±1.05,-12.36±1.32,(3)4个组对应的半数失活电压(mV)分别为-5.35±2.06,5.43±1.93,-17.80±3.37,-24.88±2.43。 [结论] 1.发育早期(1w,2w,3w,4w)大鼠海马CA1区锥体神经元的Na+,K+,Ca2+等电压门控离子通道分布,通道的激活动力学,失活动力学随周龄增大而变化,反映了离子通道的发育状态。 2.出生后2-3w是大鼠海马CA1区锥体神经元钠通道的快速发育期,此期间锥体神经元钠离子通道的分布显著增大,钠通道的激活曲线左移,半数激活电压显著降低,以上结果表明钠通道更容易被激活,失活后恢复曲线左移,恢复时间常数变小,钠通道的恢复更为迅速. 3.大鼠脑发育早期,从1w到4wCAl锥体神经元细胞膜上钾离子通道的分布密度随出生周龄增大而增大,但激活和失活以及失活后恢复曲线特征未见有明显特征变化。 4.大鼠出生后2-3w是海马CA1区锥体神经元钙离子通道处于快速发育期,期间钙离子通道最大电流密度显著增大,钙离子通道的激活、失活曲线均左移,半数激活、失活电压显著降低表明在此期间钙离子通道更易被激活,也更易失活。


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