衰老相关的大鼠初级视皮层神经元的功能衰退及轴突始段可塑性研究

论文摘要

衰老会伴随很多视觉能力的明显减弱,包括对视觉信号的方位和运动方向辨别、运动速度和亮度对比度检测等能力的下降。诸多电生理研究报道显示,这些老年性视觉能力的下降主要由于视觉皮层神经元随着衰老出现兴奋性升高,导致其对刺激信号的检测功能出现退化。近些年的研究结果显示,衰老相关的视皮层神经元的功能衰退可能与皮层内抑制作用的下降,尤其是GABA能抑制作用减弱有关。然而,最近关于衰老过程中GABA能递质系统分子标志物表达的研究结果却存在分歧,且神经元的功能衰退是否伴随着GABA能抑制作用的改变也未得到完全证实。另一方面,最近的研究表明,神经元轴突始段（AIS）的结构在应对神经元活动变化时具有高度的可塑性,以维持神经元兴奋性的稳定。衰老导致视觉皮层神经元兴奋性升高,这是否同时会触发神经元AIS的结构出现可塑性变化尚不可知。为了回答以上问题,本研究以老年和青年大鼠为研究对象,结合在体单细胞电生理记录、免疫荧光双标记和蛋白免疫印迹技术开展了系统的研究。首先,比较了青年和老年大鼠初级视皮层（V1）神经元的自发反应及对不同方位和运动方向视觉刺激的诱发反应,以明确衰老对V1神经元反应特性和功能的影响;其次,检测并比较青年和老年大鼠V1中GABA能神经递质分子标志物的表达,以评价衰老对视皮层内GABA能抑制作用的影响;最后,比较两个年龄组大鼠V1神经元AIS的长度以及在动作电位（AP）启动中起关键作用的Na+通道Nav1.6在AIS上的分布,以评价老年性V1神经元功能改变伴随的神经元AIS的可塑性变化。我们的结果发现:（1）与青年大鼠相比,老年大鼠V1神经元的平均自发反应和对视觉刺激的诱发反应均显著增加,信-噪比显著下降,表明衰老导致大鼠V1神经元的兴奋性升高;另外,老年大鼠V1神经元对非最优方位和运动方向的视觉刺激反应的增加幅度高于对最优方位和运动方向的视觉刺激反应的增加幅度,导致其对不同方位和运动方向刺激反应的选择性显著降低,表明衰老引起大鼠V1神经元对不同视觉信号的检测功能减弱;（2）与青年大鼠相比,老年大鼠V1各层中GABA阳性神经元占皮层神经元总数的比例显著减少,同时老年大鼠V1中GABA合成关键酶GAD67的含量显著降低,表现为GAD67的免疫荧光强度明显减弱以及GAD67的蛋白表达量显著减少,尽管GABA合成酶GAD65的免疫荧光强度和蛋白表达量在两个年龄组之间无显著差异。此外,老年大鼠V1中GABAAR的一个重要亚单位α1的免疫荧光强度和蛋白表达量亦较青年大鼠的显著减少。这些结果表明,衰老导致视觉皮层GABA能抑制作用减弱;（3）伴随老年大鼠V1神经元的兴奋性增强,其II/III层和V层神经元AIS的平均长度显著缩短;V1区Nav1.6的蛋白表达量显著减少,沿着AIS分布的Nav1.6的平均免疫荧光强度明显降低,尤其是AIS近胞体段Nav1.6的免疫荧光强度出现特异性降低,表明具有Nav1.6分布的AIS比例显著缩短。据以上结果分析推测,衰老引起AIS上Nav1.6离子通道数目减少,这将会使V1神经元兴奋时Na+内流减少,兴奋恢复过程中Na+-K+泵消耗ATP减少,从而有利于弥补衰老过程中V1神经元放电频率增加而引起的能量过度消耗。综上所述,本研究发现衰老导致大鼠V1神经元的兴奋性显著增强,对视觉信号的检测功能下降,这种神经元功能衰退伴随视皮层内GABA能递质系统分子标志物表达的减少,该实验结果表明皮层内GABA能抑制性神经递质系统作用的减弱可能是引起皮层神经元功能减退的重要因素。另外,我们的研究亦提示,老化的视皮层神经元在出现兴奋性升高和功能退化的同时,也可通过AIS结构可塑性方式进行适应性代偿,以维持脑内能量收支的平衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 衰老相关的视皮层神经元的功能衰退及轴突始段可塑性研究进展
•   一、衰老相关的视皮质神经元的功能衰退及其机制研究
•     1. 衰老引起的视觉功能衰退
•     2. 衰老相关的视觉功能衰退的原因探索
•       2.1. 导致老年性视觉功能衰退的中枢部位探索
•       2.2. 衰老引起的视皮层神经元功能衰退的机制研究
•     3. 衰老相关的GABA能递质系统分子标志物表达的研究
•       3.1. GABA递质系统简介
•       3.2. GABA与视觉皮质功能的关系
•       3.3. 不同状态下视觉皮层内GABA能递质系统的变化
•   二、神经元轴突始段（axon initial segment，AIS）的可塑性研究
•     1. AIS—神经元轴突上的一个特殊区域
•     2. AIS结构的可塑性研究
• 第二章 衰老相关的大鼠初级视皮层神经元的功能衰退
•   1. 引言
•   2. 材料与方法
•     2.1. 动物准备
•     2.2. 在体单细胞电生理记录及数据分析
•   3. 结果
•   4. 讨论
• 第三章 青年与老年大鼠初级视皮层中GABA能神经递质系统分子标志物表达的比较研究
•   1. 引言
•   2. 材料与方法
•     2.1. 取材
•     2.2. 冰冻切片
•     2.3. 免疫荧光组织化学染色
•     2.4. 蛋白免疫印迹
•   3. 结果
•     3.1. GABA阳性神经元的比例
•     3.2. GAD65和GAD67的表达
•     3.3. GABAARα1 的表达
•   4. 讨论
•     4.1. 大鼠V1皮质区GABA能标志物的年龄相关性变化
•     4.2. 年龄相关的神经元功能下降的机制
• 第四章 青年与老年大鼠初级视皮层神经元轴突始段的形态学比较研究
•   1. 前言
•   2. 材料与方法
•     2.1. 取材和冰冻切片
•     2.2. 免疫荧光组织化学染色
•     2.3. 蛋白免疫印迹
•   3. 结果
•     3.1. AIS长度的年龄相关性改变
•     3.2. 衰老对AIS上Nav1.6 的表达与分布的影响
•   4. 讨论
• 全文总结和展望
• 参考文献
• 缩写表
• 致谢
• 附: 攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 丁艳霞

导师: 华田苗

关键词: 衰老,大鼠,初级视皮层,神经元功能衰退,合成酶,受体,轴突始段,通道,电压门控性通道

来源: 安徽师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,基础医学

单位: 安徽师范大学

分类号: R339.38

总页数: 86

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