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虫草素为天然中药材冬虫夏草和人工培养蛹虫草的有效成分,具有调节免疫、抗肿瘤、抗白血病和神经保护等功效。神经保护方面的研究表明,虫草素能够防止海马CA1区锥体神经元的缺血性损伤,预防Aβ淀粉样蛋白诱导的神经元凋亡和改善大鼠的学习记忆障碍。突触传递水平研究表明,虫草素对基础突触传递呈抑制效应,对长时程增强(LTP)的诱导有促进的趋势。本实验在活体动物上,利用慢性埋植技术和胞外场电位记录的电生理学方法,在获得产生不同形式突触可塑性,包括LTP、LTD和LTD-LTP临界状态,相关刺激参数基础上,从再可塑性角度探索虫草素对大鼠海马CA3-CA1突触可塑性的影响,为虫草素在神经系统的开发和应用提供实验依据。主要实验结果如下:
1.采用900脉冲作为条件刺激,不同频率的条件刺激产生不同的突触可塑性形式。刺激频率分别设置为1Hz、3Hz、5Hz、30Hz和50Hz。1Hz未能产生LTD,3Hz形成LTD,30Hz和50Hz则产生LTP,而进行5Hz条件刺激则为LTD-LTP临界状态,即5Hz为突触可塑性的修饰阈值。选用3Hz、5Hz和30Hz作为探索虫草素对突触可塑性影响的刺激参数。
2.虫草素对在体大鼠海马CA3-CA1基础突触传递呈抑制效应。通过微量注药管加入1μL虫草素至CA1区,浓度设置为50mg/L、75mg/L、100mg/L和200mg/L。50mg/L和75mg/L浓度组对群体锋电位(PS)幅值的影响均不具显著性差异;而100mg/L和200mg/L浓度组均呈显著抑制效应,其中,100mg/L浓度组可使PS抑制到基线的82.2％±10.4％(p<0.01),并且可恢复基线水平。因此,以100mg/L的药物浓度,进行下一步的实验。
3.浓度为100mg/L的虫草素作用于突触环路,PS恢复基线水平,随后给予30Hz条件刺激,产生的LTP幅度显著增强(166.3％±19.7％,高于空白对照组的149.3％±18.0％,p<0.01)；而给予3Hz的条件刺激,形成的LTD抑制程度不具显著性差异(63.0％±13.2％,空白对照组65.3％±13.8％,p>0.05)。
4.浓度为100mg/L的虫草素作用于突触环路,PS恢复基线水平,随后给予5Hz条件刺激,产生LTD(77.8％±19.4％,p<0.01):而该刺激频率为空白对照组的修饰阈值,所产生的是LTD-LTP的临界状态(98.4％±18.6％,p>0.05)。这提示虫草素改变突触环路的修饰阈值,使之增高,显示再可塑性效应。
5.浓度为100mg/L的虫草素作用之后,突触可塑性范围扩展至103.2％±24.2％,显著大于空白对照的84.0％±22.3％(p<0.01)。
以上提示,虫草素对在体大鼠海马CA3-CA1突触可塑性表现出再可塑性的调节作用。我们假设,突触可塑性修饰阈值升高,使突触传递效能趋于抑制状态,增加可塑性爆发的潜能,进而提高LTP的幅度和拓宽可塑性的范围。虫草素通过影响突触状态,进而影响突触可塑性,提高可塑性修饰阈值,增强LTP的诱导和表达,以及扩展可塑性范围,综合反映虫草素对突触可塑性能力的促进作用。