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基底前脑是指端脑和间脑腹侧和内侧的一些灰质结构,其中内侧隔核(medial septum,MS)、Broca斜角带的垂直支(vertical diagonal band of Broca,vDB)和水平支(horizontal diagonal band of Broca,hDB)组成隔-斜角带(MS-DBB)复合体是其中的重要组成部分。基底前脑作为一个高度异质性脑区,与不同的脑区发生广泛联系,与学习记忆、认知、觉醒、注意力、行为状态控制、情感、可塑性等方面密切相关,同时被认为与多种退行性疾病如AD的病理发生过程存在紧密联系。最近本实验室的研究发现在成年大鼠和成年人的基底前脑存在着一群nestin免疫阳性(nestin-ir)神经元,并认为这群神经元是区别于胆碱能神经元和γ-氨基丁酸(GABA)能神经元的成熟神经元。这群神经元的形态和分布与胆碱能神经元相似,发出纤维投射到海马、大脑皮质和丘脑,并与学习记忆功能密切相关。但前期的共存表达研究其神经化学属性在实验方法上具有一定的缺陷,有必要进一步明确其化学属性,同时这群nestin-ir神经元的生后发育和对神经毒性药物的耐受研究都尚不清楚。
目的:
本研究的目的在于明确基底前脑nestin-ir神经元的神经化学属性;探讨基底前脑nestin-ir神经元生后发育规律;观察神经免疫毒性药物192IgG-saporin对nestin-ir神经元影响的时效关系,以进一步了解成年大鼠nestin表达在成熟神经元的功能和特性。本研究结果将进一步为今后探讨nestin-ir神经元的功能和特性提供资料和线索。
材料和方法:
本课题主要分为3个部分:1、运用nestin/ChAT,nestin/NGFR,ChAT/PV免疫荧光双标染色观察成年大鼠基底前脑nestin-ir神经元的神经化学属性。2、运用nestin,ChAT,PV免疫组化染色观察nestin-ir神经元、胆碱能和GABA能神经元的生后发育情况。3、运用nestin/ChAT免疫组化技术结合免疫荧光双标染色观察神经免疫毒性药物192IgG-saporin对nestin-ir神经元影响的时效关系。
结果:
1.成年大鼠基底前脑nestin-ir神经元主要集中分布在基底前脑隔—斜角带复合体的嘴侧和中间部,其尾侧部分布较少。nestin-ir神经元在隔—斜角带复合体的各个水平都间杂分布在ChAT-ir或NGFR-ir神经元之间。另外PV-ir神经元空间分布与nestin-ir有明显不同,在同一水平断面观察发现在内侧隔核PV-ir神经元多分布在中内侧部靠近中线排列,外侧部分布极少;而在斜角带PV-ir神经元多分布在nestin-ir神经元的背侧。免疫荧光双标研究发现nestin-ir神经元全部表达ChAT,但不表达PV。进一步的研究表明其中43%的胆碱能神经元表达nestin,并且约95%的nestin-ir神经元呈NGFR阳性反应。另外我们也发现在Meynert基底核(NBM)也存在少量nestin-ir神经元分布,同样全部共存表达ChAT。
2.基底前脑nestin免疫阳性神经元生后发育最早出现在P9,晚于胆碱能神经元的P1,但早于PV免疫阳性神经元的P16。在P9时nestin-ir神经元形态不成熟,胞浆淡染,胞核不着色,几乎没有突起。在P16天时,神经元形态已明显成熟,胞浆深染,根据胞体大小、分布和树突分支常分为两组。一组位于MS,胞体多呈圆形、卵圆形或多极形,常由胞体发出1~2支较粗的初级树突,其直径逐渐减小。也有少部分神经元不发出突起。另一组位于vDB和hDB,其胞体明显较第一组稍大,大多呈卵圆形、双极或多极形,常有1~3支突起。其发育成熟的高峰期主要在P9-P16,在P28时生后发育达到成年模式。在发育过程中nestin-ir始终共存表达ChAT,同时我们还发现在纹状体的尾壳核出现成熟神经元一过性表达nestin。
3.在192IgG-Saporin注射后,nestin-ir和ChAT-ir神经元形态观察其胞体、突起形态与正常对照组比较均未见明显改变。192IgG-Saporin注射后3d、7d的nestin阳性神经元数量在MS下降分别约为22%和30%(P<0.05),在DBB下降分别约为20%和34%(P<0.05)。最后在14d时nestin阳性神经元数量减少到最低,MS、DBB分别减少了53%和55%(P<0.05),其数量变化趋势呈现明显的时间效应关系。但随后nestin阳性神经元开始逐渐恢复,在28d时nestin阳性神经元基本恢复到正常水平,与正常对照组比较无差异(P>0.05)。而ChAT-ir神经元在3d、7d时在MS下降分别约为26%和43%(P<0.05),在DBB下降分别约为23%和37%(P<0.05)。最后在14d时ChAT阳性神经元数量减少到最低,在MS、DBB分别减少了72%、58%(P<0.05)。尽管随后ChAT阳性神经元有缓慢部分恢复,但在28d时ChAT阳性神经元相比正常对照组在MS、DBB仍减少约50%和38%(P<0.05)。免疫荧光双标结果显示各时间点的nestin-ir神经元都呈ChAT阳性反应,进一步分析发现无论在MS还是DBB,无论是192IgG-Saporin注射后的早期还是晚期nestin-胆碱能神经元下降幅度相比nestin+胆碱能神经元更明显,而且在28d时它并不像nestin+胆碱能神经元能恢复到正常水平。
结论:
1、成年大鼠基底前脑的确存在一群成熟的nestin免疫阳性神经元,其主要集中分布在隔-斜角带复合体的嘴侧和中间部。首次通过免疫荧光双标技术证实nestin-ir神经元的神经化学属性:即nestin-ir神经元是胆碱能神经元的亚类,约占胆碱能神经元43%左右,并且nestin-ir神经元绝大多数是NGFR阳性。另外在Meynert基底核(NBM)也存在少量nestin-ir神经元分布,同样共存表达ChAT。
2、基底前脑nestin免疫阳性神经元生后发育最早出现在P9,晚于胆碱能神经元的P1,但早于PV免疫阳性神经元的P16。其发育成熟的高峰期主要在P9-P16,在P28时生后发育达到成年模式。同时我们还发现在纹状体尾壳核的成熟神经元一过性表达nestin。
3、神经免疫毒性药物192IgG-Saporin对基底前脑nestin阳性和nestin阴性胆碱能神经元的影响趋势不同,两者在14d以前,其数量下降趋势都呈明显的时间效应关系,但nestin+胆碱能神经元相比nestin-胆碱能神经元下降幅度更小。同时在28d时nestin阳性胆碱能神经元能恢复到正常水平,而nestin阴性胆碱能神经元则不能恢复。这表明nestin的表达可能耐受192IgG-Saporin的神经免疫毒性作用。
总之,我们的实验首次明确了nestin-ir神经元化学属性,阐明其生后发育的规律,并且证实nestin表达对192IgG-Saporin神经免疫毒性药物具有耐受作用,这极大的加深了对基底前脑功能的了解,同时为今后进一步探讨nestin-ir神经元的特性与功能奠定相关基础。