臂旁外侧核前列腺素E2参与LPS性发热的受体和电生理机制研究
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研究背景与目的:前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)是脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导发热的最终介质,通过作用于体温调节中枢视前区(preoptic area,POA)的EP3受体引起发热。但我们和其他实验室的研究工作表明,PGE2还可通过介导前馈体温调节的臂旁外侧核(lateral parabrachial nucleus,LPB)引起发热。在LPS性发热过程中,PGE2能在大鼠LPB局部合成,在大鼠LPB微量注射PGE2可增加棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)代谢产热和骨骼肌战栗产热以及减少尾部皮肤散热,引起体温升高。其神经机制可能与LPB PGE2兴奋LPB外亚核(LPBel)→正中视前区(median preoptic area,Mn PO,POA亚核)通路,抑制LPB背亚核(LPBd)→Mn PO通路有关。但目前缺乏直接证据表明LPB参与LPS性发热且LPB内PGE2诱导发热的受体及电生理机制也尚未完全明确,需要进一步研究。因此本研究以成年雄性SD大鼠为实验对象,在前期研究基础上,进一步探讨以下问题:(1)LPB是否参与了LPS引起的全身性发热?(2)LPB内PGE2通过何种受体引起发热?(3)LPB内PGE2致热作用的电生理机制是什么?材料与方法:1.采用化学毁损、免疫荧光、硫堇染色和无线遥控测温技术观察LPB毁损后对大鼠腹腔注射LPS致热反应的影响实验选用成年雄性SD大鼠,将鹅膏氨酸(ibotenate,IBO)微量注射到LPB以化学毁损LPB神经元。1周后,采用免疫荧光和硫堇染色观察神经元损伤的情况,明确LPB毁损的效果和范围;采用无线遥控测温的方法,同步监测腹腔注射LPS后大鼠体核温度(Tcore)和活动度(activity)的变化,观察化学毁损LPB对大鼠腹腔注射LPS致热反应的影响,以分析LPB是否参与了LPS性发热。2.采用无线遥测和有线生理信号记录的方法研究介导LPB内PGE2致热作用的受体类型首先采用动物代谢分析系统,在整体动物水平监测清醒大鼠LPB局部注射PGE2及PGE2受体激动剂和拮抗剂联用PGE2后Tcore和能量代谢(EE)的变化,明确介导LPB PGE2致热作用的受体类型;随后在麻醉大鼠身上进一步验证,采用BL-420S生物机能实验系统记录麻醉大鼠支配肩胛间BAT的交感神经放电活动(BAT SNA)和颈部肌电(EMG)活动,采用八通道温度记录仪同步记录麻醉大鼠直肠温度(Trec)、BAT温度(TBAT)和尾部皮肤温度(Ttail),观察LPB应用EP3受体激动剂、EP3受体拮抗剂联用PGE2对麻醉大鼠肩胛间BAT SNA、颈部EMG、Trec、TBAT和Ttail的影响。3.采用红外可视脑片膜片钳结合Retrobeads逆行示踪技术探讨LPB内PGE2致热作用的电生理机制首先采用Retrobeads逆行示踪结合免疫荧光染色技术,在Mn PO注射Retrobeads,1周后,检测LPB内被红色Beads标记的神经元即LPB→Mn PO投射神经元EP3受体的表达;然后采用红外可视脑片膜片钳结合Retrobeads逆行示踪技术,观察EP3受体激动剂、EP3受体拮抗剂联用PGE2对LPB→Mn PO投射神经元放电活动的影响;最后分别观察PGE2、EP3受体激动剂及EP3受体拮抗剂联用PGE2对LPBel→Mn PO和LPBd→Mn PO投射神经元突触活动及IA电流的影响,综合分析PGE2经LPB→POA通路引起发热的电生理机制。结果:1.IBO毁损大鼠LPB后,毁损区域几乎未见Neu N免疫阳性神经元,神经元胞体缺失,尼氏体大量消失,并可见神经胶质细胞明显增加。2.IBO毁损大鼠LPB后,腹腔注射LPS也出现发热反应,但与对照相比发热反应明显减弱。3.在清醒大鼠LPB局部注射EP3受体激动剂Sulprostone,产生了与PGE2相似的致热作用,引起产热量增加,体温升高;而应用EP3受体拮抗剂L-798106,则消除了LPB PGE2的致热作用;但应用EP1和EP4受体激动剂和拮抗剂却无上述效应。4.在LPB注射PGE2引起麻醉大鼠直肠温度和BAT温度均增加,支配BAT的交感神经放电活动和颈部肌电活动均增强,而尾部皮肤温度降低。应用EP3受体激动剂模拟了LPB PGE2的上述作用,而EP3受体拮抗剂则完全消除了上述效应。5.在Mn PO注射逆行示踪剂Retrobeads后,可见Beads标记的大部分LPB→Mn PO投射神经元上有EP3受体表达。6.应用EP3受体激动剂Sulprostone,模拟了PGE2对LPBel→Mn PO投射神经元的兴奋作用,以及对LPBd→Mn PO投射神经元的抑制作用。而应用L-798106阻滞EP3受体则完全消除了PGE2的电生理效应。7.PGE2通过突触后膜EP3受体,增强谷氨酸能兴奋性突触传递,兴奋了LPBel→Mn PO投射神经元。8.PGE2通过EP3受体激活IA电流,抑制了LPBd→Mn PO投射神经元。结论:1.化学毁损LPB部分消除了LPS性发热,LPB在LPS性发热过程中起一定作用。2.EP3受体介导了LPB PGE2致热效应。3.PGE2通过EP3受体分别增强LPBel→Mn PO投射神经元兴奋性突触传递,兴奋LPBel→POA通路;激活LPBd→Mn PO投射神经元IA电流,抑制LPBd→POA通路。