頸動脈體對IL-1β和急性缺氧刺激的反應.pdf

1、應激是機體在面對環(huán)境中不利因素時，實際或認知上的要求與適應和應付能力之間的不平衡所導致的身心緊張狀態(tài)及其反應。對應激環(huán)路和調控機制的研究對闡明多種疾病的發(fā)病機理及尋找針對應激（包括軍事應激）的應對措施有重要的意義。應激反應實質上是神經-免疫-內分泌網絡中各系統(tǒng)共同反應的綜合體現(xiàn)。隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到中樞神經系統(tǒng)(central nervous system, CNS)、免疫系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)并不是各自為政、獨立存在的系統(tǒng)，它

2、們之間存在著密切的相互聯(lián)系和調控。一般認為，CNS通過下丘腦－垂體－腎上腺軸、下丘腦－垂體－性腺軸以及植物性神經系統(tǒng)等傳出通路調控和影響免疫、內分泌系統(tǒng)的功能1-4。內分泌系統(tǒng)也通過一些靶腺激素的反饋機制影響CNS的功能。但是，免疫系統(tǒng)是通過何種途徑影響CNS功能的？外周血液中的細胞因子是通過怎樣的方式將“信息”傳遞給CNS的？一直是個未解之謎。 在機體遭受病原體刺激早期，外周免疫系統(tǒng)中的細胞即迅速作出反應，釋放出多種促炎性細胞

3、因子，如：IL-1β、TNFα、IL-6、IFNγ等。一些研究發(fā)現(xiàn)，在免疫應激或者感染的情況下，IL-1β是中樞性發(fā)熱反應的始動因子。因此，IL-1β可能是在外周免疫系統(tǒng)和CNS之間發(fā)揮重要“信使”作用的分子之一3,5。但由于IL-1β分子量較大，且具有親水性的特點，因而幾乎不能通過血腦屏障（blood brain barrier，BBB）6。有人認為，在腦室周圍腦組織中存在一些BBB缺如的區(qū)域，外周循環(huán)中的IL-1β可能通過這些區(qū)域進

4、入CNS；還有人認為細胞因子可能在與腦血管內皮細胞上的受體結合后，產生一些下游分子（例如前列腺素E2 等），將外周免疫信號傳遞入腦4,7。然而，資料表明通過這些途徑入腦的細胞因子量很少8。最近，外周感覺神經，尤其是迷走神經的感覺傳入纖維在“免疫-腦”通信傳入途徑中的作用，逐漸引起人們廣泛的關注9,10。一些研究者發(fā)現(xiàn)，迷走神經一些分支的終末或者神經末梢旁的多巴胺能細胞（這些細胞常聚集成團稱為迷走神經旁神經節(jié)，受迷走神經傳入纖維支配）具有

5、IL-1β等細胞因子的結合位點11；推測細胞因子可能通過直接刺激迷走神經末梢，或通過旁神經節(jié)細胞的換能，引起迷走神經傳入纖維放電頻率的改變，向CNS傳遞外周免疫刺激信號12。 哺乳動物的頸動脈體（carotid body, CB）是一個位于頸動脈血管分叉處的血運極其豐富的器官。傳統(tǒng)觀念認為，CB是重要的外周化學感受器，可以非常精確、靈敏地感受動脈血中的氧分壓（PO2）、二氧化碳分壓（PCO2）、酸堿度（pH）和滲透壓等的變化13

6、。最新的研究發(fā)現(xiàn)，CB還可以感受外周循環(huán)中葡萄糖濃度的變化14。這些發(fā)現(xiàn)不斷地揭示了CB化學感受功能的多樣性和復雜性。 根據(jù)解剖學的分類，CB也屬于旁神經節(jié)。同迷走神經旁神經節(jié)一樣15，CB也是由主細胞（球細胞，I型細胞）和支持細胞（II型細胞）組成；其球細胞是多巴胺能細胞，可以合成、儲存、分泌兒茶酚胺類遞質。我們實驗室前期的工作發(fā)現(xiàn)，在正常大鼠的球細胞上有強烈的IL-1 受體I型（IL-1RI）16和IL-6 受體17表達。因

7、此，我們推測：CB除了傳統(tǒng)的化學感受功能外，還可以感受外周循環(huán)中的免疫刺激信號（如：IL-1、IL-6 等），并通過其傳入神經—竇神經（carotid sinus nerve, CSN）的放電頻率改變向中樞神經系統(tǒng)傳遞信息。本研究的主要目的是驗證上述假說。我們先在細胞特性和CB球細胞非常相似的PC12 細胞進行了初步觀察。PC12 細胞是源自于大鼠腎上腺嗜鉻細胞腫瘤的細胞系。同嗜鉻細胞一樣，PC12 細胞也可以合成、儲存、分泌兒茶酚胺類

8、遞質。另外，PC12 細胞在NGF誘導下可以分化成具有交感神經元特性的細胞18，因此，PC12 細胞作為一種細胞模型，被廣泛用于神經元的藥理、生理學研究19-21。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，PC12 細胞同CB的球細胞具有很多類似之處。例如：PC12 細胞和CB的球細胞膜上都有氧敏感的鉀通道22,23，PC12細胞也可以感受低氧、低pH等刺激。在組織學上，腎上腺嗜鉻細胞和CB細胞都起源于神經嵴，它們都可以合成并分泌多巴胺（dopamine, D

9、A）、乙酰膽堿（acetylcholine, Ach）等神經遞質13,24。大量的實驗證據(jù)發(fā)現(xiàn)，PC12 細胞和CB球細胞具有很多生理學、藥理學的共性25-27。因此，PC12 細胞也被廣泛用作外周化學感受性細胞（如CB球細胞）功能研究的細胞模型和工具細胞。 在本研究中，我們綜合應用免疫細胞化學技術、膜片鉗技術、鈣成像技術、在體胞外記錄技術以及離體和在體的電化學分析檢測等技術，首先用PC12 細胞模型研究了外源性IL-1β刺激對

10、PC12 細胞電生理特性以及細胞內游離鈣離子濃度([Ca2+]I)的影響。然后，從培養(yǎng)細胞、組織切片以及在體水平，分別研究了外源性IL-1β刺激對大鼠CB球細胞的電生理特性及其傳入神經—CSN放電頻率的影響。另外為了下一步工作的開展，我們還研究了CB的中最重要的神經遞質之一——DA在急性缺氧誘發(fā)放電中的作用。 結果簡要歸納如下： （1）免疫細胞化學和蛋白質印跡分析結果發(fā)現(xiàn)，在PC12 細胞的胞膜和胞核上均有IL-1RI的

11、分布。電生理結果表明，IL-1β可以通過和胞膜上特異的受體結合，濃度依賴性地抑制PC12 細胞上外向性電壓依賴的鉀電流（IK）的幅度。而且，IL-1β可以引起IK的失活曲線左移，但不影響其激活曲線。另外，IL-1β可以引起PC12 細胞膜超極化，并可引起[Ca2+]I迅速升高。 （2）全細胞膜片鉗記錄和鈣成像結果顯示，胞外給予IL-1β可以顯著地抑制CB球細胞外向型鉀電流的幅度，并可導致[Ca2+]I迅速升高。在體的細胞記錄結果

12、顯示，藥理濃度的IL-1β刺激可以使麻醉大鼠的CSN放電活性增強。進一步的研究提示，CB球細胞感受IL-1β刺激的突觸傳遞過程可能有ATP的參與，而DA在這一過程中可能不起主要作用。 （3）與以往的離體實驗結果相反，在體情況下實驗性急性缺氧引起CB內兒茶酚胺類遞質的釋放急劇降低，且這種效應可以被切斷CB的傳入神經CSN所消除或者減弱。進一步的研究發(fā)現(xiàn)：①在in vivo記錄情況下，CB局部給予DA可以抑制CSN的放電活性，這與以

13、往文獻報道的結果一致28-31；②CB局部給予D2 受體的阻斷劑haloperidol (Hal)可以引起CSN自發(fā)放電的頻率升高,而局部給予D1受體阻斷劑SCH23390則未見CSN放電頻率的明顯改變；③DA可能通過D1或者D2受體引起CB球細胞內吞作用增強。④腺苷（adenosine）可引起缺氧誘導的離體CB釋放Cas減少。 主要結論： （1）PC12細胞對胞外IL-1β刺激起反應； （2）CB及其傳入神經C