[PTSD样大鼠杏仁核神经元形态改变及凋亡机制] 大鼠scn神经元
【摘要】 PTSD是近来关注较多的研究领域。
其中杏仁核的萎缩是近年研究较多的领域。
杏仁核是人体的恐惧中枢,研究杏仁核的萎缩变性的原因对于进一步了解PTSD的机制有很大帮助。
本文从形态学和分子学角度研究了杏仁核神经元凋亡的机制,对PTSD的成因进行了进一步的阐释。
【关键词】 杏仁核;SPS;凋亡;溶酶体;tmp酶;Bax Bcl—2 创伤后应激障碍(Posttaumatic stress disorder,PTSD)是对严重应激因素的一种异常精神反应。
PTSD的表现主要为反复重现的创伤性体验、持续的警觉性增高和持续回避。
而杏仁核是恐惧形成和表达的关键中枢[1],作为大脑中一个关键的区域,来调节这些消极应激。
有研究发现在PTSD时杏仁核体积减小[2],可能的解释是在应激状态下,杏仁核神经元细胞发生了凋亡从而导致了杏仁核的体积减小。
1 神经元和突触的超微结构研究 大鼠连续刺激(singleprolongedstress,SPS)模型[3]是最常应用于PTSD研究的模型,在SPS刺激下的PTSD样大鼠的试验[4]中,观察到SPS—ld、SPS—7 d和SPS—14 d杏仁核神经元的细胞质内线粒体、高尔基复合体、粗面内质网等细胞器及突触结构均有不同程度的改变。
表现为杏仁核突触结构,大小、形态不一,突触扣内可见数量不等的清亮囊泡,多数为突触小泡稀疏,突触后膜附着斑不完整、断裂或不规则增厚,突触前后膜间隙宽窄不一等。
杏仁核神经元的细胞质内线粒体嵴的减少甚至空泡化,直接影响到线粒体三羧酸循环、呼吸链电子传递和氧化磷酸化的进行,ATP合成障碍,致使神经细胞能量代谢障碍。
这些不同程度的改变,直接影响到了杏仁核的功能。
突触结构的变化从超微结构水平证实了PTSD杏仁核突触传递功能受到了一定的影响。
PTSD于严重创伤应急期,在中枢神经系统皮质边缘区是中枢神经系统应激应答敏感区,特别是下丘脑、海马和杏仁核等处短期内的神经可塑性改变,会最终导致学习、记忆、行为等认知功能障碍与情绪反应异常[5]。
2 杏仁核神经元凋亡与三偏磷酸酶活性的变化 溶酶体是细胞内起消化功能的细胞器,Sheen等的实验[6]表明,凋亡时溶酶体膜通透性增大,蛋白水解酶和蛋白激酶从中释放。
TMP酶(三偏磷酸酶)作为溶酶体标志性酶,是溶酶体的蛋白水解酶,其活性变化直接体现溶酶体的功能状态。
在受到凋亡刺激时,溶酶体膜变为不稳定[7],逐渐改变其渗透性,底物可以渗入,酶活力被显示。
光学显微镜下能看到酸性磷酸酶与底物反应后形成的棕黑色沉淀,以示溶酶体的分布。
有实验检测了PTSD大鼠杏仁核神经元细胞凋亡率[8],表明SPS后凋亡率明显升高,通过透射电镜观察到杏仁核出现细胞凋亡的特征性形态改变,尤其4 d时最为明显。
检测PTSD大鼠杏仁核内TMP酶活性,明显增高,4 d时TMP酶活性最强。
凋亡增加的同时TMP酶活性相应增强,说明TMP酶参与PTSD杏仁核神经无细胞凋亡产物的降解与处理。
由此证明TMP酶活性增强是杏仁核神经元处理凋亡产物的代偿,应激增加杏仁核神经元的凋亡,引起杏仁核结构和功能的变化,参与PTSD的发病。
3 基因调控杏仁核神经元细胞凋亡的机制 目前已知凋亡过程中伴随着一系列凋亡相关基因的表达,其中Bcl—2基因蛋白家族在细胞凋亡的调控中发挥着重要的作用,并被认为是细胞凋亡调控的最后通路之一。
Bcl—2表达水平较高时,形成Bcl—2/Bcl—2同源二聚体,抑制细胞凋亡,而Bax作为Bcl—2的同源体,是Bcl—2家族中最具有促进凋亡特征的基因。
Bax被表达并转位于线粒体是对各种细胞死亡信号的反应,Bax能诱导各种蛋白分解,抑制Bcl—2的作用,从而有促进凋亡作用[9]。
近年的研究[10]提示BcI—2与Bax调节细胞凋亡,也与Bax/Bcl—2比值有关[11],Bax/Bcl—2比值增大时,细胞趋于凋亡。
总结前人的实验结果,可知Bax/Bcl—2比值在SPS后明显上调,提示凋亡相关基因Bax和Bcl—2调控PTSD杏仁核神经元细胞的凋亡。
PTSD大鼠杏仁核神经元细胞凋亡中,凋亡相关基因Bax、Bcl—2各自发挥促进凋亡和抑制凋亡的作用,Bax/Bcl—2比值升高促进细胞发生凋亡,表明与杏仁核调节的PTSD恐惧异常的发病机制相关。
4 结论与展望 通过对杏仁核神经元和突触的超微结构、三偏磷酸酶活性变化、凋亡相关基因的研究,我们可以推断PTSD大鼠杏仁核神经元细胞发生凋亡,导致杏仁核结构改变,可能与PTSD发病机制相关。
目前,PTSD的全部发病机制机制尚未完全清楚,PTSD可能引起脑一系列神经生化、生理的异常,并导致杏仁核结构与功能损伤。
因此其详细发病机制还需进一步探讨。
参 考 文 献 [1] Beno RnozendaaJ,Oyana K Griffith,Buranday J,et al.The hippocampus mediates glucocorticoid—induced impairment of spatial memory retrieval:dependence on the basolateral amygdale.Porc Natl Acad Sci USA,2003,100(3):1328—1333. [2] Lindauer R J,Vlieger E J,Jalink M,et al.Effectsof psychotherapy on hippocampal volume in out—patients with post—traumatic stress disorder:a MRI investigation.Psychol Med,2005,35(10):1421—1431. [3] Rau V, DeCola JP, Fanselow MS. Stress—induced enhancement of fear learning: an animal model of posttraumatic stress disorder.Neurosci Biobehav Rev,2005,29(8):1207—23. [4] 刘冬娟,韩芳,刘宁宇,等.PTSD大鼠杏仁核神经元和突触的超微结构研究.解剖科学进展,2009,15(1):17—20. [5] 谭红,施琪嘉,等.创伤后应激障碍的神经生物学机制.临床精神医学杂志,2004,14,(6):376—377. [6] Sheen V L,Macklis J D.Apoptotic mechanisms in targeted neuronal cell death by chromophore—activated photolysis .Exp Neurol,1994,130(1):67—81. [7] Doty S B,Smith C E,Hand AR et al.Inorganic trimetaphosphatase as a histochemical marker for lysosomes in light and electron microscopy.J Histoehem Cytoehem,1977,25(12):1381—1384. [8] 丁金兰,韩芳,石玉秀.创伤后应激障碍大鼠杏仁核神经元凋亡及三偏磷酸酶活性的变化.解剖学杂志,2009,32(1):19—22. [9] Eldadah B,Faden A I.Caspase pathways,neuronal apoptosis and CNS injury.J Neurotrauma,2000,17(10):811—829. [10] 丁金兰,韩芳,石玉秀.PTSD与杏仁核神经元细胞凋亡的关系.中国组织化学与细胞学杂志,2008,17(5):421—426. [11] Devita VT,HellmanS,Rosenberg SA.Cancer:Principies and practice of oncology.5th eds.Philadelphia:Lippincott Raven Publishers,1997:79—102.