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神经科学杂志。2000年10月15日;20(20): 7798–7806.
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PMID:11027244

癫痫诱导运动障碍大鼠伏隔核壳层树突状体、脊髓和强啡肽能突触的持续性改变

摘要

用经典的抗精神病药物对人类或实验动物进行慢性治疗会导致异常、缓慢的运动,这些运动在药物停用后会持续很长时间。在这些抗精神病药诱导的运动障碍中,阿片肽强啡肽在表现出空洞咀嚼运动(VCM)的治疗大鼠中上调的伏隔核外壳的结构变化可能起到作用。伏隔核的外壳通常包含一个由强啡肽能纤维组成的密集丛,尤其是在其尾内侧部分。在服用氟哌啶醇27周和停药18周后,与载体治疗后相比,该神经丛的免疫反应标记增强。此外,中等棘神经元的棘密度、树突分支和末端节段数量显著增加。在VCM阳性的动物中,树突表面积减少,强啡肽阳性终末与更多的棘接触,形成更多的不对称特化,而与那些没有该综合征的动物(VCM阴性和载体治疗组)相比。因此,持续的、抗精神病药诱导的口腔运动障碍可能是由伏隔壳突触连接的无可争议的改变引起的,包括末端重塑或萌芽。

关键词:迟发性运动障碍、空洞咀嚼运动、D1受体、D2受体、比值比、阿片肽

易感患者在使用抗精神病药物进行慢性治疗后产生的迟发性运动障碍(TD)可在停药后持续数年。这种疾病出现较慢,其病理生理学尚不清楚。与人类一样,一些长期接受氟哌啶醇治疗的大鼠会出现空泡咀嚼运动(VCM),这是一种模拟TD的时间过程和症状的综合征,从而提供了一个很好的疾病模型(Egan等人,1996年;Hashimoto等人,1998年).

有人猜测TD是由兴奋性毒性引起的(De Keyser,1991年). 长期服用氟哌啶醇的大鼠纹状体中细胞外谷氨酸升高,谷氨酸转运受损(山本和库珀曼,1994年;De Souza等人,1999年). 大鼠慢性抗精神病药物治疗与背侧纹状体突触穿孔增加有关,但谷氨酸免疫标记降低(Meshul和Tan,1994年;Meshul等人,1996年). 不对称或对称背侧纹状体突触的密度和大小发生改变(Kerns等人,1992年;Roberts等人,1995年;Meshul等人,1996年;Mijnster等人,1996年)据报道,VCM阳性(+)动物背侧纹状体的棘或细胞丢失(Pakkenberg等人,1973年;Jeste等人,1992年;Kelley等人,1997年). 谷氨酸水平升高可能导致所有这些变化。然而,一些数据是相互矛盾的,许多变化被证明是独立于异常运动而发生的,并且大多数变化在停药后都无法持续。

在腹侧纹状体的伏隔核中,核心和外壳这两个区域被多巴胺区别地连接和调节(Deutch和Cameron,1992年;扎姆,1992年;Meredith等人,1995年). 贝壳被认为是抗精神病药物作用的场所(Deutch等人,1992年;Heimer等人,1997年),在喂食行为和异常口腔运动中起作用(弗莱彻和斯塔尔,1987年;Koshikawa等人,1989年;Deutch等人,1992年;Koene等人,1993年;普林森等人,1994年;Cools等人,1995年;凯利和斯旺森,1997年;斯特拉福德和凯利,1997年),但尚未与神经抑制剂诱导的结构变化联系起来。

腹侧纹状体中富含对氟哌啶醇治疗特别敏感的内源性阿片肽(梅雷迪斯,1999). 伏隔中强啡肽mRNA的升高与高VCM有关(Egan等人,1994年,1996). 强啡肽也与其他地方的结构损伤和运动功能障碍有关(Long等人,1988年;Bakshi等人,1990年). 因为accumbal外壳有丰富的强子能网络(Van Bockstaele等人,1995年),关于TD中是否修改了此处的强啡肽连接的问题变得非常重要。因此,这些研究的目的是在TD大鼠模型中研究氟哌啶醇如何影响伏隔壳神经元的形态结构及其强啡肽能突触连接,以及在停药后VCM+大鼠的结构变化是否持续。

这篇论文的部分内容之前已经发表过(Meredith等人,1997年;De Souza等人,2000年).

材料和方法

97只雄性Sprague-Dawley或Wistar大鼠,在研究开始时体重150克,被关在两个笼子里。在27或30周内,每3周向71只动物注射28.5 mg/kg癸酸哈尔多(相当于1.0 mg/kg/天静脉注射;McNeil Pharmaceuticals),并向26只动物注射溶媒(VEH;芝麻油)。然后,将所有大鼠再饲养18至21周,在此期间不再注射任何药物。注射前每3周监测一次VCM的存在与否。大鼠在镜子前20×30×40 cm塑料笼中随机评级。每只动物都不受约束,由一名对治疗一无所知的评分员对其空洞的咀嚼动作进行2分钟的计数。观察到两种类型的下颌运动:(1)与梳理、啃咬或咀嚼食物无关的间歇性孤立运动被视为一种运动;(2)咀嚼爆发,通常与下颌震颤有关,通常由两到六个VCM快速连续组成。这些突发事件被单独统计和分析,但不包括在数据分析中。观察到舌头突出,也未计算在内。将评分合并,以评估每只动物的整个综合征的总体严重程度。在14次评分过程中对下颌运动进行量化,并对各组进行比较。在最后五个评级期内得分最高、运动最剧烈的10只氟哌啶醇注射动物构成VCM+组。12只运动最少的药物治疗动物构成VCM-阴性(−)组。其余的药物治疗动物被排除在进一步分析之外。还随机选择了12只VEH治疗的动物进行研究。对所选组进行了统计比较(见下文的数据分析和统计)。

在治疗和停药期后,用氯胺酮(70 mg/kg)和木聚嗪(6 mg/kg)的混合物对每只动物进行腹腔内深度麻醉,并用Tyrode溶液短暂灌注,然后用含有4.0%多聚甲醛和0.25%戊二醛的固定剂溶解在0.1中磷酸盐缓冲液,如果脑组织用于超微结构研究。用于树突状分析的大脑灌注3%多聚甲醛和15%饱和苦味酸磷酸盐缓冲液(Meredith等人,1992年). 在研究的每一部分中,将所有动物的林格氏液和灌流液作为一个批次进行制备,并且这些液体的给药时间保持一致。

电子显微镜制备。灌注后,取出并阻断每个大脑,并将前脑切成70μm的切片。将用电子显微镜(EM)观察的切片提交给“冷冻-解冻”方案(梅雷迪斯和阿伯特诺特,1993年)其中它们在磷酸盐(0.1)中的二甲基亚砜(DMSO)的上升系列(5%、10%和20%)中漂洗)缓冲液,在20%二甲基亚砜溶液中冷冻,并在室温下解冻。

所有切片在10%正常山羊血清(NGS)中预处理过夜,冲洗,并在兔子抗强啡肽A(半岛实验室)中孵育,在0.05中稀释1:1000添加1%NGS的三缓冲盐水,在4°C下培养72小时,然后在生物素化山羊抗兔IgG(1:200)中培养9–12小时,在4℃下培养6小时,在亲和素-生物素复合物中培养6小时。光镜切片的培养基中添加了0.5%的Triton X-100。切片在0.05%3,3′-二氨基联苯胺四氯化氢(DAB)和0.01%H中反应20分钟2O(运行)2如果准备用于光学显微镜,则将其从0.2%的明胶溶液中装入载玻片上,脱水后盖上盖玻片。为EM准备的交替切片在磷酸盐缓冲液中用1%四氧化锇处理30分钟,在乙醇中脱水,嵌入Epon树脂中,并允许在60°C的玻璃载玻片上聚合48小时。将乙酸铀(1%)添加到70%乙醇步骤中,以增加EM中的对比度。然后在光学显微镜下检查所有切片并拍照。小石块,从伏隔核尾壳层的锥体区域切下(图。(图1),1),用新鲜的Epon安装在预固化的塑料块上。使用Reichert OM-U4超薄切片机切割一系列超薄切片,将其安装在狭缝网格上,与柠檬酸铅进行对比,并在Philips 301 EM中进行检查和拍照。为EM制备的组织的免疫染色主要是表面的,因为组织制备中未使用洗涤剂。以70000倍的放大倍数拍摄免疫标记终端,并分析其各种特征。在没有初级抗体的情况下培养的切片没有显示出特异性染色。先前已经用免疫印迹法测试了初级抗血清的特异性,并且没有发现与脑啡肽有明显的交叉反应(Van Bockstaele等人,1995年).

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大鼠伏隔核尾侧水平前脑冠状断面图。核的核心和外壳区域与背内侧区域一样被标记(糖尿病)和球果壳中的锥体区域。CPU、,考特-普塔门。

从伏隔核内相同位置制备的27块标本中收集突触束(图。(图1)1)三组中同等数量的大鼠(每只动物三到五块)。从每个块收集半系列超薄切片(厚度约为90 nm),并安装在网格上。因为免疫反应染色非常浅,所以只在每个区块最浅的2μm处采集切片。以相同的方式在EM中对每个超薄切片进行彻底扫描,并对所有免疫反应阳性且含有可识别囊泡的囊泡进行拍照。最初,共拍摄了5187只强啡肽免疫反应性肉瘤(每只动物400至500只)。从这些数据中,只接受了被认为是突触的神经束(由两名对治疗一无所知的研究人员独立决定)进行分析。当平行的突触前膜和突触后膜明显增厚,并且被一个狭窄的缝隙隔开,突触前薄膜附近至少有三个小泡时,波顿被视为突触(Mijnster等人,1996年). 如果突触后膜的厚度至少是突触前侧的三倍,则认为突触不对称。不连续的突触增厚被判断为穿孔,尽管没有分析连续切片。如果存在明确定义的细胞核,突触靶点被归类为体细胞,如果可以看到脊椎器,突触目标被归类为棘细胞。缺少脊椎器的小结构如果其外膜完整,则被鉴定为树突;那些被破坏或太小而无法识别的突触靶点没有被包括在分析中。发现Bouton包涵体、致密核心囊泡(DCV)和粘连点。

树枝状分析。这部分研究使用了6只VCM+、8只VCM-和8只VEH-处理的动物。取下每个大脑,切下150μm厚的横向切片(图。(图1)1)并进行编码,以便研究人员在任何时候都不知道该动物的治疗方法。切片用浓度为10的4′,6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI)进行复染−7持续10分钟以显示神经元体。使用配备超长工作距离物镜和外荧光的尼康Optiphot 2UD显微镜观察每个切片。将连接到恒流源(Digitimer U.K.)的银线置于玻璃移液管中生物素化路西法黄(LY;Molecular Probes,Eugene,OR)的4%水溶液中。通过使用电动微操作器,将移液管目测引导至每个DAPI染色的细胞核周围。移液管刺穿细胞后,反转1–5nA的正保持电流,并在10分钟内以1–3nA的负电流释放LY。电极电阻保持在80到250 MΩ之间(参见。梅雷迪斯和阿伯特诺特,1993年). 在4到8个神经元细胞内充满LY后,将切片在抗生物素-生物素复合物中在室温下孵育90分钟,并与添加的0.05%DAB和1%硫酸镍铵反应。然后将切片从0.2%的明胶溶液中装入玻璃载玻片上,脱水,盖上盖子。

只有当标记的神经元明确位于伏隔核外壳的中半部分,且树突树填充良好且棘可见时,才能对其进行分析。通过使用尼康显微镜和与硬件和软件(Neurolucida;Microbrightfield,Colchester,VT)耦合的机动平台进行形态分析,以进行神经元重建。环形交叉口的Sholl分析(肖尔,1981年)用于估计枝晶长度。用特殊标记物记录脊柱,脊柱密度表示为长度大于50μm的所有节段每10μm的平均脊柱数(Meredith等人,1995年). 枝晶表面积是通过使用圆锥体截头的表面积公式计算得出的:

表面积=π(1+2)小时2+(12)2,

哪里1是该段开始部分的半径,2是该部分末端的半径,以及小时是长度。还计算了分枝刺和蘑菇刺;前者有一个以上的头部清晰地连接到一个公共轴上(Comery等人,1996年;罗宾逊和科尔布,1997年)如果封头直径大于0.3μm,则指定后者。

数据分析和统计。使用行为评分来评估氟哌啶醇治疗与VEH相比的效果、VCM综合征的发生率及其在一组动物中的持续性,以及神经抑制剂停药对VCM评分的影响。使用重复测量ANOVA对这些数据进行分析,其中一个是介于(VCM+、VCM-和VEH组)之间的方差分析,另一个是在(时间)因素内的方差分析。后hoc将各组与Scheffe’s进行比较t吨测试。

测量所有强啡肽免疫反应突触发作的活性区的横截面表面积和长度,并将其表示为平均值±SEM。将每组动物的值汇总,并使用单向方差分析对各组进行比较。学生的t吨试验用于比较两组。使用方差分析分别比较最大突触终末(大于平均面积的1 SD)。五个突触变量被评定为存在或不存在:(1)不对称突触专门化,(2)对称突触专业化,(3)每个活动区的突触穿孔,(4)靶区的强啡肽免疫反应,以及(5)突触靶区的结构性质,即棘、树突轴、体或其他。这些变量不能用简单的参数统计或无偏见的体视学进行研究,因为数值与体积无关,只记录为存在或不存在。所有数据汇总和统计比较都是在不考虑治疗的情况下进行的。我们选择使用优势比(OR)来分析数据,优势比预测存在某一特定因素时事件发生的概率,并与不存在该因素时事件的发生概率进行比较。曼·惠特尼U型该检验用于评估各组之间的差异,在两次数据亚分析中计算出不匹配的单变量OR。对于这些无与伦比的分析,第页通过使用双尾Fisher精确检验(用于少量观察值的分析)计算值;使用最大似然法计算OR(95%置信区间)。对数值进行了两次比较:(1)氟哌啶醇治疗(VCM+和VCM-)与不治疗(VEH)和(2)异常运动(VCM=)与无异常运动(VCM-和VEH)。

为了分析树突和脊椎数据,对每组的值进行汇总,并使用Kolmogorov–Smirnov检验来评估每个数据集分布的正态性。使用Kruskal–Wallis方差分析对非正态分布的数据集进行比较,然后事后(post-hoc)使用Mann–Whitney进行非参数分析U型测验。使用方差分析对正常数据集进行比较,然后事后(post-hoc)Scheffe测试或Student测试t吨测试,视情况而定。还对各组之间的树突分支顺序进行了比较,以确定形态参数发生改变的树突支的水平。

结果

真空咀嚼的行为测量

本研究中使用了Wistar和Sprague-Dawley大鼠。这些动物的行为数据之前已经公布(Egan等人,1996年;De Souza,2000年). 简言之,这些研究的结果表明,在27-30周的治疗期内,氟哌啶醇组与VEH治疗组相比,VCM逐渐增加(对Sprague-Dawley大鼠的治疗效果,F类= 45.4; df=1;第页= 0.0001; 对于Wistar大鼠,F类= 9.378; df=1;第页= 0.0005; Sprague-Dawley大鼠的治疗-时间交互作用,F类= 3.7; df=13;第页= 0.0001; 而对于Wistar大鼠,F类= 9.496; df=14;第页= 0.0001).

当比较各组之间的VCM评分时,正如预期的那样,两种菌株都有显著的群体效应(第页< 0.0007). 这两种毒株的VCM+大鼠的评级都缓慢上升,因为它们之间存在着群体-时间相互作用(第页< 0.001). 与车辆和VCM−组(Scheffe'st吨测试,VCM+vs VEH,第页= 0.0014; 和VCM+与VCM-,第页=0.003),而VCM−和VEH处理组对这两个菌株没有差异。菌株之间的VCM评级没有差异;~在整个治疗和停药期间,40%的动物表现出VCM显著升高。然而,在停药期间,维斯塔毒株的VCM持续性不如Sprague-Dawley动物明显。同意Tamminga等人(1990年)在停药期结束时,高VCM组Wistar大鼠的VCM评分开始下降至对照值,而Sprague-Dawley大鼠的评分保持在相同的高水平。

强啡肽免疫反应

在光镜水平上,强啡肽免疫染色在所有动物中都是异质的,尤其是在伏隔核(图。(图1,1,,2).2). 主要见于静脉曲张纤维和点状突起,但也见于免疫染色密集的强啡肽能神经丛中的一些细胞体(图。(图2)。2). 在嘴侧水平,富含强啡肽免疫反应纤维和静脉曲张的小区域位于前连合的背侧和外侧(另见Van Bockstaele等人,1994年). 在壳的进一步尾部,在内侧发现了密集的免疫反应区,在核心,在前连合的外侧和上方可以看到小的强烈免疫反应区(图。(图2)。2). 在没有初级抗血清的情况下培养的切片没有显示出特异性免疫反应染色。

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新纹状体和伏隔尾核切片的光显微照片。每个切片都进行了强啡肽免疫反应,并取自经VEH治疗的(A类),VCM负极(B类),或VCM+(C类)老鼠。伏隔核外壳的核心部分(装箱的地区)已在中放大插入每一张显微照片。注意锥体和dm的强烈免疫反应和锐边(图。(图1)1)VCM+鼠壳的面积(C类)与VCM−相比(B类)和VEH处理(A类)动物。注意CPU中的同质强啡肽免疫反应。星号在核的外侧核和壳中标记小的强啡肽阳性区域。注意VCM+中这些小区域的免疫反应强度增加(C类)与VCM−相比(B类)和VEH处理(A类)动物。比例尺:A类,500μm(此比例尺适用于B类C类).

各组间强啡肽免疫反应的强度(而非模式)存在明显差异(图。(图2)。2). 最大的差异出现在尾椎体壳中,其中锥体区域(图。(图1)1)富含强啡肽的免疫反应被一个小而密集的免疫反应带所覆盖,带一个尖锐的边界(dm;图。图1,1,,2,2,插入). 免疫反应强度在贝壳腹侧逐渐减弱。在VCM+大鼠中,椎体和糖尿病区域的边界比其他两组动物的边界更清晰(图。(图2,2,比较C类具有A、 B类). 圆锥体(图。(图1)1)选择进行超微结构分析。

强啡肽免疫活性突触

在EM中,强啡肽免疫反应阳性的轴突和树突散在组织中,但很少有体细胞;免疫标记末端也不常见。所有免疫反应元件的特征是与囊泡相关的电子密度DAB反应产物(图。(图3A–C、E、F). 强啡肽阳性的外周核从未免疫染色,强啡肽免疫反应的树突通常有棘。总共有274个强啡肽免疫反应阳性突触被接受为突触,在三组中分布的数量大致相等。这些突触终末充满了透明的小泡(图。(图3F类)并主要与枝晶形成对称接触(图。(图3B、 F类)(另请参见Van Bockstaele等人,1994年,1995). 在VCM−和VEH治疗组中,强啡肽阳性终末偶尔接触到核仁周围(图。(图3D、 E类)后者通常具有中等棘投射神经元的圆形核膜特征(图。(图3D类). 所有组的强啡肽免疫活性终末都有其他共同特征,如致密核心小泡(图。(图3C类)其特征是远离终末壁和突触前特化(图。(图3C类). 鲍顿包裹体和多泡体(图。(图3B类)与所有终末的3-4%相关;点状粘连和囊泡状突触后压痕罕见。

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VCM+伏隔核外壳的电子显微照片(A–C),VCM负极(D、 E类)和VEH处理(F类)大鼠。A类,强啡肽免疫反应末端接触两个脊椎(箭头指向活动区域);一个联系人(正确的)穿孔。B类,强啡肽免疫反应末端形成一个穿孔的不对称突触(4个穿孔标记为箭头)带有树状轴(丹麦). 注意多泡体(多功能总线)在航站楼内。C类,一个密集的核心囊泡(直流电压)标记为白色箭头.D类,强啡肽阳性端子(星号)与VCM−大鼠的躯体对称接触。注意圆形的无凹陷核膜,表明这是一个中等棘状神经元。E中,端子见D(星号).F、,在VEH治疗的动物中,强啡肽阳性的bouton与树突轴形成对称的突触接触。比例尺:A类,0.5μm(适用于B、 C、,F类);E、,0.1微米;D、,2微米。sp应用程序,脊柱器械。

大多数强啡肽免疫反应终末与一个突触后靶点形成单个突触(图。(图3B、 E、F). 然而,在VEH治疗的大脑中,12%的强啡肽阳性终末和8%的VCM-大脑中,与两个或三个突触后靶点发生突触接触;VCM+大脑中21%的终端接触到多个目标(图。(图3A、 C类). 此外,在VCM+材料中,15%的多触点端子形成三个以上的触点。

VCM+组强啡肽免疫反应终末的平均横截面积比VEH治疗组大13%(表(表1),1),但差异不显著。VCM+动物的强啡肽阳性终末最大(大于平均值1 SD),但与其他两组动物相比没有显著性差异。VCM+动物的强啡肽免疫标记末端更有可能穿孔(图。(图3A、 C类)并形成多个穿孔(图。(图3B类)与其他组相比;然而,差异也不显著(表(表1)。1). VCM+大鼠接触到的强啡肽阳性靶点显著减少[表[表1;1; 比值比为0.44;95%置信区间(0.3–0.7)],形成了明显更不对称的专业化[表[表1;1; 比值比,1.77;95%置信区间(0.3–0.9)],接触的脊椎明显更多[表[表1;1; 比值比为5.79;95%置信区间(2.2–15.1)]和显著减少的枝晶[第页= 0.02; 比值比,0.55;置信区间(1.1–2.9)]。与VCM+组相比,VCM-和VEH-治疗组的Dynorphin阳性终末接触的树突明显更多[表[表1;1; 比值比2.61;95%置信区间(1.5–4.5)]。

表1。

强啡肽能突触波顿特征综述

动物组平均波顿面积(μm2±扫描电镜)平均活性区长度(μm±SEM)突触后密度穿孔突触%强啡肽靶点突触后靶点
脊椎树枝状轴索玛
VEH处理0.53  ± 0.060.32  ± 0.0284%对称8.2%30%3.6%76.8%1-1613.4%
16%不对称
VCM负极0.40  ± 0.050.26  ± 0.0182%对称4.6%41%6.3%77.1%1-1616.1%
18%不对称
虚拟计算机+0.60  ± 0.050.31  ± 0.0273%对称*13.8%23%29.8%56.4%2.1%
27%不对称1-160

比较各组的横截面积和活性区长度(单因素方差分析)。每组的其他突触变量被评定为存在或不存在,比值比用于预测VCM+大鼠中每个变量存在(或不存在)的几率,以及在没有VCM的情况下(VCM-和VEH治疗组联合使用)该特征发生(或不发生)的几率。

与VEH-治疗和VCM-动物相比,

*VCM+大鼠的强啡肽免疫标记终端显著减少对称接触(第页= 0.01),

F1-160层:VCM+大鼠的强啡肽免疫标记末端极有可能以不对称特化结束(第页= 0.035),

VCM+大鼠的强啡肽免疫标记末端与强啡肽阳性靶点的接触显著减少(第页=0.006),以及
VCM+大鼠的强啡肽免疫标记末端与更多脊椎接触(第页= 0.003).

与VCM+动物相比,

F1-161层:VCM−和VEH治疗大鼠的强啡肽免疫标记末端与树突状轴接触显著增多(第页= 0.003).

树枝状轴和棘

VEH治疗大鼠尾壳层中发现的重建神经元显示出典型的结构(图。(图4)。4). 它们有三到六个近端树突状节段、无棘初始树突状轴和密集的棘状远端节段(图。(图44B类). 形态计量学分析显示,各组之间的脊柱密度、弯曲度、树突干表面积和体积存在显著差异(对比图。图55A类具有B、 C、,6). 脊柱密度增加了25%(第页与VEH治疗的大鼠相比,属于VCM+和VCM-动物的神经元(图。(图5,5,,6;6; 表1)。1). 脊椎也出现在VCM+的近端树突状节段上(图。(图55C类)和VCM-大鼠。然而,任何一组的分支或蘑菇状棘的频率没有变化(ANOVA;F类=0.388和第页=0.687,对于分支棘;F类=1.906和第页=0.195(对于蘑菇状脊椎)。

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A、,在VEH治疗的大鼠中,伏隔核外壳中的一个典型神经元充满生物素化LY并与DAB反应。注意到增厚的肉冻状近端树突节(箭头).B、,图中填充神经元的重建A类.

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VEH处理伏隔核外壳中典型中等棘神经元的重建(A类),VCM负极(B类),或VCM+(C类)老鼠。注意弯曲的远端树突状节段(小的箭头)英寸A类和直线段B类(星号)和中C类请注意B类C类与中的相比A类和近端树突节上的棘(大的箭头)英寸C类.

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条形图显示了动物群体之间的显著差异。图表显示脊椎密度(左边),曲折(中间的)和枝晶表面积(正确的)对于VEH(填满酒吧),VCM负极(孵化酒吧)、和VCM+(打开酒吧)动物。这个左边中间的图表显示脊柱密度显著(星号)VCM+和VCM-组的弯曲度均显著增加,且弯曲度显著降低。这个正确的图表显示,与其他两组相比,VCM+大鼠的树突状节段显著减少了表面积。

肖尔(1981)分析显示分支显著增加,即分支点增加47%(第页=0.019)和36%以上的终端段(第页=0.025),与VEH治疗的大鼠相比,VCM+和VCM-。径向树枝状轴的长度增加了25.4%(第页=0.058),神经元的秒数更多(51%;第页=0.030)-,第三(52%;第页=0.047)-,第五(234%;第页=0.029)VCM+和VCM-大鼠的树突状片段顺序高于VEH-治疗动物。与VCM+和VCM-材料相比,VEH处理的大脑中壳层神经元的树突状轴明显更弯曲(第页< 0.01; 图。图5,5,,6).6). 更重要的是,在VCM+大鼠中,树突节段的表面积和体积减少(减少38%;第页=0.03)(图。(图6)。6). VCM−和VEH治疗大鼠的树突体积或表面积没有显著差异(图。(图66).

讨论

这些结果表明,伏隔核外壳中的神经元对慢性氟哌啶醇治疗有明确的结构反应。他们进一步提供了令人信服的证据,证明伏隔核外壳的强啡肽能电路发生了戏剧性和持续性的变化,这些变化与抗精神病药诱导的运动障碍有关。强啡肽能突触接触的改变可能归因于VCM−和VEH处理动物轴齿接触的增加。然而,它更可能涉及VCM+大鼠强啡肽阳性终末的重塑和/或发芽(图。(图7)。7). 强啡肽mRNA显著上调(Egan等人,1994年)这些动物的伏隔壳中中等棘状神经元发生形态学改变(目前的结果)。这些数据提供了明确的证据,表明伏隔核强啡肽能回路的结构变化与运动综合征有关(图。(图77).

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强啡肽免疫反应终末在VCM+动物中发生的假设变化示意图。A、,VEH治疗大鼠伏隔核外壳中发现的典型树突状节段示意图。强啡肽阳性末端(孵化)显示接触树枝状轴和谷氨酸根(填满)以脊椎结尾。B、,VCM+大鼠树突片段的图示。从27周氟哌啶醇治疗中退出18周后,该树突增加了脊柱密度,减少了表面积(见图。图6)6)与经VEH处理的动物相比A类为了应对长期以来强啡肽产量的增加,强啡肽阳性(孵化)轴齿突突触改变形状并扩展到邻近的脊椎。这种生长将允许位于脊椎的受体支撑膜(Svingos等人,1999年)与携带囊泡的末端紧密接触,可能使其发挥功能。因此,这些强啡肽能神经束将在脊椎上形成一个新的突触,具有适当的特异性,即不对称性。此外,新的强啡肽末端(星罗棋布的)可能在轴突萌芽后新形成的脊椎上终止。谷氨酸结尾(固体)接触较老的脊椎。无论新突触的形成方式如何,强啡肽神经元及其突触的这种结构改变都可能以戏剧性和持久的方式改变伏隔回路。

技术考虑因素

强啡肽在VCM+大鼠中的免疫反应强度大于其他组。这可能不是由于假阳性标记引起的,因为抗体特异性已经建立(Pickel等人,1993年)而是强啡肽阳性结构密度的增加。当然,强啡肽能元素的光镜模式在三组之间或与以前的报告中没有差异(Van Bockstaele等人,1994年). 此外,我们控制了固定和免疫细胞化学过程中的变异性(Mijnster等人,1996年). 另一个问题涉及优势比的使用。因为对每只实验动物都进行了多次观察,所以这些数据不能被视为简单的随机样本。如果不考虑这一点而分析这些数据,就会导致偏差估计,导致置信区间虚假地缩小。因此,优势比可以最好地估计预测变量和结果之间的关系,并且通过添加置信区间,可以测试小数据集中发生的影响(Altman等人,1983年;加德纳和奥尔特曼,1986年). 此外,通过使用这些比率进行比较的形态学事件在百分比方面确实显示出明显的增加或减少。

长期抗精神病药物治疗伴随着突触修饰

在实验动物和人类中,神经衰弱诱导的口腔运动障碍发展缓慢,并且在停止药物治疗后可以无限期持续。长期以来,多巴胺受体结合增加一直被认为是一个负责任的因素,越来越多的人支持这种结构基础(参见。Benes等人,1985年;沃丁顿,1990年;Mijnster等人,1996年). 超微结构研究表明背侧纹状体突触的大小和穿孔增加(Benes等人,1985年;梅苏尔和凯西,1989年;Roberts等人,1995年),但没有变化(Benes等人,1985年),上升(Uranova等人,1991年;Kerns等人,1992年)或下降(Roberts等人,1995年)慢性治疗大鼠尾壳核突触密度。持续报道的变化,如穿孔增加,似乎是谷氨酸末端的特异性变化,尽管这些变化可能与VCM的发展有关(Meshul等人,1994年,1996),它们在VCM+大鼠停药后不会持续存在(Roberts等人,1995年). 当然,药物剂量和给药方式可能是影响这些测量的因素,但更重要的是,突触参数或所选区域可能不适合解释行为超敏反应。

为什么是伏隔核的外壳?

此处描述的结构变化见于伏隔核的尾壳层,该区域由腹侧被盖区的多巴胺能纤维密集支配(Voorn等人,1986年;Brog等人,1993年). 这部分外壳与延伸的杏仁核相连,不仅对调节抗精神病药物的作用,而且对应激诱导的运动活动敏化也很重要(阿尔海德和海默,1988年;Deutch和Cameron,1992年;Deutch等人,1992年;Kalivas等人,1993年). 外壳电路参与咀嚼,由多巴胺能药物或进食行为诱导(普林森等人,1994年;凯利和斯旺森,1997年;斯特拉福德和凯利,1997年). 因此,TD综合征可归因于该区域,尤其是因为这些异常的口腔运动在压力和焦虑时会加剧(塔西,1983年).

伏隔核含有高水平的强啡肽及其相关受体(梅雷迪斯,1999;梅苏尔和麦金蒂,2000年). 这种肽的合成和释放主要由多巴胺D1受体的活性调节(Gerfen等人,1990年)富含伏隔核外壳(Bardo and Hammer,1991年). 慢性氟哌啶醇治疗伴随着动物强啡肽mRNA的升高,这些动物出现迟发性但非急性口腔运动(Egan等人,1996年). 强啡肽信息升高可能是对氟哌啶醇引起的其他变化的反应,例如持续内源性多巴胺释放增加D1受体活性或细胞外谷氨酸水平增加(Egan等人,1991年;参见和查普曼,1994年). 当然,κ受体刺激抑制纹状体谷氨酸释放(罗尔斯和麦金蒂,1998年),这表明强啡肽产量的增加是为了补偿谷氨酸盐的升高。

急性分离细胞的斑贴灯记录显示,强啡肽降低神经元钙电流并抑制腺苷酸环化酶活性(Gross等人,1990年). 在一系列研究可卡因即时早期基因诱导的实验中,斯坦纳和格芬(1998)结论:强啡肽可以抑制多巴胺的释放并钝化D1受体的激活。这可能是通过一种负反馈机制发生的,该机制涉及位于多巴胺终末突触前的κ受体(Svingos等人,1999年;梅苏尔和麦金蒂,2000年).

外壳电路的重塑是VCM综合征的基础

树突表面积是突触排列的一个重要参数,因为树突上存在的突触数量与该特征的大小成正比(哈里斯和凯特,1994年). 因此,表面积的减少和新棘的出现将对突触的稳定性产生严重影响(哈尔帕因,2000年). 强啡肽持续升高(Egan等人,1994年)最终需要进行结构调整以适应肽产量的增加。我们以前的一些研究表明,亚慢性氟哌啶醇治疗会改变纹状体阿片样突触的形状(Mijnster等人,1996年). 因此,强啡肽水平的增加可能会导致现有末端形状的改变,这将使触须移动到新形成的脊椎上,远离收缩的树突(图。(图7)。7). 由于这些结果,令人惊讶的是,强啡肽能神经束在VCM+大鼠中没有显著增大。这可能有技术原因。强迫症终末是不常见的,没有收集连续切片,因为这种方法产生的数据点太少,无法进行统计分析。因此,此处记录的二维波顿面积可能没有反映出各组中终端的完整尺寸范围。然而,VCM+大鼠的组织确实包含了所有组中最大的突触和最多数量的双突触或三突触。双突触数量的增加与氟哌啶醇诱导的行为超敏反应有关(Kerns等人,1992年). 与其他组相比,VCM+大鼠的DCV数量也显著增加(数据未显示)。DCV储存肽,其数量的增加将表明强啡肽储存容量的增加(Van Bockstaele等人,1994年).

强啡肽能末端的重塑或萌发

新的突触形成或突触发生也可能是强啡肽能末端(图。(图7),7)尽管VCM+动物纹状体突触总密度可能降低(Roberts等人,1995年). 新的接触不受突触特化的限制,我们的结果表明,不对称特化的增加可以反映新的突触形成(图。(图7),7)突触周转模型中提出的一种可能性(戴森和琼斯,1984年). 强啡肽能终末既不常见不对称连接,也不常见无轴连接(Van Bockstaele等人,1994年,1995). 有证据表明氟哌啶醇在黑质中诱导发芽(Benes等人,1983年)纹状体强啡肽能轴突主要靶向的区域。此外,突触素是一种普遍存在的与突触小泡相关的糖蛋白,被认为是成熟突触存在的直接指标,该蛋白或其mRNA的上调将表明突触的绝对数量增加(Marquèze-Pouey等人,1991年). 最近,我们发现在伏隔壳急性给予氟哌啶醇后突触素mRNA显著增加(E.Hamid、G.Meredith和M.Egan,未发表的观察结果),强啡肽能神经元的轴突侧支很常见。突触素信息的这种早期提升可能是发芽过程中的第一步。

VCM+大鼠强啡肽阳性靶点数量的显著减少可能是因为DAB沉积在脊椎中不如在其他较大结构中明显(Pickel等人,1988年)或者树突状体积减少意味着用于免疫标记的抗原更少。在早期亨廷顿氏病中,纹状体树突在细胞死亡前变长变薄(费兰特等人,1991年). 这种抗精神病药引起的运动障碍的病理生理学基础可能是类似的变化。显然,还需要进一步的工作来充分阐明这些机制。

脚注

这项研究得到了爱尔兰皇家外科学院研究委员会的资助,以及健康研究委员会和威康信托基金的设备资助。我们感谢B.L.Roberts博士对本手稿的有益评论,J.Waddington博士对行为测量的建议,S.Giles博士的技术援助,Ronan Conroy博士的统计帮助。爱尔兰皇家外科学院的媒体服务部提供了宝贵的摄影帮助。

信件应寄至密苏里州堪萨斯城大学医学院基础医学系G.E.Meredith博士,地址:2411 Holmes Road,Kansas City,MO 64108-2792。电子邮件:电子邮件:ude.ckmu@ghtiderem.

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文章来自神经科学杂志由以下人员提供神经科学学会