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比较研究
.2011年3月15日；589（第6部分）：1317-47。
doi:10.1113/jphysiol.2010.201830。 Epub 2011年1月4日。

大鼠和人大脑皮层神经元氯离子转运的成分

鲁道夫·德伊斯 1, 托马斯·纳·莱曼, 彼得·霍恩, 克里斯托夫·德尼基, 罗伯特·尼奇
附属公司
比较研究

大鼠和人大脑皮层神经元氯离子转运的成分

鲁道夫·A·迪斯等。 生理学杂志. .

摘要

大量证据表明，人类致痫组织中GABAA受体介导的神经元抑制的离子梯度受到干扰。提出了两种竞争机制，即向外减少和向内增加氯离子⁻ 运输工具。我们研究了氯的性质⁻ 使用皮质组织切片中的细胞内记录在人和大鼠新皮质神经元（第II/III层）中的转运。我们测量了GABAA受体介导的药物隔离抑制性突触后电位（IPSPA）逆转电位的变化，以估计氯离子梯度和动力学⁻ Cl后流出⁻ 使用选定的氯阻滞剂之前和期间的注射⁻ 路线（速尿、布美他尼、9-蒽羧酸和Cs+）。人类致痫皮层的神经元表现出GABAA受体介导抑制（EIPSP-a）的相当去极化逆转电位，为-61.9±8.3 mV。大约一半的神经元中，EIPSP-a平均为-55.2±5.7 mV，另一半的神经元为68.6±2.3 mV，与大鼠神经元相似（-68.9±2.6 mV）。注入Cl后⁻, IPSPA在人类神经元中恢复，平均时间常数（τ）为19.0±9.6 s（大鼠神经元：7.2±2.4 s）。我们计算了Cl⁻ 根据在不同实验条件下获得的τ值，通过各个路径的挤压速率（1/τ）表明，例如，K+耦合Cl⁻ 转运蛋白KCC2在大鼠神经元中占总比率的45.3%。在人类神经元中，氯的总比率⁻ 挤压较小63.9%，通过KCC2、Na+-K+-2Cl⁻ 转运体NKCC1和电压门控Cl−通道ClC分别比大鼠神经元小80.0%、61.7%和79.9%。相反，通过阴离子交换器的速率在人类神经元中比在大鼠神经元中大14.4%。我们建议（i）KCC2是氯离子的主要途径⁻ 皮层神经元挤压，（ii）KCC2减少是氯离子紊乱的初始步骤⁻ KCC2的调节和（iii）减少有助于人类致痫新皮质神经元的EIPSP-A去极化。

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数字

图1
图1。HENC神经元的突触反应特性
A类，由电流注入引起的各种膜电势下的电压迹线。正向刺激（12 V）在控制条件下引起相当大的去极化（电流注入-0.5 nA至+0.5 nA，0.1 nA增量；E类米：-72.4毫伏；KAc填充微电极）。B类，来自相同神经元的痕迹，如所示A类在CDC-ACSF在场的情况下，显示出明显的IPSPA类在顶部轨迹中（刺激后～25ms的时间到峰值，E类米−72.0 mV，刺激强度12 V）。从这里和整个数字中的空白刺激物可以明显看出刺激的时间。C类，确定E类IPSP-A型在控制中显示的值为−53.8 mV，在存在CDC-ACSF的情况下显示的值是−59.5 mV。D类，直方图E类IPSP-A公司CDC-ACSF存在时HENC神经元中获得的值。注意，多个峰值表明分布不均匀。E类和F类，休息时获得的突触反应痕迹E类米在CDC-ACSF中以及在添加50μ米如图所示的荷包牡丹碱（Bic）。不完全的封锁可能是由于GABA过多。
图2
图2。IPSP的时间进程A类氯化钾填充微电极电流注入停止前后大鼠皮层神经元的变化
A类，ACSF中的记录道(E类米电流注入前（样品5）、电流注入结束后（样品26）和恢复后（样品70）。箭头指示测量点。B类，来自相同神经元的相应痕迹，如A类CDC-ACSF在场(E类米−71.0毫伏）。C类，Cl之前、期间和之后的复合PSP振幅图−注入。箭头指示面板中所示的录制时间A类.如图所示，连续三次注射神经元A类已平均。注意，由于电流注入引起的阶跃超极化，振幅瞬时增加。D类，确定IPSP的时间常数A类振幅恢复。对数据点应用指数拟合显示，对照ACSF（开放符号）中的τ值为7.5 s，CDC-ACSF（填充符号）中的τ值为7.9 s。E类，IPSPτ值直方图A类CDC-ACSF存在时大鼠神经元的恢复，表明分布相当均匀。F类，从各种Cl中恢复的时间常数图−荷载。注入的Cl量−已绘制为电荷（nA×时间）。开放符号表示注入15 nC后获得的数据(n个=11），30海里/小时(n个=22），60海里/小时(n个=84）和120 nC(n个= 16). 填充符号表示使用不同参数（30 nC x 0.5 nA，持续60 s）施加相同电荷获得的数据(n个=11）和60 nC乘以2 nA 30 s(n个= 22)).
图3
图3。速尿对大鼠皮层神经元的影响
A类，两种微量的药物分离的IPSPA类对照组和存在速尿（200μ米). IPSP大约增加了两倍A类该神经元的振幅（从4.6 mV到7.6 mV）对应于驱动力从7.4±2.2 mV到14.8±4.8 mV的平均增加。图中所示的所有数据都是通过填充KCl的微动电极获得的。B类，独立IPSP平均振幅图A类在速尿（200μ米). 数据点之间的间隙约为1分钟，含速尿的CDC-ACSF到达试验箱所需的时间。C类，IPSP图A类振幅与.E类米随增量电流注入变化（从−0.5 nA到+0.6 nA）。数据点的线性回归（未显示）表明E类IPSP-A公司从−65.2毫伏到−55.2毫伏。D类，IPSP图A类面板所示记录中电流注入停止后的振幅E类和F类数据点的指数拟合（未显示）在对照组中产生7秒，在速尿存在下产生13秒。E类，独立IPSP的痕迹A类电流注入前后。所示样品是在电流注入前以及电流注入结束后6、9、12、15、18、21和130秒获得的。面板的比例E类和F类仅指单个记录道。痕迹部分重叠。F类，与面板对应的轨迹E类从200μ米速尿。总结这些数据的条形图如图11所示D类以便于与HENC神经元获得的数据进行比较。
图4
图4。各种拮抗剂对E类米和E类IPSP-A公司在大鼠和HENC神经元中
的绘图E类米和E类IPSP-A公司如图所示，在含有速尿（furo）、布美他尼（bumetanide）或9AC的CDC-ACSF中使用KCl填充微电极获得。面板A类,C类和E类综述拮抗剂对E类米和E类IPSP-A公司如图所示，在大鼠新皮质神经元中。面板B类,D类和F类总结拮抗剂对E类米和E类IPSP-A公司如图所示，HENC神经元。
图5
图5。布美他尼对大鼠神经元的影响
A类，独立IPSP的痕迹A类从充满KCl的微电极注入电流前后。所示样品在电流注入前和电流注入结束后0、2、4、6、8、10和60秒（2 nA，1分钟）在CDC-ACSF中获得。B类，来自相同神经元的痕迹，如所示A类在50μ米布美他尼与面板中显示的痕迹相对应A类.C类，IPSP图A类CDC-ACSF电流注入停止后以及添加50μ米bumetanide（填充方块）。符号表示三次连续注射的平均值。这些曲线表示一个单指数拟合，τ值为6.0 s（CDC-ACSF）和8.7 s（布美他尼）。平均时间常数与HENC神经元的数据一起绘制（见图10D类).D类，独立IPSP的痕迹A类来自CDC-ACSF中的大鼠皮层神经元，并在布美他尼应用10分钟后。
图10
图10。布美他尼对HENC神经元的影响
A类，独立IPSP的样本跟踪A类Cl之前和之后−注入。所示轨迹是在电流注入前和电流注入结束后0、5、10、15、20、25和150秒（2 nA，1分钟）在CDC-ACSF中获得的。B类，来自相同神经元的样本痕迹，如A类在50μ米布美他奈德对应于A类.C类，IPSP图A类Cl停止后的振幅−在CDC-ACSF（方形开口）和添加50μ米bumetanide（填充方块）。符号表示三次连续注射的平均值。曲线表示时间常数为17.4s（CDC-ACSF）和26.4s（布美他尼）的单指数拟合。D类，CDC-ACSF中的平均τ值，以及在大鼠和HENC神经元中添加布美他尼后的平均值。布美奈德分别在10和50μ米但在较高浓度下，其效果并没有增加，因此数据已经汇总。
图6
图6。Cs的影响+在IPSP上A类大鼠神经元的恢复
A类，独立IPSP的痕迹A类从充满KCl的微电极注入电流前后。所示样品是在5 m内获得的米K（K）+CDC-ACSF在电流注入前和电流注入结束后6、9、12、15、18、21和130秒。B类，来自相同神经元的痕迹，如所示A类在2.5 m处米K（K）+和2.5米米铯+CDC-ACSF对应于面板中显示的轨迹A类.面板中的比例B类仅指面板中的单个迹线A类和B类.痕迹部分重叠。C类，平均IPSP图A类面板所示记录电流注入停止后的振幅A类和B类对数据点进行指数拟合，得出5 m内的τ为6.1 s米K（K）+CDC-ACSF（开放符号）和9.5 s（存在2.5 m）米K（K）+和2.5米米铯+（填充符号）。D类，平均IPSP图A类减少[K的时间过程+]o个从5米米至2.5米米并更换2.5 m米K（K）+2.5米米铯+如图所示。
图7
图7。NO的影响三−大鼠神经元注射
A类，独立IPSP的痕迹A类NO之前和之后三−注入。所示样品在电流注入前和电流注入结束后0、10、20、30、40、50和300秒（1 nA，1分钟）在CDC-ACSF中获得。B类，来自相同神经元的痕迹，如所示A类在50μ米9AC，对应面板中显示的轨迹A类.C类，IPSP图A类CDC-ACSF电流注入停止后以及添加50μ米9AC（实心方块）。符号表示三次连续注射的平均值。曲线表示对τ值为24.1s（CDC-ACSF）和30.3s（9AC）的数据的单指数拟合。D类，Cl后平均τ值的绘图−和否三−在50μ米9AC（深灰色柱），存在200μ米速尿（浅灰色柱）。给出的CDC-ACSF值来自9AC系列测量值。
图8
图8。9AC对大鼠皮层神经元的影响
A类，独立IPSP的痕迹A类Cl之前和之后−注入。所示样品在电流注入前和电流注入结束后0、3、6、9、8、12和60秒（1 nA，1分钟）在CDC-ACSF中获得。B类，来自相同神经元的痕迹，如所示A类在50μ米9AC，对应于面板中显示的迹线A类.C类，IPSP图A类Cl停止后的振幅−在CDC-ACSF（方形开口）中注入，添加50μ米9AC（实心方块）。符号表示三次连续注射的平均值。曲线表示时间常数为3.1 s（CDC-ACSF）和4.6 s（9AC）的单指数拟合。
图9
图9。HENC神经元的抑制参数
A类，IPSP直方图A类HENC神经元的恢复时间常数。图中未显示时间常数超过40 s（42.4 s、48.0 s和54.3 s）的三个神经元，以保持图2的缩放比例E类图中显示，16个神经元的τ值<12s，20个神经元的σ值在12-20s之间，24个神经元的θ值>20s。B类，的绘图E类IPSP-A公司与IPSP的τA类Cl后的回收−注入。C类，驱动力图(E类米–E类IPSP公司)用KCl填充微电极记录HENC神经元的神经元与。IPSP的时间常数A类恢复。
图11
图11。速尿对IPSPτ的影响A类HENC神经元的恢复
A类和B类，IPSP痕迹A类CDC-ACSF中的HENC神经元(A类)在200μ米速尿(B类). 时间刻度指的是两组记录道。Cl结束前0、10、20、30、40、50和260秒的记录道−注入部分叠加。C类，平均IPSP图A类CDC-ACSF（开平方）和CDC-ACSF+200μ米速尿（填充方块）。绘制的曲线表示与数据点的指数拟合，τ值分别为9.7 s和25.0 s。D类、CDC-ACSF中大鼠和HENC神经元的平均τ以及200μ米CDC-ACSF中的速尿。
图12
图12。Cs的影响+在IPSP上A类HENC神经元的恢复τ
A类，IPSP痕迹A类Cl前和Cl后5、10、15、20、25、30和90秒−在CDC-ACSF的HENC神经元内注射（1 nA，1分钟）。B类，CDC-ACSF中同一神经元的踪迹与[K的一半+]o个替换为Cs+Cl结束前和结束后0、5、10、15、20、25和90秒−注射（1 nA，1分钟）。注意小的自发IPSPA类（箭头）。C类，平均IPSP图A类Cl停止后的振幅−CDC-ASCF（方形开口）中的注射和Cs的存在+（填充正方形）A类和B类曲线表示数据的指数拟合（对照：10.3s；Cs+：15.4秒）。D类，IPSP平均τ值图A类在CDC-ACSF中恢复5 m米K（K）+，在[K减少后+]o个至2.5米米（左立柱），以及施加2.5 m米K（K）++2.5米米铯+在CDC-ACSF中（右栏）。
图13
图13。IPSP公司A类NO后恢复三−HENC神经元注射
A类，微量药物分离的IPSPA类在NO停止前以及停止后0、10、20、30、40、50和260秒获得三−注入。振幅可能受到初始AP（截断）的轻微影响。时间刻度是指单个记录道。痕迹部分重叠。B类，IPSP图A类面板所示神经元6次注射的振幅平均值A类曲线表示数据点的指数拟合，表明衰减τ为34.2 s。C类，IPSP的比较A类从Cl中恢复τ值−或否三−如图所示，对大鼠和HENC神经元进行注射。
图14
图14。9AC对HENC神经元的影响
A类和B类，IPSP痕迹A类来自CDC-ACSF的HENC神经元(A类)在50μ米9AC（9AC）(B类). 时间刻度是指单个记录道。Cl结束前和结束后0、5、10、15、20、25和260s的迹线−注入部分叠加。C类，平均IPSP图A类三个连续Cl的振幅−CDC-ACSF（方形开口）和CDC-ACSF加50μ米9AC（实心方块）。这些曲线表示对数据点的指数拟合，τ值分别为17.6 s和18.7 s。D类，绘制CDC-ACSF中以及在大鼠和HENC神经元中添加9AC后恢复时间常数的平均值。
图15
图15。大鼠和HENC神经元氯离子平均排出率
A类，Cl速率图−在大鼠和HENC神经元中获得挤压。列表示总Cl的比率−挤压和通过各种途径的速率根据方程式（1）-（5）计算。开放列和填充列分别表示来自大鼠和HENC神经元的数据。的图形表示s.e.m.公司。未给出，因为某些值（KCC2和AE）只能从平均τ值计算得出。B类，Cl变化图−2.5 m剂量对单个大鼠和HENC神经元的挤压速率米铯+四个挤压速率相对较高的HENC神经元表现出轻微的Cs效应+而CDC-ACSF中5个相对较低比率的神经元表现出边际效应。
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参考文献

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