頸動(dòng)脈體對(duì)IL-1β和急性缺氧刺激的反應(yīng).pdf

1、應(yīng)激是機(jī)體在面對(duì)環(huán)境中不利因素時(shí)，實(shí)際或認(rèn)知上的要求與適應(yīng)和應(yīng)付能力之間的不平衡所導(dǎo)致的身心緊張狀態(tài)及其反應(yīng)。對(duì)應(yīng)激環(huán)路和調(diào)控機(jī)制的研究對(duì)闡明多種疾病的發(fā)病機(jī)理及尋找針對(duì)應(yīng)激（包括軍事應(yīng)激）的應(yīng)對(duì)措施有重要的意義。應(yīng)激反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)中各系統(tǒng)共同反應(yīng)的綜合體現(xiàn)。隨著研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)并不是各自為政、獨(dú)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(diào)控。一般認(rèn)為，CNS通過(guò)下丘腦－垂體－腎上腺軸、下丘腦－垂體－性腺軸以及植物性神經(jīng)系統(tǒng)等傳出通路調(diào)控和影響免疫、內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能1-4。內(nèi)分泌系統(tǒng)也通過(guò)一些靶腺激素的反饋機(jī)制影響CNS的功能。但是，免疫系統(tǒng)是通過(guò)何種途徑影響CNS功能的？外周血液中的細(xì)胞因子是通過(guò)怎樣的方式將“信息”傳遞給CNS的？一直是個(gè)未解之謎。 在機(jī)體遭受病原體刺激早期，外周免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞即迅速作出反應(yīng)，釋放出多種促炎性細(xì)胞

3、因子，如：IL-1β、TNFα、IL-6、IFNγ等。一些研究發(fā)現(xiàn)，在免疫應(yīng)激或者感染的情況下，IL-1β是中樞性發(fā)熱反應(yīng)的始動(dòng)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(diǎn)，因而幾乎不能通過(guò)血腦屏障（blood brain barrier，BBB）6。有人認(rèn)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(guò)這些區(qū)域進(jìn)

4、入CNS；還有人認(rèn)為細(xì)胞因子可能在與腦血管內(nèi)皮細(xì)胞上的受體結(jié)合后，產(chǎn)生一些下游分子（例如前列腺素E2 等），將外周免疫信號(hào)傳遞入腦4,7。然而，資料表明通過(guò)這些途徑入腦的細(xì)胞因子量很少8。最近，外周感覺(jué)神經(jīng)，尤其是迷走神經(jīng)的感覺(jué)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(guān)注9,10。一些研究者發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)一些分支的終末或者神經(jīng)末梢旁的多巴胺能細(xì)胞（這些細(xì)胞常聚集成團(tuán)稱為迷走神經(jīng)旁神經(jīng)節(jié)，受迷走神經(jīng)傳入纖維支配）具有

5、IL-1β等細(xì)胞因子的結(jié)合位點(diǎn)11；推測(cè)細(xì)胞因子可能通過(guò)直接刺激迷走神經(jīng)末梢，或通過(guò)旁神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的換能，引起迷走神經(jīng)傳入纖維放電頻率的改變，向CNS傳遞外周免疫刺激信號(hào)12。 哺乳動(dòng)物的頸動(dòng)脈體（carotid body, CB）是一個(gè)位于頸動(dòng)脈血管分叉處的血運(yùn)極其豐富的器官。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，CB是重要的外周化學(xué)感受器，可以非常精確、靈敏地感受動(dòng)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(xué)感受功能的多樣性和復(fù)雜性。 根據(jù)解剖學(xué)的分類，CB也屬于旁神經(jīng)節(jié)。同迷走神經(jīng)旁神經(jīng)節(jié)一樣15，CB也是由主細(xì)胞（球細(xì)胞，I型細(xì)胞）和支持細(xì)胞（II型細(xì)胞）組成；其球細(xì)胞是多巴胺能細(xì)胞，可以合成、儲(chǔ)存、分泌兒茶酚胺類遞質(zhì)。我們實(shí)驗(yàn)室前期的工作發(fā)現(xiàn)，在正常大鼠的球細(xì)胞上有強(qiáng)烈的IL-1 受體I型（IL-1RI）16和IL-6 受體17表達(dá)。因

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

8、遞質(zhì)。另外，PC12 細(xì)胞在NGF誘導(dǎo)下可以分化成具有交感神經(jīng)元特性的細(xì)胞18，因此，PC12 細(xì)胞作為一種細(xì)胞模型，被廣泛用于神經(jīng)元的藥理、生理學(xué)研究19-21。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，PC12 細(xì)胞同CB的球細(xì)胞具有很多類似之處。例如：PC12 細(xì)胞和CB的球細(xì)胞膜上都有氧敏感的鉀通道22,23，PC12細(xì)胞也可以感受低氧、低pH等刺激。在組織學(xué)上，腎上腺嗜鉻細(xì)胞和CB細(xì)胞都起源于神經(jīng)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(jīng)遞質(zhì)13,24。大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)發(fā)現(xiàn)，PC12 細(xì)胞和CB球細(xì)胞具有很多生理學(xué)、藥理學(xué)的共性25-27。因此，PC12 細(xì)胞也被廣泛用作外周化學(xué)感受性細(xì)胞（如CB球細(xì)胞）功能研究的細(xì)胞模型和工具細(xì)胞。 在本研究中，我們綜合應(yīng)用免疫細(xì)胞化學(xué)技術(shù)、膜片鉗技術(shù)、鈣成像技術(shù)、在體胞外記錄技術(shù)以及離體和在體的電化學(xué)分析檢測(cè)等技術(shù)，首先用PC12 細(xì)胞模型研究了外源性IL-1β刺激對(duì)

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

11、分布。電生理結(jié)果表明，IL-1β可以通過(guò)和胞膜上特異的受體結(jié)合，濃度依賴性地抑制PC12 細(xì)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(xì)胞膜超極化，并可引起[Ca2+]I迅速升高。 （2）全細(xì)胞膜片鉗記錄和鈣成像結(jié)果顯示，胞外給予IL-1β可以顯著地抑制CB球細(xì)胞外向型鉀電流的幅度，并可導(dǎo)致[Ca2+]I迅速升高。在體的細(xì)胞記錄結(jié)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(qiáng)。進(jìn)一步的研究提示，CB球細(xì)胞感受IL-1β刺激的突觸傳遞過(guò)程可能有ATP的參與，而DA在這一過(guò)程中可能不起主要作用。 （3）與以往的離體實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反，在體情況下實(shí)驗(yàn)性急性缺氧引起CB內(nèi)兒茶酚胺類遞質(zhì)的釋放急劇降低，且這種效應(yīng)可以被切斷CB的傳入神經(jīng)CSN所消除或者減弱。進(jìn)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(xiàn)報(bào)道的結(jié)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(jiàn)CSN放電頻率的明顯改變；③DA可能通過(guò)D1或者D2受體引起CB球細(xì)胞內(nèi)吞作用增強(qiáng)。④腺苷（adenosine）可引起缺氧誘導(dǎo)的離體CB釋放Cas減少。 主要結(jié)論： （1）PC12細(xì)胞對(duì)胞外IL-1β刺激起反應(yīng)； （2）CB及其傳入神經(jīng)C