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大鼠中脑多巴胺能神经元经6-羟多巴胺损伤后纹状体神经元多巴胺受体及传入纤维的变化帕金森病(PD)的主要病理变化是中脑黑质(SN)多巴胺(DA)能神经元渐进性地变性、丢失。疾病的症状出现,主要是大脑基底神经节许多部位在各种病理因素作用下逐渐失去代偿的结果。
中脑SN在损伤后可能存在的代偿机制会涉及不同方面。SN神经元损伤后,其靶结构---纹状体内的DA受体会随之发生变化。以往对PD纹状体神经元DA受体变化的观察时间短、结果不尽相同。本研究用免疫组织化学和Westernblotting方法观察6-羟多巴胺(6-OHDA)单侧损毁SN的PD大鼠模型在损伤后2、4、8、16、32、64周纹状体神经元(包括其在黑质网状部的末梢)的DA受体变化,发现D2多巴胺受体(D2R)在损伤侧纹状体从2周时开始上调,16周达到高峰后回落,直到64周仍高于正常水平。与D2R相反,D1多巴胺受体(D1R)在损伤侧纹状体从2周下调,8周以后恢复到正常水平;同时,D1R免疫反应在损伤侧SN持续减弱且显现免疫阳性区域的面积减小。结果表明6-OHDA损伤中脑DA能神经元可以导致纹状体内DA受体不同亚型产生不同的代偿反应,这可能与PD的病理进程和病状有关。
中脑DA能神经元损伤后,纹状体内的DA受体不但有数量改变而且在细胞局部分布上也发生了变化。本研究用包埋前免疫胶体金电镜方法,研究了6-OHDA单侧损毁的大鼠PD模型在损伤后4周和16周的纹状体内D1R和D2R的变化。结果发现,损伤后4周D1R的减少主要表现在纹状体中等棘刺神经元树突的棘突而不在树突主干或胞体;16周时,损伤侧纹状体中等棘刺神经元棘突和树突主干上的D1R数量减少,胞体的D1R数量却明显增多。损伤后4周和16周,损伤侧标记D2R的胶体金颗粒增多均主要见于中等棘刺神经元树突的棘突和树突主干而不在而胞体。没有发现这两种受体在神经元胞膜和胞浆分布上有任何改变,但看到这两种受体在突触外分布增多。这些变化在PD症状产生和使用左旋多巴(L-DOPA)治疗所产生副作用的机制方面具有明显意义。
在PD,SN的DA能神经元丢失可能引发皮层纹状体通路活动的增强。皮层纹状体纤维与纹状体内含D1R或D2R的神经元形成突触,目前尚不知是哪一类突触活动增强。我们用免疫胶体金电镜方法,在超微结构水平上分析了6-OHDA单侧损毁大鼠PD模型的损伤侧和正常侧纹状体内带D1R或D2R神经元树突棘与皮层传入纤维末梢形成的不对称突触的形态学特征,对该突触以及其中的穿通型不对称突触数量进行了定量观察。结果显示,损伤侧纹状体内含有D1R的树突棘的穿通型不对称突触增加了61%,但含有D2R的树突棘的穿通型不对称突触数量没有增加。带D1R神经元参与的不对称突触后致密带的长度和突触前末梢的面积也有一定增加,但带D2R神经元参与的不对称突触上没有发现这样的变化。这些结果说明在损伤后,与基底神经节直接通路中的带D1R神经元相突触的皮层纹状体纤维非常活跃。这种使直接通路活跃的机制可能对PD状态下的直接通路活动过低起一定代偿作用。
中脑DA能神经元损伤后出现的代偿反应还包括残余DA能神经元的发芽再生。这些再生纤维究竟是与纹状体带D1R神经元还是和带D2R神经元形成突触以及末梢内D2R的表达状况还都不清楚。本研究进行单侧、部分损毁黑质致密部(SNpc)DA能神经元后,发现2周后损伤侧纹状体背侧DA能纤维几乎完全消失,到16周尽管SN的DA能神经元未见任何恢复,但纹状体背侧的酪氨酸羟化酶(TH)免疫染色强度却有明显恢复,说明存在着DA能纤维再生的现象。用TH免疫组织化学DAB染色后在电镜下观察,再生的DA能纤维末梢与正常末梢相比面积更大、有更多的突触小泡和大泡,表明再生末梢能释放更多的DA。用TH和D1R/D2R免疫双标电镜观察发现,纹状体内再生DA能纤维D2R表达减少,再生纤维更多与纹状体带D2R神经元形成突触而较少与带D1R神经元形成突触。这可能打破了DA释放与重摄取的平衡以及基底神经节的直接通路与间接通路之间活动的平衡,可能是PD运动障碍和L-DOPA治疗产生副作用的原因。