東北小鯢松果體神經(jīng)元自發(fā)電活動的胚后發(fā)育

王麗文, 鄧昕旸, 梁傳成, 王 勇, 彭 霞

(1. 沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學(xué) 實驗教學(xué)中心, 沈陽 110034)

?

東北小鯢松果體神經(jīng)元自發(fā)電活動的胚后發(fā)育

王麗文1, 鄧昕旸1, 梁傳成1, 王 勇2, 彭 霞2

(1. 沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學(xué) 實驗教學(xué)中心, 沈陽 110034)

探討東北小鯢松果體神經(jīng)元自發(fā)電活動的胚后發(fā)育變化。應(yīng)用微電極電生理技術(shù),對東北小鯢松果體神經(jīng)元的自發(fā)放電活動進(jìn)行在體胞外記錄。結(jié)果表明,松果體神經(jīng)元的自發(fā)放電有4種形式:單個放電、連續(xù)單個放電、簇狀放電和連續(xù)簇狀放電。后肢芽期有3種放電形式,沒有記錄到連續(xù)簇狀放電。各發(fā)育時期都以單個放電和連續(xù)放電為主,但所占比例有所不同。單個放電和連續(xù)放電幅度隨發(fā)育的進(jìn)行呈下降的趨勢,其均值變化更為明顯。隨著發(fā)育的進(jìn)行,單個放電和連續(xù)簇狀放電頻率均隨之增加,在變態(tài)期達(dá)最大。變態(tài)期和成體期簇狀放電無明顯變化,連續(xù)放電在成體期則降低。結(jié)論:神經(jīng)元電活動形式隨著松果體的發(fā)育逐漸多樣化,放電幅度和頻率隨之發(fā)生變化。

東北小鯢; 松果體; 自發(fā)電活動; 胚后發(fā)育

0 引 言

東北小鯢(HynobiusleechiiBoulenger)隸屬于兩棲綱,有尾目,小鯢科,小鯢屬,是有尾兩棲動物小鯢科的代表動物,水生向陸生的過渡類群,在進(jìn)化過程中占有重要地位。其分布范圍狹窄,主要分布于朝鮮半島及我國東北長白山脈的部分地區(qū)[1]。對其及近緣種間腦發(fā)育的研究多在形態(tài)學(xué)和組織學(xué)上[2-5],前期對中華蟾蜍原始大腦皮層和嗅球神經(jīng)元自發(fā)電活動的胚后發(fā)育進(jìn)行了報道[6-7]。松果體是腦內(nèi)一種重要的神經(jīng)內(nèi)分泌器官,可分泌多種肽類和生物胺類(如褪黑素melatonin)激素,主要參與生物節(jié)律、免疫力、生殖功能和體溫調(diào)節(jié)等過程[9-15]。其電生理學(xué)特性的胚后發(fā)育未見報道。應(yīng)用微電極電生理學(xué)技術(shù),對東北小鯢的松果體在胚后發(fā)育3個典型時期進(jìn)行了電生理學(xué)特性研究,探討東北小鯢胚后各階段端腦松果體電活動的發(fā)育特性,以期充實有尾兩棲動物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的資料。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

實驗所用的東北小鯢成體和受精卵袋均采自遼寧省本溪市大石湖自然保護(hù)區(qū)。卵袋在實驗室條件下自行孵化,獲得各期東北小鯢胚體。以馬連第等人對東北小鯢的胚胎和胚后發(fā)育分期為標(biāo)準(zhǔn)[15],后肢芽期、變態(tài)完成期和成體期3個典型時期東北小鯢各5例。

1.2 自發(fā)放電的測定

應(yīng)用微電極電生理技術(shù),對東北小鯢胚后松果體神經(jīng)元3個典型時期的自發(fā)放電活動進(jìn)行體胞外記錄。常規(guī)手術(shù)方法暴露不同發(fā)育時期東北小鯢的腦,找到松果體。用西北光學(xué)儀器廠生產(chǎn)WF-2型微電極推進(jìn)器,將內(nèi)充3 mol/L KCl、尖端直徑小于1 μm、阻抗5～15 MΩ的玻璃微電極插入松果體中。放電信號經(jīng)由高阻微電極放大器(成都儀器廠,WF-IB型)后進(jìn)入信號采集處理系統(tǒng)(成都儀器廠,RM6240型),在計算機上觀察并記錄松果體神經(jīng)元的電活動。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗結(jié)果中的數(shù)據(jù)用SPSS 16.0和Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析并作圖,采用單因素方差分析(One Way ANOVA)和Tukey’s多重比較分析各組之間的差異性,文中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示(mean±SD),P<0.05即認(rèn)為差異顯著。

2 結(jié) 果

2.1 胚后各階段松果體神經(jīng)元的自發(fā)放電

實驗共記錄到單個放電、連續(xù)放電、簇狀放電和連續(xù)簇狀放電4種放電類型(圖1),不同發(fā)育時期的放電類型不盡相同。在后肢芽期有3種放電形式,沒有記錄到連續(xù)簇狀放電。3個典型發(fā)育時期都以單個放電和連續(xù)放電為主,后肢芽期單個放電和連續(xù)放電分別為52.6%和36.8%;變態(tài)期單個放電和連續(xù)放電分別為40.7%和33.3%;成體期單個放電和連續(xù)放電分別為33.3% 和40.7%。

(a)—單個放電; (b)—簇狀放電; (c)—連續(xù)放電; (d)—連續(xù)簇狀放電

2.2 胚后各階段松果體神經(jīng)元自發(fā)放電的電生理學(xué)特性

對東北小鯢胚后發(fā)育各階段松果體神經(jīng)元的單個放電、簇狀放電和連續(xù)放電的放電幅度以及連續(xù)單個和簇狀放電的放電頻率進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果見圖2。圖2表明,松果體神經(jīng)元3種類型的放電幅度隨發(fā)育的進(jìn)行呈下降趨勢,其均值變化更為明顯。后肢芽期和成體期差異顯著(P<0.05)。圖2還顯示松果體的2種放電頻率均在變態(tài)期達(dá)最大,差異顯著(P<0.05)。但變態(tài)期和成體期簇狀放電無明顯變化,連續(xù)放電在成體期則降低,差異顯著(P<0.05)。

1—后肢芽期; 2—變態(tài)期; 3—成體期

3 討 論

松果體是一內(nèi)源性器官,位于兩大腦半球之間,第3腦室上部[8]。低等動物的松果體是具有感光作用的光感受器;高等動物的松果體失去了感光功能成為內(nèi)分泌腺。人的松果體在兒童時期較為發(fā)達(dá),成體后逐漸萎縮,可參與睡眠與覺醒、情緒與智力等神經(jīng)活動。松果體分泌的褪黑素,參與下丘腦-腦垂體-性腺軸的調(diào)節(jié),與機體的代謝、體溫節(jié)律的調(diào)節(jié)有關(guān)[12-14]。對于鳥類和兩棲爬行類動物,松果體則是晝夜節(jié)律的生物鐘。低等脊椎動物的松果體對體溫變化反應(yīng)敏感,可能也具有一定的體溫調(diào)節(jié)的作用[10-11]。東北小鯢的松果體在發(fā)育不同階段的功能還不得而知,但實驗結(jié)果表明,不同發(fā)育時期松果體的自發(fā)放電均以單個放電和連續(xù)放電為主。且早期連續(xù)放電很不規(guī)律,成體期才出現(xiàn)規(guī)律的連續(xù)放電,這可能與神經(jīng)元的成熟有關(guān)。從放電幅度看,松果體神經(jīng)元3種類型的放電幅度隨發(fā)育的進(jìn)行呈下降的趨勢,后肢芽期和變態(tài)期的連續(xù)放電幅度和簇狀放電幅度均遠(yuǎn)大于成體期。這可能與后肢芽期松果體內(nèi)細(xì)胞增殖較為明顯,而在成體期時松果體細(xì)胞減少有關(guān)[16]。這與中華蟾蜍端腦發(fā)育相似。在兩棲動物胚胎發(fā)育的早期,神經(jīng)元的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過端腦發(fā)育完善后最終擁有神經(jīng)元的數(shù)量,大部分神經(jīng)元和神經(jīng)元前體在胚胎發(fā)育過程中發(fā)生凋亡。原因可能是為塑造端腦大體形態(tài)、創(chuàng)造神經(jīng)軸突生長的環(huán)境和線路而調(diào)節(jié)端腦內(nèi)不同細(xì)胞群體的比例,清除異常發(fā)育的部分[17-19]。此外,東北小鯢松果體放電頻率的均值隨發(fā)育的進(jìn)行增高,成體期略有降低,但與變態(tài)期沒有顯著差異。而連續(xù)放電的頻率降低明顯,與變態(tài)期差異顯著。這同樣與發(fā)育過程中神經(jīng)元的凋亡有關(guān)[18]。約有20%～90%的神經(jīng)元在端腦發(fā)育過程中發(fā)生了退化、衰退和死亡。神經(jīng)系統(tǒng)通過細(xì)胞凋亡在數(shù)量上調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)不同細(xì)胞群體的比例塑造其大體形態(tài),為神經(jīng)元軸突生長創(chuàng)造環(huán)境,從而建立起神經(jīng)元間的突觸聯(lián)系,形成成熟的功能性神經(jīng)細(xì)胞,使其功能進(jìn)一步完善。本實驗結(jié)果也表明了這一發(fā)育特點,神經(jīng)細(xì)胞在發(fā)育過程中的增殖和退化可能是導(dǎo)致某些自發(fā)放電形式的數(shù)量、幅度或頻率出現(xiàn)差異的原因[19-20]。這也說明在變態(tài)期松果體細(xì)胞較為活躍,表明松果體器官發(fā)育與發(fā)育期間的代謝活動有一定關(guān)系,可能與高等動物的松果體在成體后萎縮相類似[12]。

[1]劉明玉,解玉浩,季達(dá)明,等. 中國脊椎動物大全[M]. 沈陽:遼寧大學(xué)出版社, 1999:477-478.

[2]HOFFMAN H R. The olfactory bulb, accessory olfactory bulb, and hemisphere of some anurans[J]. J Comp Neurol, 1963,120:318-368.

[3]王暢,畢遠(yuǎn)閣,王歡歡,等. 亞成體中華蟾蜍端腦形態(tài)學(xué)與組織學(xué)的初步研究[J]. 四川動物, 2009,28(1):35-39.

[4]ZHOU Y Y, SHAO R, LIANG C C, et al. Histological studies on the telencephalon ofHynobiusleechiiatthe metamorphosis phase and the adult phase[J]. Neurosci Bull, 2009,25(3):196-202.

[5]WANG H H, LI L Y,WANG L W, et al. Morphological and histological studies on the telencephalon of the salamander Onychodactylus fischeri[J]. Neurosci Bull, 2007,23(3):170-174.

[6]彭霞,鄭妍,王云,等. 中華大蟾蜍胚后原始大腦皮層神經(jīng)元自發(fā)電活動的發(fā)育變化[J]. 沈陽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014,32(2):320-324.

[7]PENG X, SUN M, LIANG C C. Developing changes of spontaneous electrical activities of olfactory bulb inBufobufogargarizansafter embryo[J]. Agricultural Science & Technology, 2014,(10):1751-1753.

[8]秦立強,童建. 松果體對大鼠體溫節(jié)律的研究[J]. 中國行為醫(yī)學(xué)科學(xué), 1999,8(2):91-92.

[9]童建,秦立強,王道錦. 松果體和視交叉上核對大鼠體溫晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)機制[J]. 航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程, 2000,13(2):101-103.

[10]王喆. 荒漠沙蜥松果復(fù)合體影響體溫調(diào)節(jié)的生理生化機制研究[D]. 蘭州:蘭州大學(xué), 2004.

[11]李心樂. 斑馬魚松果體對視覺敏感性生物鐘的維持作用及長時記憶缺陷突變體的篩選[D]. 天津:南開大學(xué), 2013.

[12]MAEEHI M M, BRUCE J N. Human pineal physiology and functional significance of melatonin[J]. Front Neuroendocrinol, 2004,25(3/4):177-195.

[13]王衛(wèi)東,邱昌恩. 松果體與褪黑素[J]. 生物學(xué)通報, 2000,35(5):26-30.

[14]MARRIN K, DRUST B, GREGSON W, et al. A meta-analytic approach to quantify the dose-response relationship between melatonin and core temperature[J]. Eur J Appl Physiol, 2013,113(9):2323-2329.

[15]馬連第,馬德坤. 千山產(chǎn)東北小鯢的早期發(fā)育[J]. 動物學(xué)雜志, 1994,29(2):46-51.

[16]周瑩瑩. 東北小鯢間腦發(fā)生及發(fā)育的組織學(xué)及電生理學(xué)特性研究[D]. 沈陽:沈陽師范大學(xué), 2010.

[17]解謙. 脊椎動物從水生到陸生的結(jié)構(gòu)演變[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2003,23(4):384-386.

[18]NARUSE I, KEINO H. Apoptosis in the developing CNS[J]. Prog Neurobiol, 1995,47(2):135.

[19]BARINAGA M. Death gives birth to the nervous system,but how?[J]. Science, 1993,259:762-763.

[20]LIANG C C, BIAN S K, PENG X, et al. Studies on spontaneous firing in olfactory bulb ofBufobufogargarizansin hibernation and after hibernation[J]. Neural Regeneration Research, 2011,6(11):865-869.

Postembryonic development of spontaneous electrical activities of the neurons in pineal gland ofHynobiusleechiiBoulenger

WANGLiwen1,DENGXinyang1,LIANGChuancheng1,WANGYong2,PENGXia2

(1. College of Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Experiment Center, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

To probe into developing changes of spontaneous electrical activities of the neurons pineal gland inHynobiusleechiiBoulenger in postembryonic phase, microelectrode technique was used to record extracellularly spontaneous electrical activities of neurons in pineal gland ofHynobiusleechiiBoulenger in postembryonic phase. Results: Single, consecutive single, burst, and consecutive burst spontaneous firing were recorded in pineal gland, in which three kinds of spontaneous firings were recorded in hindilimb except the consecutive burst spontaneous firing. Single spontaneous firing was predominant, and different in every development phase. Following the development of pineal gland, the firing amplitudes of single and consecutive single spontaneous firing have a downward trend, the mean change is apparently. The firing frequencies of the single and consecutive burst spontaneous firing were increased and achieved the largest in abnormal phase. Burst spontaneous firing had no significant change in abnormal and adult phase, while the consecutive single spontaneous firing had a drop in adult phase. Conclusions: Following the development of pineal gland, the neuronal firing amplitudes and firing frequencies changed and the neuronal electrical activities showed diversification.

Hynobiusleechii; pineal gland; spontaneous electrical activities; postembryonic phase

2016-05-23。

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目(L2011196)。

王麗文(1956-),女,遼寧鐵嶺人,沈陽師范大學(xué)教授; 通信作者: 彭霞(1966-),女,湖南龍山人,沈陽師范大學(xué)高級實驗師。

1673-5862(2016)04-0389-04

Q424

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.002