（神经生物学专业论文）牛磺酸对听觉下丘神经核团的功能调控作用.pdf

中国科学技术大学博士学位论文 摘要 牛磺酸是哺乳动物中枢神经系统中含量最为丰富的游离氨基酸之一，具有许多 公认的生理功能。在听觉系统中，一些证据表明，牛磺酸也是一种非常重要的参 与生理过程的物质。在病理情况下，如癫痫发作时，处于听觉脑干中的下丘神经 核团中的牛磺酸浓度显著升高。侧脑室注射牛磺酸能显著提高刺激下丘诱导癫痫 的电流阂值。这些实验观察都提示，在中枢听觉系统中，牛磺酸具有保护作用。 此外，无论是早产的婴儿还是新生的小猫，食物中添加牛磺酸都可以促进其听觉 脑干诱发电位的成熟，提示牛磺酸在听觉系统发育中具有重要意义。尽管有证据 表明牛磺酸在听觉系统中具有保护作用并对正常发育而言不可缺少，但人们对其 在中枢听觉系统中的作用机制尚不明了。更重要的是，在中枢听觉系统中，神经 信号传导是否受牛磺酸的调节或调制也完全不清楚。 在哺乳动物的中枢听觉通路上，下丘核团同时接收上行和下行投射，是一个非 常重要的突触整合中心。另外，下丘中牛磺酸含量相对比较高。因此，本研究以 大鼠下丘作为实验标本，运用全细胞膜片钳技术，首先研究了牛磺酸在大鼠下丘 神经元中的电生理和药理性质，随后在下丘脑片标本上进一步研究了牛磺酸对神 经元兴奋性以及突触传递的调控作用。主要实验结果如下。 1 牛磺酸激活大鼠下丘神经元甘氨酸受体 当钳制电压为一6 0m v ，氯离子平衡电位接近om v 时，牛磺酸在分离的下丘神 经元上激活一个内向电流，其半效激活浓度为o 3 7 m m 。牛磺酸激活电流的反转电 位接近氯离子平衡电位的理论值。无论是低浓度( 1m m ) 还是高浓度( 1 0m m ) 牛磺 酸，其激活的电流都能被甘氨酸受体拮抗剂士的宁几乎全部抑制，而基本不受 g a b a ( a ) 受体拮抗剂荷包牡丹碱影响。当以顺序给药方式施加牛磺酸和甘氨酸时， 随着牛磺酸浓度的逐渐增大，后继甘氨酸电流逐渐减小。而当牛磺酸和甘氨酸都 为饱和浓度时，牛磺酸和甘氨酸激活电流彼此交互脱敏。这些实验结果充分表明 牛磺酸激活大鼠下丘神经元甘氨酸受体。该结论在脑片实验中也得到了证实，在 该实验中，牛磺酸激活的电流也能被士的宁完全阻断而不受荷包牡丹碱的影响。 既然牛磺酸在中枢神经系统，包括下丘中表达量非常高，因此有理由相信在该听 觉脑区，除了甘氨酸之外，牛磺酸是甘氨酸受体的另一个内源性配体。 中国科学技术大学博士学位论文 2 牛磺酸降低大鼠下丘神经元兴奋性 当下丘神经元处于静息电位和电流钳模式时，可以记录到部分缨魍的自发放。 利用这种类型的神经元，本课题研究了牛磺酸对于神经元自发放的作用。对于所 己录的全部神经元，lm m 牛磺酸都能抑制其自发放电活动。而且，牛磺酸的这种 作用不受g a b a ( a ) 受体拮抗剂荷包牡丹碱( 1 0p m ) 的影响。然而在甘氨酸受体拮抗 剂存在的情况下，牛磺酸不再抑制神经元的自发放活动。同样地，对于向神经元 注入正电流诱发的动作电位，牛磺酸也具有抑制作用，这种抑制作用同样能被士 的宁所阻断。另外，当注入更大的电流时，牛磺酸对诱发动作电位的抑制作用能 被逆转，表明受体介导的电学分流机制参与其中。总之，这些实验结果说明牛磺 酸能够降低下丘神经元的兴奋性，药理学的实验则进步阐明了该作用是由于甘 氨酸受体激活所导致。 3 牛磺酸减弱大鼠下丘神经元突触传入效能 与先前的报道一致，脑片置于正常人工脑脊液中时，单独刺激下丘联合或外侧 丘系，在下丘神经元上通常能诱导出一个混合的突触后反应。该反应由谷氨酸能 兴奋性突触后反应与g a b a 能和甘氨酸能抑制性突触后成分组成。尽管不同神经 元之间，各种成分的比例构成并不一样。但是对于所有记录的神经元，牛磺酸都 能极大减弱下丘联合和外侧丘系诱导的突触后反应。为了进一步了解牛磺酸抑制 突触传递的作用机制，本论文工作分别研究了牛磺酸对药理学分离的抑制性和兴 奋性反应的作用。结论是牛磺酸同样地能减弱下丘神经元抑制性突触后反应。而 对于兴奋性突触后反应，牛磺酸则无显著作用。 本课题从单细胞和脑片水平上研究了牛磺酸在中枢听觉系统中的作用，证明牛 磺酸激活大鼠下丘神经元甘氨酸受体、降低下丘神经元兴奋性和突触传入效能。 所有这些结果，对于最终了解牛磺酸在中枢听觉系统中的功能意义无疑具有重要 指导意义。但依旧有许多问题尚未回答，例如，虽然证明了牛磺酸减弱大鼠下丘 神经元的突触传入，然而其具体的作用机制却并不完全清楚。除了由甘氨酸受体 激活介导的电学分流效应，推测突触前神经递质和突触后受体也有可能参与了这 一过程，需要更多的实验来作深入的了解。 关键浔：牛磺酸：中枢听觉系统：下丘：大鼠；全细胞膜片钳：甘氪酸受体；g a b a ( a ) 受体；士的宁：荷包牡丹碱；膜电导；神经元兴奋性；突触传递 i i 中国科学技术大学博士学位论文 a b s t r a c t t a u r i n e ( t a u ) i so n eo ft h em o s ta b u n d a i l t 厅e e 蛳i n oa c i d si n 也em a m m a l i a l l c e m r a ln e r v o u ss y s t e ma r l di th a sm a n yp u t a t i v ec e r e b r a lf h n c t i o n s i nt h ea u d i t o r y s y s t e m ，s e v e r a l1 i n e so fe v i d e n c es h o wt h a tt a ui s a l s oa 士1 i m p o r c a n ts u b s t a n c ef o r p h y s i o l o g i c a lf h n c t i o n s u n d e rp l m o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，s u c h a ss e i z u r e s ，t h e r ei sa s i g n i f i c a n t i n c r e a s ei nt h ec o n c e n 仃a t i o no ft a uj nt h ei n f c r i o rc o l l i c u l u s i n 订a c e r e b r o v e n t r i c u l a ra d m i n i s t r a t i o no ft 扎s i g n m c a n t l ye l e v a t e s l e 廿1 r e s h o l do f e l e c t r i c a lc u 玎e n t sn e c e s s a r yt oi n i t i a t e s e i z l l r e a c t i v i t ) r 丘o mt l l e i n f c r i o rc o l l i c u l u s ， t h e s eo b s e n ，a t i o n ss u g g e s tap r o t e c t i v er 0 1 eo ft a ui nt h ec e n 砌a u d | t o r ys y s t e m 1 1 1 a d d i t i o n ，t 狐s u p p l e m e mi nd i e th a sb e e nr 印o r t e dt oi m p r o v et h em a t i l r a t i o no ft h e a u d i t o r yb r a i n s t e mr e s p o n s ei np r e t e mi n f h n t sa n dn e w b o m1 ( i t t e n s ，w h i c hs i g n a l sa s a l u t a r yr o l eo f1 a uf o rt h cn o r i n a ld e v e l o p m e n to f 1 ea u d i t o r ys y s t e m d e s p i t e 血e i m p 嘣a n tm k o ft a ui np h y s i o l o g i c a lp m 舰t i o na n dd e v e i o p m e n t ，i t sp h y s i 0 1 0 9 i c a l r o l ei n 缸衄i o n so f 虹忙c e n 订a la u d i t o r ys y g t e mi ss t i l lp o o r l yu n d e r s t o o d w h e 血e rt h e n e u r o t r a n s m i s s i o no f 也ec e n t r a la u d i t o r ys y s t e mi sr e g u l a t e do rm o d u l a t e d b yt a u i sn o t c l e a r i i nm e a u d i t o r yp a 吐1 w a y so fm a m m a l s ，m e i r l f b r i o rc o l l i c u l u sr e c e i v e sb o 血a a l e r e n t a n de f r e r e n tp r o j e c t i o n sa 1 1 di sam 苟o rs y n a p t i ci n t e 伊砒i o nc e n t e r b e s i d e s ，m e r ei sa c o n s i d e r a b l e 锄o u n to ft a ui nt h ei n f e r i o rc 0 1 l i c u l u s t h u s ，协t h cp r c s e ms t u d y it o o k r a ti n f e r i o rc o l l i c u l u sa st h ee x p 鲥m e n 词p r e p a r a d o n 晰mt e c h l l i q u e so fw h o l e e d l p a t c h - c l 锄pr e c o r d i n g s ，i f i r s ts t u d i e dt l l c e l e c 仃o p h y s i o l o g i c a l a 1 1 dp h a m a c o l o g i c a l p m p e n i e s o ft a u a c t i v a t e dc 咐e n t si n a c u t e l yd i s s o c i a 把dn e u m n so fr a t i e r i o r c o l l i c u l u s ，a n dm e ni 如m l e ri n v e s t i g a t e d 血ee 仃e c t so f1 1 a uo nt h en e u r a le x c i t a b i l 畸 a n ds y n 印t i ct r a l l s m i s s i o ni nb r a i ns l i c e so fr a ti 疵r i o rc o l l i c u l u s t h ef o l l o w i n ga r e s u m m a 巧o f t h em a j o rf i n d i n g s ： l - r i a ua c t i v a t e dg 黟c i n er e c e p t o r si nn e u r o n so fr a ti n f e r i o rc o i l i c u l u s a tah o l d i n gp o t e n t i a io f “om va n du 1 1 d e rac o n d i t i o no fc h l o 咖ee q u i l i b r i u m p o t e n t i a ln e a rom v ，t h ua c t i v a t e da 1 1i n w a r dc u r r e ma n di t s h a l f _ m a x i m a la c t i v a t i o n c o n c e n t r a t i o nw a s e 印烈t oo 3 7m m t h e m e a s u r e dr e v e r s a lp o t e n t i a lo fn n l a c t i v a t e d i 中国科学技术大学博士学位论文 c u r r e n t s 啪sc l o s et ot h e o r e t i c a lc h l o r i d ee q u i l i b r i u mp o t e n t i a l t h ec u r r e n t se v o k e db y t a ua tb o t hl o w ( 1m m ) a n dh i 曲( 1 0m m ) c o n c e m r a t i o n sw e r ea l m o s tc o m p l e t e l y i 1 1 1 1 i b i t e db ys t r y c h n i n e ( s t r ) ，ag l y c i i l er e c e p t o ra m a g o n i s t 1 1 1 et a u a c t i v a t e dc u h e n t ， h o w e v e r ，、v a sn o ta 丘b c t e db yb i c u c u l l i n e ( b i c ) ，ag a b a ( a ) r e c e p t o ra n t a g o n i s t t ，ma t i n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o n s p r o g r e s s i v e l yr c d u c e dt h c c u e n t r e s p o n s et os u b s e q u e n t g l y c i n ea p p l i c a t i o n a ts a t u r a t e d c o n c e n 打a t i o n s ，t 她一a c t i v a t e d c u r r e ma n d g l y c i n e _ a c t i v a t e d c u r r e n tw e r e m u t u a l l y c m s s d e s e n s i t i z e d b y e a c ho m e lt h e s e f i n d i n g si n d i c a t e t h a tt a ua c t i v a t e sg l y c i n er e c e p t o r si nn e u r o n so fr a ti n f e r i o rc o l l i c u l u s t h i sc o n c l u s i o nw a sc o n f i 咖e d b y l es u b s e q u e n t b r a i n s l i c e 咖d y i nw h i c h t a u a c t i v a t e dc u r r e n t sc o u l da l s ob em l l yb l o c k c db y3 ms 廿b u tn o ta 船c t e d b yl0 肛mb i c s i n c et 缸i se x p r e s s e d a tl l i 曲锄o u mi nt h ec c n 廿a ln e r v o u s s y s t e m ，i n c l u d i n g t l l ei n f e r i o rc o l l i c i i l u s ，i ti sr e a s o n a b l et oc o n c l u d et l m tt a u ，o t h c rt h a n g l y c i n e ，i s a n o t h e r e n d o g e n o u sl i g a l l di nt h i sc e n t r a la u d i t o r yr e g i o n 2 1 a ud e c r e a s e dt h en e u r o n a l e x c i t a b i i i t yo f 豫t i n f b o rc o u i c u l u s w i t hb r a i ns l i c ep r e p 撇t i o n ，s p o n t a n e o u sf i r i n gc o u l db er e c o r d e du i l d e rc u r r e m c l a m pc o n m t i o n a tr e s t i n gp o t e m i a li i las u b p o p u l a t i o no fr a ti n f e r i o rc o l l i c u l u sn e u r o n s t h ce 彘c to ft 加o n s p o n 诅n e o u s 僦n g w 翘t h e ns 枷i e di nm e s e 黜n s t 乱，a p p l i e d b yp e r f u s i o na t lm m ，啪s a l w a y so b s e r v e dt oi n l l i b i ts p o n t a n e o l l s6 r i n go f a l ln e u r o n s r e c o r d e d m o r e o v e r ，证l cs e l e c t i v eg a b a ( a ) r e c 印t o ra n t a g o n i s tb i c ( 1 0p m ) d i dn o t a 妇奄c tt h ee f r e c to f7 r a u w h i l ei nt h ep r e s e n c eo f g l y c i n er e c e p t o ra n t a g o n i s ts 仃( 3 l m ) ， n m h e r a p p l i c a t i o no f t a u c o u l dn o tr e d u c ef i 血ga n ym o r e 1 1 1 ee 虢c t0 f t a uo ne v o k e d f i r i n go f r a ti n f e r i o rc o l l i c u l u sn e u r o n s w a sa l s oi n v e s t i g a t e d t a ua t1m m 、a sf b l l 工l dt o r e v e r s i b l yd 印r e s s 矗r i n g o fa l ln e u r o se v o k e db yp o s i t i v ec u h 锄t i n j e c t i o n t h i s d 印r e s s i o nw a s n o ts e n s i t i v et og a b a ( a ) r e c e p t o r s a n t a g o n i s t ，b u tr e v e r s e db yg l y c i n e r e c e p t o r sa m a g o n j s t a n dw a ss u m o u n t a b l e b yi n c r e a s i l l gc u r r e n ti 巧e c t i o n ，i m p l i c a t i n ga r e c e p t o r - m e d i a t e ds h u n tm e c h a n i s m t a k e nt o g e 血e r 廿1 e s eo b s e a t i o n ss h o wt h a tt a u d e c r e a s e st h ee x c i t a b i l i 谚o fr a ti n f e r i o rc o l l i c u l u sn e u r o n s 趾dt l l e p h a h n a c 0 1 0 9 i c a l e x p e r i m e n t s 缸也e rd e m o n s t r a t et h a t 也i se 船c ti sm e d i a t e db yt h ea c t i v a t i o no f g l y c i n e r e c e u t o r s 中国科学技术大学博士学位论文 3 t h ur e d u c e ds y n a p t i ci n p u t so fr a ti n f b r i o rc o i l i c u l u sn e u r o n s i na g r e e m e n tw i m p r e v i o u sr 印o n s ，t 1 1 ee l e c 廿i c a ls t i m u l a t i o no fm e c o m m i s s u r eo f m ei 疵r i o rc o i l i c u l u s ( c i c ) a 1 1 dt h ei a t e r a ll 锄n i s c u s ( l l ) p a m w a y t y p i c a l l ye l i c i t e da p o s t s y n a p t i cr e s p o n s ew i 廿lm u l t i p l ec o m p o n e n t si ni n f e r i o rc 0 1 l i c u i u sn e u r o n s i tw a s c o m p o s e do fg l u t a m a t e r g i ce x c i t a t o r yp o s t s y n 印t i cr e s p o n s e s a 1 1 d g a b a e r g i ca n d g l y c i n e r g i ci n h i b i t o r yp o s t s y n a p t i cr e s p o n s e s d e s p i t eo fv a r i e dp r o p o r t i o no fe a c h c o 瑚p o n e n ta c r o s sn e u r o n s ，t a u 啪sf b u l l dt og r e a n yr e d u c eb o t hc i c - a 1 1 dl l e v o k e d p o s t s y n a p t i cr e s p o n s e si na l ln e u r o n sf e c o r d e d i no r d e rt o 姚e rl e 锄t h em e c h a n i s m o f1 矶a c t i o no nt h es y n a p t i ct r a n s m i s s i o n ，t h ee 丘宅c to f7 i h uo np h 删a c o i o g i c a i l y i s 0 1 a t e d i i l h i b i t o r y a i l d e x c i t a t o r yp o s t s y i l a p t i c r e s p o n s e s w a sa l s o i n v e s t i g a t e d s i m i l 盯l y ，t a uw a s f o l l n dt or e d u c et l l ei n h i b i t o r yp o s t s y n a p t i cr c s p o n s e si nt h en e u r o n s o f r a ti l l f 宅r i o rc 0 1 1 i l u l u s b u tm e e x c i t a t o r yp o s t s y 舱p t i cr e s p o n s e sw e r en o ta 矗宅c t e db y t a u a p p l i c a t i o n i ns a r y ，也ep r e s e ms t u d yi n v e 8 t i g a t e dt l l er 0 1 eo ft a ui i l 也ec e m r a la u d i t o r y s y s t e m i ni s 0 1 a t e d s i n 弭e c e l l sa n di nb r a i ns i i c e so ft 1 1 ei n f e r i o r c o l l i c u i u s ，a n d d e l o n s n 砒e dt 1 1 a tt h ua c 廿v a t e sg i y c i n er e c e p t o r s ，d e c r e a s e se x c i 切b i l i t ya i l d s y n 印t i c i n p m s i nr a ti n f 甜o rc o l l i c u l u sn e u m n s a l lt h e s er e s u l t sa r es u r et os 1 1 e dal i g h to nm e s t u d ya i m e dt ol e 锄t h e 如n c t i o n a ls i 卿f i c a n c eo ft 撕i n 也ec e 曲a la u d i 衄ys y s t e m t h e r ea r es m is o m eu n a i l s w e r e dq u e s t i o n s f o r e x a m p l e ，t a uw a sd e m o n s t r a t e dt o r e d u c e 1 es y n a p t i ci n p u t so fr a ti n f e r i o rc o l l i c u l u sn e u r o n st 1 1 e p r e s e n ts t l l d yb u tt 1 1 e d e t a i l e d l u l d e r i y i n g m e c h a l l j s mi s n o t 吼d e r s t o o d a p a n 矗o m 血ee l e c 仃i c s h u n t m e d i a t e d b y 廿1 e a c t i v a t e d g l y c i n er e c 印t o r s ，t h ep r e s y n a p i t c t r a r l s m i n e r sa 1 1 d p o s t s ”印t i cr e c 印t o r sm a y a l s ob ei n v o l v e di nm i s p r o c e s s f u n h e rs t u d i e sa r en e e d e d t oa d d r e s st l i sj s s u e 铆w d 脑? t a u r i n e ；c e n t r a la u d i t o r ys y s t e m ；i n f e r i o rc 0 1 i i c u l u s ；r a t ；w h o l e c e l lp a t c h c l a m p ；g l y c i i l er e c e p t o r ；g a b a ( a ) r e c e p t o r ；s n _ y c h i n e ；b i c u c u l l i n e ； m e m b r a n ec o n d u c 诅n c e ；n e u r a le x c i l i 可；s y n a p t i ct r a l l s m i s s i o n v 中国科学技术大学博士学位论文 1 1 前言 第一章牛磺酸与中枢神经系统 牛磺酸( t a u r i n e ) ，即2 一氨基乙磺酸，因最早从牛胆汁中分离提纯而得名。牛 磺酸是一种含硫的p 氨基酸，其分子结构式( h 2 n c h 2 c h 2 一s 0 3 h ) 如图1 1 所示。 与其简单的分子结构形成鲜明对照，牛磺酸在动物体内具有广泛的分布和复杂的 生理作用。在中枢神经系统中，牛磺酸具有神经抑制性，是一种有效的抗j 嘛厥药： 发育过程中，牛磺酸缺乏会导致小脑组织不正常以及相应的功能障碍；牛磺酸对 于视网膜结构和功能的维持是必需的。关于牛磺酸是否是一种神经递质，神经调 质，都是或都不是，争论一直在继续。另外，牛磺酸具有渗透压调节功能，还可 能是一种抗氧化剂。 图1 1 牛磺酸分子结构式 牛磺酸从1 8 2 7 年发现至今已有将近二百年的历史。这期间，无数学者通过辛 勤劳动积累了丰富多样的牛磺酸研究资料 3 3 ，3 4 ，6 8 】。本章简要总结了牛磺酸在动 物体内的合成代谢途径和牛磺酸在中枢神经系统中的分布。在此基础之上，本章 重点介绍了牛磺酸在神经系统中的功能作用，包括牛磺酸研究的新方向牛磺 酸与突触可塑性。 1 2 牛磺酸在动物体内的代谢 虽然通常被称为氨基酸，但是牛磺酸却与众不同，它不是羧基氨基酸而是磺酸。 不像真正的氨基酸，牛磺酸不参与合成蛋白，因此在许多组织，如骨骼肌、心肌 以及大脑中。牛磺酸都是最丰富的游离氨基酸之一。 尽管牛磺酸在哺乳动物体内无所不在，但是很多高等动物都失去了合成足够量 牛磺酸以维持全身水平的能力。这些种属，包括猫和人，必须从膳食中摄取牛磺 中国科学技术大学博士学位论文 酸。对于那些能合成牛磺酸的动物，合成的主要场所是肝脏。虽然牛磺酸可能在 抗氧化和调节神经元兴奋性方面有重要作用，但是中枢神经系统中牛磺酸的合成 几乎没有什么代谢价值。 动物体内，牛磺酸由必需氨基酸甲硫氨酸及其相关的非必需氨基酸半胱氨酸合 成。由半胱氨酸转化为牛磺酸有四条公认的途径，图1 2 列出了其中三种。本质上， 这三条途径的差异体现在硫的氧化和脱羧发生的先后顺序上。半胱氨酸中硫的氧 化价是2 ，经过中间状态+ 2 氧化为牛磺酸中的+ 4 状态。脱羧可以直接发生在+ 2 状 态或者+ 4 状态，也可以间接发生在2 状态。第四条途径包括了以下顺序，即半胱氨 酸，胱氨酸，胱氨酸二亚砜，胱胺二亚砜，亚牛磺酸到牛磺酸。这些途径可以分 别命名为c s a 脱羧酶途径，磺基丙氨酸脱羧酶途径，半胱胺加双氧酶途径和二亚 砜途径。第五条途径是牛磺酸还可以从无机硫和丝氨酸合成而不经过中间的半胱 氨酸。这个途径可称作p a p s 途径。哺乳动物中，牛磺酸以游离的形式或胆汁酸盐 的形式( 如牛磺胆酸) 排泄。由于不能与a t p 合成相耦联，硫氧化代谢生成的能量 不能为哺乳动物所利用。 图1 2 动物体内牛磺酸代谢途径【5 】 许多种属的中枢神经系统都能够将半胱氨酸转化为牛磺酸。然而几乎所有关于 中国科学技术大学博士学位论文 大脑中牛磺酸生物合成的研究，酶的活性都是在底物为饱和浓度的条件下得出的。 通常，这个浓度远远超过了大脑中的实际浓度。因此，测量得到的反应组织中牛 磺酸合成的比率并没有太多的生理相关性。 哺乳动物体内的牛磺酸代谢仅仅是生物界硫循环的一个小部分。在生物圈里， 硫酸盐经微生物还原为硫化物，又由动物、微生物和植物氧化为硫酸盐和牛磺酸。 牛磺酸从动物体内排出，被特定的微生物氧化为硫酸盐，最终完成了整个循环过 程。 1 3 牛磺酸在中枢神经系统中的分布 牛磺酸在生物界中的分布可以简述为：动物界中含量丰富( 原生动物除外) ， 其他生物界中含量低或者缺失。关于牛磺酸在大脑和脊髓中的浓度，有大量文献 报道。总体上，牛磺酸在不同脑组织中含量不尽相同，而对于给定的结构，牛磺 酸的微观分布却趋于一致。对于猫而言，牛磺酸在脑皮层和小脑中含量很高。嗅 球是另一个富含牛磺酸的区域。大鼠脑组织中牛磺酸分布与猫基本类似，表1 1 列 出了大鼠主要脑区的牛磺酸含量。 在所有检测过的种属中，视网膜中牛磺酸水平都超过了大脑中的含量。甚至即 使其它组织中牛磺酸水平很低的种属，视网膜中牛磺酸含量也很高。对于哺乳动 物而言，种属之间含量相当恒定，其中狒狒为2 9 岬o l f 1 视网膜湿重，豚鼠为3 2 ， 猫为4 3 ，大鼠为5 0 ，兔子为5 2 。小鼠只有1 6 ，是个例外。爬行动物和两栖动物 通常是哺乳动物含量的四分之一到三分之一，其中青蛙为1 0 肛m o l g 1 湿重。分泌 器官，例如松果体，垂体和神经垂体，牛磺酸含量尤其高，甚至超过6 0 肛l o i - g 。1 湿重。 中枢神经系统中，所有类型细胞似乎都含有牛磺酸。红藻氨酸破坏神经元胞体 而不伤害胶质细胞。单侧注入大鼠纹状体，和未受损侧相比，红藻氨酸引起整个 组织牛磺酸含量减少1 4 ，脑组织p 2 部分( 突触体和线粒体部分) 牛磺酸减少2 9 。通过选择性破坏小脑颗粒或星形细胞测量组织牛磺酸水平，也表明牛磺酸在 很多细胞类型都存在。据报道，兔的大脑皮层中，牛磺酸和其它神经活性氨基酸 在胶质和突触体中比神经元细胞体核周体中浓度高。胶质瘤也含有牛磺酸。 p i n c h e do f r 神经末梢，或突触体，是研究较透彻的标本。突触体中牛磺酸浓度 与全组织的相近，而几乎所有其它氨基酸的浓度都比全组织中的低，从而导致突 中国科学技术大学博士学位论文 触体牛磺酸浓度相对较高。突触体中突触囊泡的牛磺酸含量更加丰富。因此，牛 的大脑皮层中牛磺酸浓度是2 5 6 ”m o l g 。蛋白，相当于标本中9 9 茚三酮阳性物 质。突触体和突触囊泡中的相应数据为1 1 o 肛l o l 菩1 蛋白( 1 2 9 ) 和5 5 9 岬o l g 1 蛋白( 3 7 4 ) 。但是突触囊泡中牛磺酸的含量仅占脑组织牛磺酸总量的一小部分。 突触囊泡中含有不到0 ，0 4 岬o l 牛磺酸每克全脑组织。考虑到牛磺酸似乎在所有突 触体和突触囊泡中都有表达，因而牛磺酸的这种定位并不能作为其行使递质功能 的证据。 表1 1 大鼠主要脑区的牛磺酸含量( 单位：n m o l ，m gp r o t e i n ) 1 5 5 l 脑区牛磺酸脑区牛磺酸 t e l e n c e p h a l o nh y p o t h a i m u s f o m a lc o r t e x5 0 3 士9 6m e d i a l p r e l ) p t i cn u c l e u s 3 3 0 士3 4 p a r i e t a lc o r t e x7 1 1 士8 8l a 把r a lp r e o p t i ca r e a3 9 4 “6 i n g u l a rc o r t e x8 2 3 士u 2pe 】帆e 】僦c u l a rn u c l e u s3 6 _ 3 士3 6 t e m p a r a lc o n e x 7 1 1 士6 4 s u p r a o p t i cn u c l e u s 5 8 8 士8 9 c i n g u l a t ec o r t e x 6 2 _ 3 士1 0 4p a r a v e 蹦c u l a ri m c l e u s3 9 2 士5 3 p 蜘f o 珊c o n c x 8 9 5 土1 7 6 s u p m c h i a s m a t i cm l c l e u s 4 9 9 士5 7 e n t o r h i n a lc o r t e x8 1 5 士2 4 a n t e r i o r l y p o t l l a l 锄i cn u c l e u s 4 4 7 士4 1 o c c i p i t a lc o r t e x 7 4 3 士1 2 8m e d i a l le m i n e n c c5 7 4 士6 6 h i p p o c a m p u s 7 3 8 士4 56 c u a t en u c l e u s4 2 3 土4 6 d e m a t e g ”u s 7 6 7 士4 8v e n 缸d m e d i a ln u c l e l l s3 1 6 士4 1 s u b i c u l u m7 3 5 土1 7 5d 0 r s o m e d i a lr m c l e u s3 6 0 士3 3 c a u d 砒e - p u t a m e n 6 6 9 士1 0 1l a t e r a lh y p o t l l a l a m i ca r e a2 7 6 士3 7 p 崩n a m i l l a i yn u c l e i 2 6 4 士3 2 p o n sp o s t e r i o rh y p o m a l 锄i cn u c l e u s3 3 2 士5 4 p o n t i n en u c l e i2 0 4 士2 _ 3 m a i l l i l l a r ) rb o d y 3 9 1 士5 5 t b g m e n t u mp o n t i s 2 6 3 土3 7 l o c u sc c m l e u s2 2 o 士2 4m i d b r a i n r e t i c u l a rf j m a t i o n2 1 4 士2 - 3s u b 咖m i a 1 1 i 掣a 4 5 5 士2 8 i n t e r p e d u n c u l a rn u c l e u s 3 8 6 士5 0 m e d u l l a o b l o n g a t a r e dn u c l e u s2 8 9 士5 5 m o t o rf h c i a ln u c l e u s3 3 5 士4 7c e n t r a lg r a ym a n e r2 8 1 士3 o i n f c r i o ro l i v e3 4 5 士3 1d r o s a lm p h en u c l e u s2 2 9 士2 4 s e n s o r yt r i g e m i n a ln u c l e u s 2 5 1 士2 9 s u p e r i o rc o l l i c u l u s 2 8 4 士5 1 n u c l e u so f t h es o l i t a r yn _ a c t2 9 2 士4 oh l f e r i o rc o l l i c u l u s2 2 9 士3 1 r e t i c u l a rf o n n a t i o n1 9 2 士1 - 8 c e r e b e l l u m6 0 1 士7 2 视网膜的层状结构使得对其组成细胞进行分割和解析成为可能 9 】。视网膜中大 约有三分之二的牛磺酸位于光感受器细胞层。外核层浓度最高，其体积的9 5 都 4 中国科学技术大学博士学位论文 是光感受器，剩下的5 是胶质细胞 5 6 】。无论是遗传性营养不良或者实验操作造 成的光感受器缺乏动物，测量结果均证实了牛磺酸在光感受器层的分布。因此， 对于所谓的皇家外科医院( t h er o y a lc o i i e g eo f s u r g e o n s ，r c s ) 大鼠，出生后的前几 个星期光感受器层出现退化。相应地，视网膜牛磺酸水平降到正常大鼠的2 5 。 同样地，感受器营养不良的小鼠，视网膜中牛磺酸水平偏低。 有两种新的方法用于检测牛磺酸在大脑中的分布：免疫细胞化学和脑透析。针 对牛磺酸一戊二醛一清蛋白复合物制作的抗体用于脑片，牛磺酸样的免疫反应的 分布即可确定 4 5 】。用这种方法发现，牛磺酸在小脑和海马都有高选择性的分布。 但是这种方法也存在一些局限性，比如膜对血清的渗透性的差异，血清的特异性， 以及组织置备过程中是否有牛磺酸丢失等等。另一种新技术一定程度上降低了不 确定性。基本的脑透析技术大约3 0 年前就建立了，但是直到灵敏的高效液相色谱 ( h p l c ) 分析技术的发展才能真正应用于神经化学物质的测量。利用这种技术，发 现齿状回，纹状体，皮层，海马和嗅球胞外牛磺酸浓度分别为2 0 6 蝉l o l ，1 2 3 眦1 0 l ， 1 5 3 岬o l ，6u m o l 和1 1 岬1 0 1 2 9 ，3 6 ，4 l 】。在神经活性氨基酸之中，牛磺酸在胞外 液中最为丰富。 钾去极化导致胞外g a b a 和预载的d a s p a r t a t e 释放的急剧上升。牛磺酸释放 也有上升，只是变化速度比较温和并且当k 十水平回到正常水平之后仍能持续一段 时间。 发育的大脑中牛磺酸浓度最高，而这个时期其它氨基酸浓度趋于低水平。随着 发育的进行，牛磺酸浓度下降，成年动物中牛磺酸水平是新生动物的三分之一左 右。无论是人，还是猴子、小鼠、兔子和大鼠，都符合这种发展模式。这种发育 模式在昆虫中也是如此。 视网