下丘脑中神经肽的分布及其功能的研究进展

下丘脑中神经肽的分布及其功能的研究进展

神经功能的最初发现是在20世纪30年代初。1931年,VonEuler和Gadden从动物肠组织中提取出一种称为P物质(Substancep,SP)的肽。1954年DuVignead分离纯化下丘脑神经分泌细胞所分泌的加压素和催产素,并首次确定其结构,后来发现加压素和催产素是肽类物质,因此将此类神经元称为肽能神经元,所分泌的物质称为神经肽(neuropeptide)。神经肽既能起递质或调质的作用,又能起激素的作用,使神经和内分泌两大系统的功能有机结合,共同调节机体各器官的活动。神经肽的发现是神经生物学的一个重大突破,而其在下丘脑这一既是神经中枢,又是内分泌器官中的研究已成为当前神经科学研究中最为活跃的领域之一。下丘脑中存在多种神经肽,当今所发现的大部分神经肽均可在下丘脑中找到。近年来研究较多的脑神经肽有:1室旁核多态性发育中vp的分布和功能包括催产素(Oxytocin,OT)和加压素(Vasopressin,VP)。两者均为9肽,下丘脑大细胞神经分泌系统中OT和VP免疫反应神经元不仅存在于视上核、室旁核内,而且广泛分布于各大细胞神经分泌副核中。刘波等在鸡下丘脑视上核,室旁核的中部和后部,视交叉上核,视前大细胞核,室周弓状核,下丘脑外侧核和室周核及第三脑室室管膜和脑基底神经胶质板上均发现有VP阳性神经元,正中隆起、视上背交叉和隔内侧区还存在大量的VP阳性纤维末梢,并观察到VP阳性细胞在鸡下丘脑的分布与OT免疫反应神经元在鸡下丘脑的定位有共同的区域,但也存在一定的差异,如视交叉上核出现了VP阳性小细胞,而OT阳性细胞却不分布于此核,而在室旁核,OT阳性细胞的分布多于VP阳性小细胞。此外,VP阳性纤维在隔内侧区的分布可能是VP参与边缘系统某些机能活动的形态学基础。在大鼠脑中发现,OT和VP阳性细胞主要局限于下丘脑,而阳性纤维则广泛分布于下丘脑和脑干等部位,且OT和VP的分布情况有差异,在视上核和室旁核大细胞区,VP阳性大细胞明显比OT大细胞密集,同样在向正中隆起延伸的阳性纤维中,VP纤维也占大多数。而在室旁核尾部的小细胞内侧部,中小型OT阳性细胞比VP细胞密集;由于下丘脑的阳性大细胞主要参与垂体后叶内分泌功能,推测VP可能在内分泌中比OT更为重要。在人胎下丘脑中,VP和OT出现和基本形成定位分布的时间较早,且分布相当广泛,数量庞大,免疫反应强烈,认为该系统在出生前后可能具有多方面的功能。从以上不同动物的研究资料对比中,可以看出动物种属差异,VP和OT的分布及功能也有一定的差异。郭泽云等也观察到树鼠句、大鼠和豚鼠下丘脑视上核中加压素样神经元的分布形式,数量及所含大、中、小加压素样神经元的比例存在着种属差异。在OT或VP与其它神经肽的关系方面,有研究证实OT和VP与其它神经肽在一定的共存且投射至OT样(OT-LI)和VP样(VP-LI)神经元的传入纤维非常复杂,不仅有各种经典递质的神经元纤维传入,还有多种肽能神经元纤维传入,其末梢均与下丘脑该系统中的OT-LI和VP-LI有不同程度的接触,并指出OT-LI及VP-LI神经元可能接受不同来源、性质及程度的肽能神经纤维的传入性神经的控制,应不同的刺激而实施其分泌活动,在切除大鼠肾上腺试验中,证明肾上腺对下丘脑中VP具有负反馈作用,并参与下丘脑--腺垂体-肾上腺轴的调控,而对于OT样神经元的变化报道却不一致。在应激反应中,下丘脑OT含量升高,但其生理意义还不甚清楚。在烫伤应激中,在侧脑室内注入β-内啡肽对视上核内OT含量影响总趋势是下降的。而烫伤应激使VP在室旁核的合成和在正中隆起外带的释放均增强,可见VP可参与调节继发于烫伤的水盐代谢失调。针刺足三里穴可促进下丘脑有关核团VP样物质的合成与分泌。电击足底可刺激视上核和室旁核细胞的神经分泌机能增强,但各家观点并不一致,有待进一步研究。2-ep对免疫功能的调节包括β-内啡肽(β-EP),甲硫氨酸脑啡肽(M-ENK),亮氨酸脑啡肽(L-ENK),强啡肽(Dyn)和孤啡肽(OEQ)等。β-内啡肽对下丘脑中β-EP免疫反应阳性细胞分布已有不少报道。这些报道一般认为。β-EP能神经元主要分布于弓状核及其临近地区,向吻侧也延伸到视交叉后区,向外侧延伸到腹内侧核腹外侧,部分胞体可位于腹内侧核中。少量阳性胞体可见于乳头体上交叉与下丘脑后区之间。β-EP免疫反应阳性纤维呈中珠状,主要分布于室周核、背内侧核及未定带腹侧。室旁核的内侧、背侧及小细胞亚核、乳头体上核、前乳头体腹侧核、结节区等处也有少量阳性纤维。过去人们己知弓状核的β-EP纤维可支配室旁核内的催产素神经元,最近又有研究发现弓状核内OT免疫反应阳性轴突终末与β-EP的阳性胞体形成对称性突触。这表明室旁核和弓状核神经元之间存在着往返双向联系,提示β-EP与OT之间在功能上相互调控。同时Ibata在免疫电镜下发现弓状核内的β-EP阳性突起伸入到第三脑室室管膜及下丘脑腹侧的软膜中,因此认为β-EP除了可能向第三脑室释放外,也可能直接向脑底的蛛网膜下腔释放,形成下丘脑-脑脊液-垂体调节的完整环路。许多关于下丘脑弓状核中β-EP-ir阳性细胞随年龄相关变化的研究中,得出结果却并不一致。对于β-EP免疫反应阳性神经元数量,有的报道减少,有的认为无明显的改变;而关于β-EP在下丘脑的含量,有的认为下降,即灰度值下降,而有的认为其灰度值升高,出现这种差异的原因并不很清楚,有待更深入的研究。β-EP在丘脑内发挥着很重要的生理功能。关于其对肾上腺皮质的作用,有学者观察到弓状核中ACTH和β-EP存在于同一胞体中,并得出ACTH和β-EP有共同的分泌机制。在低氧条件下,可激活下丘脑-垂体-肾上腺轴,通过内源性β-EP,参与CRF-ACTH分泌的调节,抑制CRF的分泌,但这种作用存在着一定的种属差异性。β-EP对心血管系也有一定的作用,在大鼠动脉粥样硬化的过程中,其下丘脑弓状核内的β-EP阳性细胞数量增加,可推测β-EP在动脉粥样硬化中可能具有一定的影响,但其作用机理有待进一步的研究。β-EP还是一种具有很强镇痛效应的内源性阿片肽,在大鼠烫伤时发现下丘脑神经核团内β-EP含量有显著变化,视上核中先升高,后降低;室旁核中则显著升高;弓状核中则明显低于对照组。烫伤后弓状核β-EP含量减少表明弓状核分泌和输送β-EP大量增加,超过了合成速度,说明它与烫伤休克密切相关,而烫伤后室旁核β-EP含量增加,提示弓状核向室旁核转运的β-EP的量增加了。β-EP还参与机体免疫功能的调节,当细菌感染下丘脑弓状核时,β-EP免疫反应阳性细胞的灰度值有显著的改变,指出β-EP与抗感染密切相关;人工免疫后,弓状核β-EP阳性细胞灰度值多数显著高于正常大鼠,也证实β-EP参与了免疫功能的调节。但β-EP对免疫功能的调节作用还颇有争议,且离体和在体的结果也不一致,在在体实验中,β-EP常促进免疫反应,但在离体实验中常表现出抑制免疫反应及损害肿瘤排斥作用。应激时β-EP对免疫功能的调节更为复杂,不同条件下可能作用不同,这方面的研究还不够深入。强啡肽(Dyn)对于强啡肽在下丘脑的分布,柏学工等在大鼠上进行了研究,得出DynA1-13和DynB1-13神经元的分布特点及形态特征基本一致,正常条件下,广泛分布于视上核、室旁核、环核、附属神经分泌核和室管膜。正中隆起处有DynB免疫反应阳性纤维分布。侧脑室注射秋水仙素后在下丘脑视前区、弓状核、前区、室周核、前连合核、室周大细胞区、交叉上核、交叉后核、背侧区、背内侧核、穹窿周核、下丘脑外侧区、腹内侧核等核区显示了Dyn免疫的反应阳性神经元。同样,刘波在对鸡的研究中指出,除观察到的鼠下丘脑DynA1-13的分布核区外,还在视前大细胞核、下丘脑外侧核、丘脑背外侧核等也发现了Dyn免疫反应神经元,表明禽类和哺乳类Dyn免疫反应阳性细胞的分布存在种属差异性。许多行为学及神经内分泌学资料表明Dyn在许多应激条件下调节着损伤感觉、中心体温、饮食及垂体分泌。在电击足底后,下丘脑Dyn阳性细胞数增多,着色加深,粗纤维增多,伸入脑基底神经胶质板的阳性纤维明显增加,正中隆起着色变化不大。而寒冷刺激时,阳性细胞总数有所下降,但着色变化不明显。烫伤时阳性细胞无甚变化,但正中隆起中阳性细胞着色加深。这些资料均表明下丘脑Dyn神经元积极参与了电击足底、寒冷和烫伤等应激反应的调节。同时,Dyn与其它阿片类物质两两之间还具有增强或拮抗镇痛的作用,但对其镇痛的作用机理仍不甚了解,在受体水平的研究较多,相比之下对受体后机制的研究较为欠缺。脑啡肽(ENK)脑啡肽在下丘脑内分布广泛,含量也较高,用秋水仙素注入脑室后可见ENK免疫反应阳性神经细胞分布于下丘脑前区、视上核、室旁核、腹内侧核、背内侧核、末梢。另外在第三脑室室管膜上皮发现ENK阳性细胞,又因室管膜为脑-脑脊液神经体液回路的一部分,在神经递质、神经激素及其调节物质的分泌中起着重要的作用,故认为室管膜在ENK的分泌中可能起重要作用。同时,有研究发现弓状核内ENK免疫反应阳性的树突接受HRP反应阳性的触液神经元的轴突形成突触,而HRP反应阳性的胞体接受ENK免疫反应阳性轴突的传入性突触,提示弓状核内ENK神经元受触液神经元的突触调控,同时触液神经元也受ENK神经元的突触调控,这也可能是脑-脑脊液神经体液回路的一种表现形式。对于ENK的生理功能方面的研究,有实验得出可急性刺激大鼠ACTH释放,而抑制人的ACTH释放,以及具有调节腺垂体生长激素释放等作用。ENK可能参与下丘脑--腺垂体-肾上腺轴的调控活动。同样已证明ENK对催乳素、促甲状腺激素、生长激素及促性腺激素均具有调节作用,并且脑室内注射ENK能增加弓状核内多巴胺的转换率,提示ENK是多巴胺的协同剂。另外,ENK也具有镇痛作用,只是相对较弱,但人工合成ENK有良好的镇痛效应。ENK在心血管活动及呼吸调节中也具有一定的作用,只是研究得还不深入。总的来说,脑啡肽的生理作用比其它阿片类物质要弱得多。孤啡肽(OFQ)OFQ的一级结构与其它内阿片肽尤其强啡肽A很相似,但它与己知阿片受体的亲和力很低,也不能使它们激活。孤啡肽受体(OFQR)mRNA在小鼠及大鼠中枢神经系统均有广泛分布,在下丘脑主要分布于:小鼠视前区、内侧区、弓状核、室旁核、腹内侧核;大鼠视前区内侧、腹内侧核、室旁核、丘脑室旁核等处。对OFQ生理功能方面的最初研究发现OFQ脑室内注射可产生痛觉过敏,因此又称痛敏肽。后来研究发现OFQ在下丘脑内有对抗阿片肽的作用,能翻转吗啡镇痛,对Mμ、δ和κ三种受体特异性激动剂均有功能性的拮抗作用。但因为对OFQ的生物学作用目前所知甚少,在痛觉调制中的作用存在不同的观点,OFQ在脑内对抗吗啡镇痛,而在脊髓加强吗啡镇痛。同时在下丘脑视前区注射微量OFQ可降低血压、减缓心率,表明中枢OFQ与其它内阿片肽相似,可抑制心血管活动,因而OFQ并不是任何作用都与其它内阿片肽对抗的。从上述可以看出:OFQ对疼痛及其它方面的调制是值得深入研究的。3avp、点轴突与ss样神经元间的连接为环状14肽,由于它能抑制垂体前叶生长激素的释放而得名。脑内最高浓度的SS见于下丘脑而在下丘脑正中隆起的浓度最高,其次为室周区,腹内侧核和内侧视前区。下丘脑的SS细胞体主要集中于视前区和下丘脑前部室周区,也见于弓状核、室旁核、视上核、视交叉上核等部位。对于哺乳动物的视交叉上核(SCN),Moore等1972年提出具有生物钟功能。王蕾等发现SCN中SS样扣结贴附于VIP及AVP样神经元,VIP样扣结与SS样神经元之间也形成联系,同时也有报道AVP样轴突与SS样神经元之间,SS样轴突与AVP、VIP及SS样神经元之间都存在突触联系,提示SS与其它神经肽一起参与了生物钟的功能调节。关于下丘脑内SS神经元随年龄而变化的研究中,人胎下丘脑内SS神经元及纤维在出生前已经发育并可能参与内分泌的调节,其途径可能有多种。在大鼠衰老过程中,弓状核内SS能神经元的合成与分泌功能是降低的。另外,在中枢神经系统中SSmRNA和SS阳性神经元在发育过程中出现死亡或停止表达SSmRNA和SS的现象。然而Kiyama的实验表明成年大鼠下丘脑许多核区SSmRNA阳性,神经元比SS-ir阳性神经元多,并指出SS免疫反应阳性神经元数目在发育过程中逐渐减少的原因是由于多数SS免疫反应阳性神元中SS多肽减少而不是由于基因表达停止所致。SS在生理功能方面具有参与镇痛的功能,烫伤时大鼠下丘脑室周核中SS阳性细胞明显减少。在摘除肾上腺大鼠正中隆起《ME》中SS含量降低,推测SS可能参与下丘脑-腺垂体-肾上腺轴的调控活动。在渴行为时,ME外带外神经纤维和末梢的SS样免疫反应增强,认为SS参与水盐代谢的调节。4表面活性剂sch和视交叉上核1970年,Said和Mutt从猪小肠提取物中分离出这种有明显扩张血管、降低血压的物质,随后又猪脑及其它组织中分离出来。YIP样神经元在大鼠下丘脑主要定位于视交叉上核和前连合核,视上核内可见阳性纤维,也有观察到乳头体上方及弓状核内有少量YIP细胞。YIP免疫反应阳性成分在视交叉上核(Sch)内广泛分布,而Sch在机体生理性节律的产生、维持和调节中占主导地位,起“中央起博点”的作用,因此推测VIP与Sch在昼夜节律中的作用密切相关。Sch中VIP能神经元不仅接受来自视网膜的传入联系,而且发出VIP能纤维投射到下丘脑室旁核,这一投射可能在神经内分泌激素的节律性分泌中起着重要作用。5神经肽共存的基层现在已知,在下丘脑内含有20种以上肽类物质。促肾上腺皮质激素(ACTH)样免疫反应神经元胞体在大鼠下丘脑中分布于弓状核、下丘脑前核、视上背侧连合、室周层的腹侧及乳头体腹侧,纤维及串珠样膨体广泛分布于下丘脑。在胎儿下丘脑内神经肽Y(NPY)的分布研究中发现漏斗核和视上核含密集的NPY免疫阳