缺锌对大鼠海马神经元突触参数的影响

缺锌对大鼠海马神经元突触参数的影响 Ξ 李积胜徐鹏霄 () 武警医学院神经生物研究室, 天津 300162 提 要 采用液体缺锌饲料以灌胃的方式使大鼠缺锌二周。 用电镜形态计量法测定海马 区神经元及其突触结构的变化。 结果明: 在缺锌状态下, 海马 3 3 CA CA 区含有 50 个以上囊泡的突触的构成比明显减少, 而含有 10 个以下囊泡的突触的构 成比则增加, 突触结构内线粒体的最小直径减小, 突触前后膜的截面积缩小。 提示缺 锌状态下, 海马 3 区突触的能量代谢降低, 神经递质的释放能力和反应性降低。CA 关键词: 海马突触参数缺锌 () 随着对营养与智力关系研究的深入, 已光照、室温和饮食等饲养三天, 随机分为二 () ()有许多实验证明, 缺锌影响脑的智力发育, 其 组: 管饲单纯缺 组 和对照组 。 Zn P ZD ZC 原因与海马的细胞分化、代谢、突触电位和结 饲 料 配 制 如 下: 每 公 斤 基 础 饲 料 含 蔗 糖 ( 672、蛋白干 不含锌的蛋白粉, 购自西安制 构等的变化有关。突触是神经元接受信息, 并g ) 将新的神经冲动沿轴突传至其他的神经元的 糖厂200、玉米油 50、混合盐 40, 纤维素ggg 结构。 研究缺锌对神经元突触各部分参数的 30, 混合维生素 5和 50% 氯化胆硷 3, 混 gg g 〔2〕影响, 对阐明缺锌对脑结构和功能发育影响 合盐和混合维生素组成, 详见参考文献。 的神经机制有重要价值。 但由于缺锌动物早动物分组饲养于不锈钢笼内, 自由饮去 () 期就出现食欲减退, 食物利用率 降低, F ER 离子水, 管饲单纯缺 组和对照组每日于Zn 给研究单纯缺锌动物脑的特异性变化带来一 7?00, 14?30, 22?00 进行管饲, 每 次 进 食定 的 困 难, 为 此, 本 实 验 采 用 配 F lan agan 10, 每日进 30。 食具、饮水瓶使用前以〔2〕m lm l方, 以液体饲料灌胃的方法复制了单纯缺 10% 硝酸浸泡, 去离子水反复冲洗, 粪盘与鼠 锌和常锌对照大鼠模型, 进而研究了缺锌大 笼保持足够距离, 以防止 的污染。 第 15鼠海马神经元参数的特异性变化。 Zn 日晨进行实验。 1. 2 检测指标与方法 1. 2. 1 动物体重和食物利用率和饲料锌测 1 材 料 与 方 法 1. 1 动物分组和饲养:饲 料 均 匀 取 样 称 重 后 消 化, 以 日 立定 180280 原子吸收分光光度计检测锌; 每天记 选用本校实验动 物 中 心 提 供 的 健 康 () 雄性大鼠 24 只, 2 月 录各组大鼠体重和生长情况, 按公式 - =Sp ragu e D aw ley SD F ER (() ) 体重增长 摄取食物量 计算ƒƒƒ, 龄, 重 150, 170, 动物在相同环境条件下g daygdayg Ξ 男, 1963 年出生, 副教授, 医学博士, 本课题全军医药科研基金资助 . 96077 N oD 大鼠的食物利用率。缺 大鼠的血 含量明显低于相应 Zn Zn 1. 2. 2 血锌和海马锌: (< 0. ) ) 对照组 选取 组 P 05; 缺锌大鼠海马 浓度 , P ZD ZC Zn ()大鼠各 6 只, 自心脏取血 2, 分离血清用于 与对照组无差别 > 0. 05。 m lP 检测血清锌浓度, 同时剪破右心耳, 从左心室 2. 3 缺锌海马神经元突触参数观测 电镜下, 缺锌组 区神经元内粗面内 3 CA 灌注双重蒸馏水将血液中洗干净, 断头取大 质网、高尔基复合体减少, 粗面内质网脱颗 脑, 分离海马结构, 烘烤至恒重, 测定海马锌。粒, 内质网池扩张。 缺锌组 区的突触结 3 CA 选1. 2. 3 海马神经元突触参数的电镜定量: (() ) 构图 1与常锌对照组图 2相比, 变化较明 取 组大鼠各 6 只, 切片后平板包 , P ZD ZC 显。 ( ) 埋, 光镜下取右侧海马 区锥体层 3 CA SP 2 () 和放射层 0. 01切片, 做超薄切片。 SR mm 电镜下观察神经元和突触结构的变化。 每例 随机选择锥体层神经元 5 个, 随机选择放射 层结构完整的突触结构 5 个, 放大倍数为 2 万, 拍照后计数突触前膜内突触小泡的数量, 每组共计数 30 个突触, 按其所含囊泡个数分 为 1, 10, 11, 50 和大于 50 个三级, 计算含 各级囊泡突触的构成比; 利用 2图 L e itzTA S 象分析仪, 测量神经元胞体、突触前膜内及对 应突触后树突内线粒体的最小直径; 测量突 触前后膜的截面积。 E lec tron m icrograph s show in g F ig. 1 2 结 果 synap se in z in c def ic ien t ra t ()2. 1 大鼠实验期的生长情况 表 1×4000 单纯缺锌模型与进食量和体重增长与对 照组一致, 无明显差别。F ER 1 The body we igh t ga in an d FER of Table ra ts ()G ro up F ER n w e igh t ga in g P ZD 12 28. 2?6. 40. 31?0. 06 12 28. 8?5. 5 0. 38?0. 02 ZC ( ) ()= ƒƒƒ F ER bo dy w e igh t ga in gdayd ie t fed gday ()2. 2 血锌和海马锌含量 表 2 2 Table Ef f ec t of z in c def ic ien cy on serum an d h ippocam pus z in c con ten t Se rum H ippo cam p u s G ro up n ( )ƒ( Λgg )zinc zinc Λm o lƒL 24. 31?6. 293 E lec tron m icrograph s show in g P ZD 12 F ig. 2 29. 47?1. 37 12 36. 74?6. 53 31. 27?1. 76 ZC synap se in con tro l ra t ×4000 3 < 0. 05 P com p a red w ith ZC Table 3 Ef f ec t of z in c def ic ien cy on con - ( ) 表现在: 1与 之间含 10, 11, 50 和 P ZD ZC () % st ituen t ra t io of the synap se con ta in in g d if f er- 大于 50 个三个等级囊泡的突触所占的百分 en t ve s ic le n um ber s in h ippocam pus ()比差别显著 < 0. 005。 其中 组含有P P ZD synap se 大于 50 个突触小泡的突触数明显减少, 见表exam ined < 10 > 50 G ro up , 5011()n ( ) 3。 2组神经元胞浆、轴突终末和与其 P ZD 3 30 0. 18 0. 50 0. 32 P ZD 相联系的突触后树突内线粒体的最小直经较 30 0. 10 0. 36 0. 54 ZC ( ) ( ) 组明显变小 < 0. 05, 见表 4; 3ZC P P ZD3 ()< 0. 005 - P com p a red w ith ZC ch isqua re te st ( 组突触前后膜的截面积较 组明显变小 ZC P ) < 0. 05, 见表 5。 () Table 4 Ef f ec t of z in c def ic ien cy on the shor t d iam e ter Λm of in d iv idua l m itochon dr ia in h ippocam pus n euron s Sam p le In p re synap t ic In po st synap t ic G ro up In P e r ik a rya () n te rm ina l dend r ite 330 P ZD 0. 13?0. 063 0. 13?0. 023 0. 14?0. 03 30 0. 19?0. 01 0. 19?0. 02 0. 21?0. 02 ZC 3 < 0. 01 P com p a red w ith ZC 5 Table Ef f ec t of z in c def ic ien cy on the surface area s of pre synap t ic an d ( ) . po stsynap t ic m em bran e s sqΛm in h ippocam pus n euron s Sam p le G ro up P re synap t ic- m em b rane Po st synap t ic- m em b rane () n 30 0. 41?0. 053 0. 42?0. 063 P ZD 30 0. 55?0. 07 0. 59?0. 08 ZC 3 P < 0. 01 com p a red w ith ZC 〔4〕 越来越多的实验证明, 无论是发育过 程, 还是成熟和衰老过程中, 突触都处于不断 3 讨 论 由于缺锌动物早期就出现食欲减退, 所 的退化和重建动态之中。 突触的这种可塑性 以缺锌动物的许多变化可能与蛋白质、热量 变化在学习记忆过程中起重要作用, 内外因 摄入不足、生长受限有关, 即使对照组与缺锌素都可通过突触参数的可塑性变化影响脑的 ( ) 功能。 海马 区是学习记忆的关键部位。 3 组动物对饲喂养 进食量相同, 但缺锌动物 CA ( ) 关于缺锌大鼠海马 尤其是 区突触参 3 食量具有明显的周期性变化, 而对饲组动物 CA 数的可塑性变化及其与脑智力发育的关系, 则处于明显饥饿状态, 在短时间内可将所供 目前尚未见报导。 本实验通过电镜形态计量 给的 24 小时饲料全吃光, 表现出较高的食物 () 法研究发现, 缺锌二周大鼠海马 区突触 3 利用率 , 体重也明显高于缺锌组动物, CA F ER 结构内的线粒体变小, 含有 50 个以上囊泡的 故这种模型很难反映缺锌动物脑的特异性变 〔3〕突触的构成比减少, 含有 10 个以下囊泡的突 化。 为排除上述诸因素对缺锌大鼠突触参 触的构成比则明显增多, 突触前后膜的截面 数变化的影响, 本实验采用 的方 F lan agan 积明显缩小。 突触内线粒体和囊泡的这种变 法, 每日定时定量灌胃, 复制单纯缺锌和对照 化, 显然与缺锌大鼠海马 区突触的能量 3 CA 大鼠模型。 二周后, 二组大鼠的体重增长和 代谢降低和神经递质含量减少有关。 无明显差别。 而缺锌组的血清 明显 F ER Zn 减少, 说明动物已经处于缺锌状态。 关于突触前后膜的变化与脑功能的关系 〔5〕 尚不清楚。目前研究认为, 突触前膜上的结, 海马 区神 总浓度未发生明显的变化前3 CA ( 构 主 要 是 突 触 前 小 泡 栅 栏 P re syn ap t ic 经元的亚细胞结构已发生了上述一系列变 ) , 可能对神经递质的释放有调 V e sic le G r id 化, 分析其原因可能与神经细胞内锌的代谢 节作用。 突触后膜内目前已被鉴定的主要成 〔9〕变化有关。有研究表明, 在缺锌大鼠红细胞 ( 分 是 膜 受 体、突 触 后 增 厚 质 Po st syn ap t ic 上, 膜结合的锌比对照组减少, 但溶血后的总 ) 和使增厚质磷酸化及去磷酸化的 T h ick in g 酶, 在突触后反应中是极其重要的。 可见, 突 锌浓度未发生明显变化, 因此, 有关缺锌状态 触前后膜的结构与神经递质的释放和突触后 下, 突触质膜结合锌的变化, 值得进一步研 膜的反应程度密切相关。 关于突触前后膜的 究。 可塑性变化与学习记忆的关系研究发现, 在 参 考 文 献( 突触活动的长时程增强现象 - lo n g te rm 1 V a llee B I, F a lch uk KH. T h e b io ch em ca l ba sis o f ) , 中, 突触前后膜的截面积 Po ten t ia t io n L T P 〔6〕. 1993 73: 79zinc p h y sio lo gyP hy s iology R ev 随的形成而增加。等发现, 电刺 L T P P e t it 2 . F lanagan PRA m o de l to p ro duce p u re zinc def i2 激齿状回颗粒细胞的传入纤维诱发后, L T P c iency in ra t s and it s u se to dem o n st ra te th a t d i2 齿状回的突触面积也较对照组明显增大。 〔7〕e te ry p h y ta te inc rea se s th e exc re t io n o f endo ge2 等报道, 损伤齿状回分子层传入纤 A n th e s 1984, 114: 439. no u s zincJ N u t r 维通路, 导致齿回分子层突触的数目减少 88% , 突触前后终末发生萎缩。本实验通过对 . 3 F ro be s RM U se o f labo ra to ry an im a ls to def ine 电镜照片的图象定量分析研究表明, 缺锌大 p h y sio lo g ica l func t io n and b io ava ilab ility o f 鼠海马 区突触前后膜的截面积明显缩 3 CA . 1884, 43: 2835zincF ed P roc 减, 分别减少约 26% 和 29% 。提示, 缺锌后突 Sh aw CA , L an iu s RA , D o e l KV D. T h e o r ig in o f 4 触前后膜的面积缩小, 神经递质的释放能力 : synap t ic neu rop la st ic ityC ruc ia l m o lecu le s o r a 和突触后膜的反应性降低。 ? 1994, 19: 241dynam ica l ca scadeB ra in R es R ev 缺锌对突触结构的影响可能与含锌酶的 胡人义, 范淑荣, 程建华 1 关于脑内突触超微结 5 活性变化和氧自由基作用有关。 1989 年 C e2 构研究的几个问题 1 解剖科学进展 1995, 1: 2 〔8〕等人发现人海马内2的阳 b a lle s C u Zn SOD , ,. P e t it TL L e Bo u t ill JC M a rk u s EJ e t a lSynap 2 6 性神经元分布于 , 区的锥体细胞 14 CA CA t ic st ruc tu ra l p la st ic ity fo llow ing rep e t it ive ac t i2 层及齿状回的颗粒细胞层。活性在突触 SOD . va t io n in th e ra t h ippo cam p u sE x p N eu rol 结构处最高。缺锌时, 氧自由基能引起某些含 1989, 105: 72 锌酶的氧化, 影响神经细胞膜的结构和功能, , , . A n th e s DL L eBo u t ill JC p e t it TL e t a lS t ruc2 7 神经元胞体和突起内的线粒体有氧化酶系和 tu re and p la st ic ity o f new ly fo rm ed adu lt 蛋白合成酶系。 缺锌可影响蛋白合成酶系的 : synap sea m o rp hom e t r ic study in th e ra t h ip 2 含锌酶, 如聚合酶等, 干扰线粒体自身 DN A 1993, 626: 50. 蛋白的合成, 进而影响神经元化学能的产生 po cam p u sB ra in R es 和储存。 , 2, . C eba llo s IJ avo yA g id F H ir sh EC e t a lL o ca l2 8 本实验也表明, 在缺锌状态下, 海马锌的 iza t io n 2 o f copp e rzinc sup e ro x ide d ism u ta se m RN A in h um an h ippo cam p u s by in situ h y2 . 21989, 105: 41b r id iza t io nN eu rosc iL e t t , , . 9 W illum J B e t tge r H Bo yd L e t a lP h y sio lo g ica l ro le s o f zinc in th e p la sm a m em b rane o f m am 2 1993, 4: 194. m a lian ce llsJ N u t r B ioch em EFFECT O F Z INC D EF IC IENCY O N SY NA PT IC PA RAM ETERS O F H IPPOCAM PAL NEURO NS IN RA TS L i J ish en g, X u P en gx iao (, ’ D ep a r tm en t of N eu robiology C h inese p eop les a rm ed ), 300162p ol ice f orces m ed ica l col leg eT ianj in ’14 T h e zin c def ic ien cy ra ts m o de l w a s e stab lish ed w ith zin c def ic ien cy f lu id feed in g fo r . 3 day sT h e ch an ge s o f syn ap t ic p a ram e te r s in h ippo cam p a l CA a rea o n zin c def ic ien t sta tu s . : w e re stu d ied w ith e lec t ro n m o rp hom e t ryT h e re su lt s w e re a s fo llow sU n de r zin c def ic ien t , 3 , sta tu sin CA a rea o f h ippo cam p u sth e syn ap t ic co n st itu en t ra t io o f syn ap se co n ta in in g o ve r 10 50 ve sicu lae w a s dec rea sed, w h ile th e co n st itu en t ra t io o f syn ap se co n ta in in g le ss th an . ve sicu lae w a s in c rea sedT h e re w a s sign if ican t dec rea se in th e m in im a l d iam e te r o f m ito cho n2 . d r ia an d th e m em b ran e a rea o f th e p re syn ap se s an d po st syn ap se sT h e re su lt s in d ica ted th a t , ’3 , , w h ile zin c def ic ien cyin th e ra ts h ippo cam p a l CA a rea th e syn ap t ic en e rgy m e tabo lism ca2 .p ac ity o f n eu ro t ran sim it te r re lea se an d ac t iv ity o f syn ap se w e re a ll redu sed Key words: h ippocam pus synap t ic param e te sr z in c def ic ien cy 收稿日期: 1997202217 中国营养学会奖励基金管理委员会工作程序 中国营养学会第四届常务理事会于 1997 年 4 月 11 日审议批准了奖励基金管理委员会对 今后基金管理和评选操作的工作程序。 1. 奖励基金管理委员会今后将仅对侯祥川学术奖励基金进行评选组织工作, 由常务理事会 评审投票, 在下届全国营养学术会及全国会员代表大会上授奖。其他各项奖励基金评选工作将 由中国营养学会下属的二级学会完成, 并在其相应的全国学术会上颁奖, 即由妇幼营养学会委 员会评选苏祖斐奖励基金和陈学存奖励基金; 由营养资源与保健食品学会委员会评选马熙媛 奖励基金; 临床营养委员会评选邵继智肠外及肠内营养研究成果奖励基金。 此外, 郑集基金仍 由营养学报编辑部管理。 2. 奖励基金管理委员会与各项奖励基金有关的二级学会保持密切联系, 各项奖励基金仍以 中国营养学会和中国营养学会奖励基金管理委员会名义颁发证书和奖金。 3. 今后以个人名义设立基金, 其捐赠数额必需在十万元以上; 以企业名义设立基金, 其捐赠数额必需在五十万元以上, 并须向本奖励基金管理委员会申请, 由中国营养学会常务理事会审 议通过后, 方可设立。 中国营养学会奖励基金管理委员会 1997 年 4 月 11 日