【doc】出生前人脑海马结构含GABA神经元的分布和发育

【doc】出生前人脑海马结构含GABA神经元的分布和发育 出生前人脑海马结构含GABA神经元的分 布和发育 Jun.1999lg【2)l32,136 神经解剖学杂志 (ChineseJournalofNeuroanatomy) 出生前人脑海马结构含GABA神经元的分布和发育 郑德枢陈=云丁松林?.'.','?__-''一 (广州医学院神经科学研究所,广州510182 .美国芝加哥医学中心神经科学研究室) 时千 十 ;2一 摘要车实验采用免疫细胞化学方法研究了l4,38周^胎梅马结构吉GABA神经元的分布和发育.主要结果有【1)早在4 周耐便有许多吉GABA神经元分布于海马和齿壮回各音BI【2)14,22周海马脑室带和中间带吉GABA神经元的密度迓惭碱少. 22屑厦以后进两部位仅见少量吉GABA神经元.其它层吉GABA神经元的密度在出生前发育过程中呈现先递渐减少.后逐新 增加.最后卫下降的规律;(3)在各发育阶段,吉GABA抻经元主要分布于海马的锥体层始层以厦齿状回的多形层和门医,古 GABA神经元的密度由CA1区向CA3区遥惭降低;(4)许多吉GABA纤维出现千l4,22周海马分子腔隙层厦l8,38周海马 始层;<5)在各发育瞬段.海马牵内可见许多吉GABA纤维和少量吉GABA神经元.以上结果:^类海马结构在肛胎时期含 GABA神经元的出现和分化较早.且在发育过程中至少部分古GABA神经元和纤罐的存在是暂时性的;至少部分传出纤维吉有 GABA. 美薯词吉GABA神经元旦生剪墨童免痤细胞化学查苎结构生堕 DISTRIBUTl0NANDDEVEL0PMENT0FGABA—C0NTAIING NEUR0NSINTHEHIPP0CAMPALF0RMAT10N 0FPRENATALHUMANBRAIN ZhengDeshu,ChenEryun,DingSonglin (InstituteofNeuroscience?GuangzhouMedicalCollege,Guangzhou.510182 .DepartmentofNeuroLogicalScienceRushMedicalCenter,Chicago) A~tractThedistributionanddevelopmentofGABA— containing.nsinthehippocampalformationofhuamnletusesat weeks14~38wereinvestigatedwithimmunocytoehemlca]methodThemainresultsvq~re;<1)ManyGABA—containingD~HTOnS weredistributedinallpartsofthehippocampusanddentategyrusattheearlystage.week14.(2)ThedensityofGABA—contain ingneur0nsintheventficularzoneandintermediatezonegraduallydecreasedduringweeks14422Atweek22attdthereafter onlyafewGABA—contain[rtgneUTOD~weredetectedinthesetwoThedensityofGABA—containingf.nsinotherlayers shoedadecline-increase-declinepatterrtduringprenataldevelopment.(3)Ateachstage.GABAcontainingneu…weremain— lylocatedinthepyramidalelayer.orienslayerofthehippocampus?andthepolymorph[cIayerandhilarregionofthedentate gyrusThedensityofGABA— containingneuronswergraduallydecreasedfromCA]tOCA3.(,1)ManyGABA— containhlgfibers werefoundinthelacunosum—mo]ecularelayeratweeksl4, 22andintheorienslayeratweeks18,38(5)Ateach#tage.many GABA—containingfibersandafewGABA— containingneuronswel-~detectedinthefimbria.Theseresultssuggestthatinhuman hippocampMformation.(1)GABA— containingneuconsdifferentiateearly.(2)atleastpartofGABA—containingneUrODSand fibersayetransientduringdevelopment.(3)atleastapartofefferentfibersofthehippocampu~ containGABA (Figure2onpla【22) KeywordsGABA— containing~euTon.prenataldevelopmenttimmunocytochemlstrythippocampal[ormatlon .humanbrain l 郝禧枢等:出生前^脑海马结构吉GABA神经元的分布和发育 GABA是公认的哺乳动物大脑皮质的主要抑 制性神经介质.大脑皮质内绝大多数局部回路神经 元为含GABA神经元.许多证据表明,含GABA神 经元参与皮质内广泛的生理和病理过程,如:神经元 特异性感受野的产生,皮质发育和可塑性,癫痛放电 同步化等_1.对动物大脑皮质的研究表明,含GA— BA神经元为异质性的细胞群体,它们分别含三种 不同的钙结台蛋白即PV(parvalbumin),CB(cal— bindin—D28k)和CR(calretinin)并有不同的机 能uJ.迄今,国际上对人类海马结构含GABA神经 元的研究,特别是对其发育研究尚很少.最近本文作 者等研究了含PV和古CB的两种GABA神经元亚 群在出生前人类海马结构的分布和发育规律].其 目的在于对探讨出生前人类海马结构含GABA神 经元的分布和发育规律有一个较全面的了解. 与方法 胎龄分别为14,l8,22,26,3O,34和38周的水 囊引产胎儿尸体10例,娩出后2,4h之内经心脏 依次灌注生理盐水和4多聚甲醛磷酸缓冲掖(PB, 0.1mol/I,pH7.3).取脑,后固定,沿海马长轴中 部横行切取含海马结构的脑块,恒冷箱冰冻切片,片 厚40m.切片按常规免疫细胞化学ABC法处理及 显色,具体步骤参看本文作者等以往采用的方法j. 对照实验:用正常羊血清或PB代替鼠抗GABA血 清作上述操作处理,结果为阴性. 海马结构的分层构筑和FEl性结构的层次分布根 据邻接切片的尼氏染色或免疫反应切片的焦油紫复 染确定. 结果 从14,38周,整个海马结构内均可见到含 GABA神经元.它们可见于海马和齿状回各层,均 为非锥体细胞.14周时含GABA神经元主要密集 于海马未成熟的锥体层深部和未成熟的始层;其它 层,包括未成熟的分子腔隙层,中间带,室管膜层等 也有一定数量的含GABA神经元存在;在齿状回处 含GABA神经元呈分散分布(Fig.1A).14周含 GABA神经元的胞浆少,核大,棱不染色或淡染,呈 空泡状;多为双极神经元,多极神经元少见,突起短 少(Fig.2B);14周还可见许多含GABA纤维交织 成丛,分布于未成熟的分子腔隙层(Fig.2A);海马 伞内也见许多含GABA纤维和少量含GABA神经 元.此外,海马结构各层,尤其是含GABA神经元较 多的部位的神经毯内有大量体积较大的点状阳性结 构(Fig.2B),在高倍镜下证实为神经纤维的膨体或 生长锥. l4周后,随着胎龄增大,海马结构含GABA神 经元的数量和分布逐渐发生变化.14,22周,含 GABA神经元的分布部位与14周相似,但其密度 逐渐碱少,以脑室带和中间带碱少为最明显;至22 周时这两部位内仅见少量含GABA神经元(Figs. 1B,C).22周以后,除脑室带和中间带外其它层含 GABA神经元数量逐渐增加(Figs.1D,E),30周时 密度达高峰(Fig.1E);以后密度有所降低,以海马 锥体层深部,始层及齿状回门区下降明显(Figs.1F, G).不同胎龄含GABA神经元的密度虽然不同,但 同一胎龄中含GABA神经元主要分布于海马的锥 体层,始层以及齿状回的多形层和门区,其它层相对 较少,而且含GABA神经元的密度由CA1区向 CA3区逐渐降低(Figs.1A—G). 随着胎龄增大,双极和多极两种基本类型神经 元的比例也发生变化.多极神经元数量逐渐增加,双 极神经元数量逐渐减少(Fig.2B,D).26周后,含 GABA神经元胞体形态及突起分化已较明显:分子 腔隙层含GABA神经元多为多极神经元,大多是胞 体较小,呈圆形或椭圆形,突起较多.始层含GABA 神经元多为双簇或双极神经元,胞体较大,深染,长 轴多与室管膜平行,形态多样,可为圆形,椭圆形,多 边形和棱形等(Fig.2D,F,G).有时可见始层一些含 GABA神经元发出轴突至室床.锥体层浅部和中部 含GABA神经元胞体较小,棱形,染色较泼,为尚未 分化成熟的神经元,其长轴多与室管膜垂直.锥体层 深部含GABA神经元胞体较大,深染,突起较多而 长,多为多极神经元(Fig2D,E,G),齿状回含GA— BA神经元多为多极神经元. 含GABA神经元的形态和含GABA纤维及终 末的构筑也随着胎龄增大而发生变化.18周时含 GABA神经元的形态与14周时相似(Fig.2B),也 呈空泡状;22周后核不染色的空泡状神经元逐渐减 少,大多数含GABA神经元胞浆,胞核均染色,虽然 前者染色深于后者(Fig.2D,F).14,22周分子腔隙 层含有大量深染的GABA阳性纤维,神经毯内有许 多阳性膨体和生长锥(Fig.2A—C).22周后分子腔隙 层的阳性纤维的密度及染色强度逐渐降低,神经毯 内阳性膨体和生长锥的数量逐渐减少,而体积较小 神经解剖学杂志第l5卷第2期i9鲫年6月 FiCameraLueMadrawlngsshowingthedistributionofGAgA-contaJn[ngonsinhumanfetal hippocampusatweeks 14(A),18(B),22(C),26(D),30(E),34(F)and38(G)spstratumpyramida[es0?stratumoriens 的点状阳性结构(可能为阳性轴突终末)开始出现并 逐渐增多(Fig.2D,F).另外,l8周时临近锥体层的 始层内出现许多与室管膜平行走行的阳性纤维,并 随胎龄增大而增多(Fig.2C,D,G).l4,38周海马 伞内可见许多走行基本一致的含GABA纤维和散 在于其间的少量含GABA神经元(Fig.2H). 讨论 本实验发现,14周时较多的含GABA神经元 出现于脑室带和中间带,之后此两部位含GABA神 经元逐渐减少,至22周基本消失;30,38周期间锥 体层深部和始层含GABA神经元的密度也有所下 降.发育早期脑室带和中间带含GABA神经元减少 郏德枢等:出生前人脑悔马结构含GABA神经元的丹市和发育135 及消失可能是由于这些部位的含GABA神经元迁 移至浅层所致.而在发育的较晚期锥体层深部和始 层含GABA神经元的密度下降则可能是由于这些 神经元在完成了它们在发育中的暂时性作用后发生 死亡所致,因为这些部位在发育中有许多神经元包 括含GABA神经元发生程序性死亡口?. 本实验观察到,人类海马结构含GABA神经元 在14周时便出现于海马结构各部及各层,以海马锥 体层,始层和齿状回分子层,门区为最多.此外," 周时脑室带和中间带已存在许多含GABA神经元, 此现象提示,至少一些海马神经元在迁移之前及离 开脑室带向浅层迁移时便能表达GABA.这些结果 说明海马结构含GABA神经元分化较早.对啮齿类 动物新皮质和海马结构含GABA神经元的发育研 究表明,新皮质含GABA神经元的出现和分化稍早 于海马.如在大鼠(妊期为21d),含GABA神经元 在妊娠14,l6d时已出现于新皮质,而至18d时才 出现于海马0.在小鼠(妊期为19,20d),含 GABA神经元在妊娠12,14d时已出现于新皮质, 而至15,16d时才出现于海马""].本文作者等的 一 项研究表明,人类新皮质含GABA神经元在12 周时便已出现(待发表).本实验发现,人类海马" 周时便已有许多含GABA神经元分布,提示l4周 之前含GABA神经元已可能出现于海马.但由于本 实验未能获得l4周之前的人胎标本,目前尚不能确 定海马含GABA神经元最早出现的时间.但对人类 新皮质和海马的一般组织发生与分化的研究结果提 示新皮质分化稍早于海马;本实验结果显示含 GABA神经元的分化也符合这一规律. 许多研究表明,在动物大脑皮质中,含PV神经元和含CB神经元为GABA神经元的两个亚 群".最近,本文作者等对人类海马含PV神经元 和含CB神经元的发育研究发现,含PV神经元在 23周已出现,均为非锥体细胞.它们主要分布于锥 体层深部和始层?.发育中含CB神经元既可为非 锥体细胞又可为锥体细胞.含CB非锥体细胞在l3 周时便已出现.在32周之前主要分布于分子腔隙层 和始层32周后才开始出现于锥体层,且主要分布 于锥体层浅部和中部,与锥体层含PV神经元的 分布不重叠,提示锥体层含PV神经元和含CB非锥体细胞属不同亚群.由于始层同时含上述两种钙 结合蛋白神经元,它们是否共存于同一神经元尚有 待于共存研究的证实.本实验发现含GABA神经元 存在于海马各层;其中锥体层深部的含GABA神经 元胞体较大,染色较深,突起较多,呈成熟状态,而锥 体层浅部的含GABA神经元胞体较小,染色较浅, 突起较少,多为双极细胞,呈未成熟外形.这些结果 也提示,发育中人类海马结构含GABA神经元包括 着不同的亚群. 本实验发现低胎龄海马中含GABA神经元胞 核常不染色或淡染而高胎龄时细胞核常染色,提示 含GABA神经元的核染色不是人工假象(如抗体在 处理过程中扩散人核内)而是GABA在核内存在的 .这与本文作者等报道的一项有关人胎视皮质 含GABA神经元的研究结果]一致,并提示古皮质 与新皮质含GABA神经元具有共同的发育特征.已 有证据表明,GABA可能在RNA转录中发挥作 用.发育过程中皮质神经元核内的GABA可能 在激活或调节神经元内其它介质(如较晚表达的神 经肽)的合成中发挥作用. 海马伞主要由海马传出纤维组成.有证据表明, 动物海马内有一些非锥体细胞也属投射神经元.如 海马本部始层和辐射层的一些梭形或多极细胞投射 到内侧隔区;齿状回门区一些非锥体细胞投射到对 侧齿状回.这些通路已被证实为GABA能投射通 路口?.本实验发现出生前人类各胎龄海马伞中均 含相当数量的排列方向基本一致的含GABA纤维. 此外,本文作者等还观察到海马本部一些始层神经 元的轴突延伸至室床.这提示人类海马中同样存在 GABA能的投射神经元.由于皮质含GABA神经元 均为非锥体细胞,故这一结果支持皮质非锥体神经 元既可为局部回路神经元又可为投射神经元的观 点m]. 本实验观察到,14,22周边缘层即未成熟的分 子腔隙层内已可见大量含GABA纤维;18,38周 时海马皮质下板即未成熟的始层也出现许多含 GABA纤维.这些纤维的起源目前还不清楚分子 腔隙层内的含GABA纤维可能起源于位于此层或 其它皮质层的局部神经元,而始层含GABA纤维则 可能起自皮质外投射神经元如丘脑皮质投射神经元 等,因为在啮齿类新皮质,在支配边缘层的皮质传人 纤维到达边缘层之前,边缘层内已存在含GABA纤 维,而皮质下板(相当于海马的始层)内的含GABA 纤维的出现与上述投射到皮质下板的时间基本一 致 (收稿19981o-37) 本文囝2她版田z2页 136神经解削学杂志第l5卷第2期1999年6月 参考文献 [1]MichevaKDBaaulieuC.Quantitativeaspectsofsynaptogene— s1sintheratbarrelfieldcortexwithspecialreferencetoGABA circuitryJCompNeuro1.1996;373{340,354 [2]TaskerJG.DudekFE.E】ectr.physI.gyofGABA—mediated synaptictratxqmissionandpossiblerolesinepilepsy.Neu— rochemRest1991;l6;231,262 [3]Cond6F.LundJS,JacobowitzDM,a1.LocalcircuitneH一 0nsimmunoreactire[orca[retinln,ealbindin—D28korparva[一 humininmonkeyprefrontalcoTtex;distributionandmotpholo gyJCompNeuro[,1994;341:95,1l6 [4]GoncharY,BurkhalterA.ThreedistinctfamiliesofGABAer— gicneuronsinracvisualcoTtex.CerebCortext1997;7:347, 358 [5]丁橙林,郑德枢.颤嶷华.等Calbindin在出生前^类商马本 部及下托神经元的表达及其变化.神经解剖学杂志,1999{(待 盐表1 [6]丁糨林,郑蔼枢.颜嶷华,等出生前^脑齿杜甸颗粒细胞的 档;度发育一钙结音翥免疫细胞化学研究解剖.i998{ 29:l61,164 [7]丁松林,孙卫文,郑德枢.等.出生前^类悔马量占掏小白置自 兜疫反应神经元的分布和发育.解剖,1999I30;133,135 [8]YahXX.ZhengDS,GareyLJ.PrenataldevelopmentofGA— BA—immunoreactive删Dnsinthehumanstriatecortex.Dev BrainRex.1992i65:191,204 [9VanEdenCG,MrzijakL.VoornP,.Prenataldevelop— I~eNtofGABAergic【uronsintheneocogtexoftherat.J CompNeuro]t1989;289213,227 L10jLauderJM.HanVKM.HendersonP,alPrenatalontoge nyoftheGABAergicsystemintheratbrainanimmunocy— tochemicalstudy.Neuroscience1986;19:465,493 [ii]RozenbergF,RobalnO.JardinL.el"Di…tibtion0f GABAergicneuTonsinlatefetalandearlypostnatalrathip— pocampus.DevBrainRes.1989i50l?7,187 [12]BarianoEDelRioJA,MartinezA,"fOrganizationofthe embryonicandearlypostnatalmurinehippocampusJComp Neurol,l994I342:571,595 :l3]DelRioJA,SorianoE.Ferret1.DevelopmentofGABAim— munoreaetivityintheneo~oTtexofthelnouseJCompNeuro[. i992;306:501,596 [14:SidmanRL.RakicPDeve[opment0ftheI】uentral?er— voHssystemIn:HaymakerW?AdamsRD.edsHistology andHistov~thologyoftheNervousSystemSFringlield:CC TboreasPub,l9821,143 [15]SeguetaP.GamraniH,GeffardM."U[tratruczuralim— munoeytochemimrygamma—aminobutyrateinthecerebraland cerebeltarcortexofthea-at.Neuroscienee,l983;l6:865,874 [16]FreundTF,AntalM.GABA-eontainingeuf0nintbesep- turncontrolinhibitoryiaterneuronsinthehipg~catnpusNa— tuge.1988i336l70,173 [iv]RibakCE.SeressLPetegs0nGM,"fAGABAergicia hibitorycomponentwithinthehippocampalcommfssLIralpath way.JNeurosci,1986;6:3493,3498 [18]丁橙林,鄯德枢大鼠肼胝体神经元古各氮酸和GABA的免 疫缅胞化学证据解刮,1990;21:394,398 [19]丁橙林.ElbergerAJ郏德枢.戒年和发育中^鼠肼胝体轴突 古生长抑索的免疫组化证据神经解剖学杂志.1993;11:359 ,362 ExplanationofFigures Fig2DistributionandmorphologyofGABAcoatalning? andfiBafinhumatzfetalhJppoeatnpus.f.fitnbrtadg. dentategyrussp.strRtulTlpyramidales0,stratumoriens…stTatu~lI~cunosum— molecu[arehstFaLU~radia— tum A.DistributionofGABA—containing??andfibezsinthehippocampusBtweek14Bar一 500tim B,MorphologyofGABA— containingneuronsinthestacumpyranfidaleand~tratunlortan~acweek14B一25lum C.DistributionofGABA— containingneur.nsandfibersinthehippocampusatweek22Bar=500"m D,DistributionAndmorphoIogyofGABA— containingneuronsandfibersinthehippocampusatweek22Bar=IUtinl E,DistributionandmorphologyofGABA— containfngneuandfibersinthehippoeampusacweek34Bar一1O0 tim F,MorphologyofGABA—containingneuf0nsinthescrtumoriensatweek30Bar=25tim G.DistributionandmorphologyofGABA— containil~gnellFon~andfibersinthehippoeampusa:week38.rhewhitestar andasterisksindicatethegranuleandmoleculaTlayersofdentategyrusrespectively:f1O0n】 H-DistributionofGABA—containingneurons(arm)andfibetsinthefimhriaatweek30Bar一50?n1