镉对大鼠海马CA1区神经元钾通道、甘氨酸受体的作用以及对AMPA受体介导的兴奋性突触传递的影响

镉(Cd2+)是一种常见的环境污染物，严重危害人类健康。慢性镉暴露会对肾、肺、胃肠道、骨骼以及中枢神经系统造成损伤。在中枢神经系统，特别是在发育期，镉会造成生化和形态学上的改变以及可能由此引起的认知功能障碍。在本论文中，我们运用电生理学的方法，从以下几个方面研究了镉在海马中的神经毒性机制。1)应用全细胞脑片膜片钳技术，我们研究了Cd2+对海马雪氏侧枝到CA1区锥体神经元由AMPA受体介导的谷氨酸能突触传递的作用。AMPA受体在中枢神经系统的兴奋性突触传递及突触可塑性方面起着非常重要的作用。中枢神经系统一些正常的生理过程比如学习记忆,以及一些病理状态都可能涉及到AMPA受体所介导的突触传递的改变。Cd2+以浓度依赖的方式抑制了诱发的兴奋性突触后电流（eEPSCs），并且增强了双脉冲易化效应和频率易化效应。Cd2+降低了自发兴奋性突触后电流（sEPSCs）的频率和幅度，但是没有影响到微小兴奋性突触后电流（mEPSCs）的频率和幅度。这些作用可能是由于Cd2+抑制了突触前电压依赖的钙离子流入诱发的谷氨酸释放。此外，Cd2+延长了sEPSCs和mEPSCs的衰减相，提示Cd2+的突触后作用位点。我们的结果表明Cd2+影响了海马雪氏侧枝到CA1区锥体神经元由AMPA受体介导的谷氨酸能突触传递以及短时突触可塑性，这可能是镉神经毒性的一个可能机制。2)我们在急性分离的大鼠海马CA1区神经元上应用全细胞膜片钳技术研究了Cd2+对瞬时外向钾电流IA和延迟整流钾电流IK的作用。在神经系统，电压门控钾电流对于神经元和神经网络的兴奋性有非常重要的作用，钾通道功能的改变可能会造成神经元发放特性的变化和异常放电。结果表明Cd2+以浓度依赖的方式可逆地抑制了IA和IK的幅度，半数抑制浓度IC50分别为546±59μM和749±53μM，并且Cd2+的抑制作用是电压依赖性的。Cd2+使IA的稳态激活曲线和稳态失活曲线显著右移。与之相比，Cd2+使IK的稳态激活曲线也显著右移但移动程度较小，失活曲线未受到影响。Cd2+延缓了IK的复活，但对IA的复活时间没影响。这些结果提示Cd2+可能是通过与钾通道蛋白上某一特定位点的直接相互作用从而影响IA和IK，而不是通过对细胞膜表面电荷的屏蔽作用来产生效应。Cd2+对电压门控钾电流的作用可能是其神经毒性机制的一个方面，另外本实验表明Cd2+对钾电流的有效浓度与其作用于钙电流的浓度重叠，提示在将其作为钙通道阻断剂时要考虑到其对钾电流的作用是否会对实验结果带来影响。3)我们在急性分离的大鼠海马CA1区神经元上应用全细胞膜片钳技术研究了Cd2+对甘氨酸诱导的氯电流(IGly)的作用。甘氨酸受体（GlyR）可以调控CA1区海马神经元的发放以及兴奋性突触传递，GlyR功能的改变会影响到海马整个神经环路的信息处理。我们的结果表明Cd2+以浓度依赖的方式可逆地抑制了IGly,半数抑制浓度IC50和Hill系数分别为1．27mM和0．45。在-60mV到+40mV范围内，Cd2+对IGly的作用是非电压依赖的，并且其反转电位不受影响。对甘氨酸的剂量效应曲线进行双倒数作图，表明Cd2+对IGly的抑制是非竞争性抑制。胞内透析3mM的Cd2+对IGly没有影响表明其作用位点可能在胞外。3mM的Cd2+不能影响Zn2+对IGly的抑制作用，表明Zn2+和Cd2+在甘氨酸受体上的作用位点可能不同。这些结果表明镉抑制了海马CA1区神经元上甘氨酸受体介导的氯电流，有助于我们对镉神经毒性机制的进一步了解。