張蕾，汪萌芽

相關激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響

張蕾，汪萌芽

激素不僅是內分泌系統(tǒng)的重要生物活性物質，也是神經系統(tǒng)中不可或缺的調控因素，其作用主要體現(xiàn)在促進神經生長發(fā)育、突觸可塑性等方面。突觸可塑性普遍存在于包括脊髓在內的中樞神經系統(tǒng)中，是學習與記憶的機制之一。本文著重對相關激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響作一綜述。

激素；脊髓；運動神經元；突觸可塑性

突觸可塑性普遍存在于中樞神經系統(tǒng)中，與未成熟神經系統(tǒng)的發(fā)育及成熟后的學習、記憶和腦的其他高級功能活動密切相關。激素則是內分泌系統(tǒng)發(fā)揮調節(jié)作用的重要生物活性物質，隨著神經-內分泌-免疫網絡系統(tǒng)的研究表明，有些激素也是神經系統(tǒng)中不可或缺的調控因素，如作為胺類激素的去甲腎上腺素，可直接或間接地影響突觸傳遞的過程。近年研究表明，相關激素在神經系統(tǒng)中的作用，除了促進神經生長發(fā)育外，還涉及突觸可塑性、神經遞質的合成乃至神經元的存活、髓鞘和軸突再生過程等方面。本文著重對相關激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響，從肽與蛋白質類、胺類和脂類的激素分類角度，分別進行綜述。

1 肽類、蛋白類激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響

1.1 胰島素

對游離的中樞神經系統(tǒng)標本應用外源性哺乳類胰島素、刺激含軟體動物胰島素相關肽（molluscan insulin-related peptides，MIP）細胞的釋放，或給予部分提純的MIP，可觀察到大腦巨細胞和B1運動神經元間突觸聯(lián)系效能的長時程變化，這種突觸增強作用會被胰島素受體抗體的處理所阻斷[1]。

1.2 胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF）

Liu等[2]的實驗表明IGF-1對谷氨酸轉運體抑制劑-THA誘導的脊髓前角運動神經元損傷具有保護作用，其機制可能與IGF-1抑制細胞凋亡、促進神經出芽和運動神經元軸突的生長有關。Tropea等[3]的研究表明，IGF-1可作為雷氏綜合癥及其他突觸成熟遲緩的中樞神經系統(tǒng)障礙之藥物療法的備選藥物。IGF-1在正常發(fā)育的中樞神經系統(tǒng)中廣泛表達，有力地促進神經元的存活和突觸成熟，也可以促進皮質發(fā)育過程中突觸功能可塑性的成熟。IGF-1刺激PI3K/pAkt/PSD-95和MAPK信號通路，并被證實顯著地增加興奮性突觸后電流[3]。此外，IGF-1還可通過和脂蛋白相關受體（lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1）相互作用進入中樞神經系統(tǒng)，對神經元和突觸的發(fā)育和功能有多種作用，包括神經發(fā)生和突觸形成[4]。而Lunetta等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，成人肌肉纖維是生長因子的來源，包括IGF-1，這些因子影響神經元的存活、軸突生長以及突觸聯(lián)系的維持。IGF所屬的神經營養(yǎng)因子（neurotrophic factor，NTF），在神經系統(tǒng)的發(fā)育過程中扮演著重要的角色，在成熟神經系統(tǒng)中，NTF可緩解損傷后的神經元死亡、調節(jié)突觸的可塑性、刺激軸突的生長、調節(jié)神經遞質傳遞、減少神經元變性、促進神經再生[6]。

1.3 內皮素

德克薩斯州大學Kim和Jones[7]研究發(fā)現(xiàn)，使用一種血管收縮肽內皮素-1，對代表前肢的感覺運動皮質進行單側缺血性損傷，結果顯示每個神經元的突觸數(shù)量與損傷區(qū)域呈負相關，并且損傷區(qū)域越大，突觸數(shù)量越少，區(qū)域越小，突觸數(shù)量越多。

1.4 促甲狀腺激素釋放激素

與去甲腎上腺素一樣，促甲狀腺激素釋放激素（thyrotropin-releasing hormone，TRH）能改變某些電壓和鈣離子敏感性通道的特性，從而影響脊髓運動神經元突觸電流的擴散和輸入阻抗[8]。TRH不僅直接調節(jié)運動神經元的活動，而且間接改變背根傳入的突觸傳遞[9]，還具有易化對側腹外側索電刺激誘發(fā)的興奮性突觸傳遞作用以調節(jié)對側腹外側索下行激活脊髓運動神經元的作用，這種易化作用可能獨立于抑制性氨基酸受體[10]。

1.5 生長激素、生長激素釋放激素

生長激素（growth hormone，GH）受體在外周和中樞神經系統(tǒng)廣泛表達，其具有很多公認的作用，包括對神經元生長和發(fā)育的調控作用，突觸可塑性和神經元的保護作用。生長激素釋放激素（growth hormone-releasing hormone，GHRH）反過來控制GH分泌，而突觸傳入可塑性變化的整合，很明顯地對不同自發(fā)性或受刺激的神經元放電模式的穩(wěn)定有影響[11]。胃饑餓素（ghrelin）是胃粘膜細胞分泌的激素，是一種生長激素釋放激素，Ghrelin主要與GHS-R1α型受體結合后，通過激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC）信號傳導途徑，導致三磷酸肌醇（inositol trisphosphate，IP）和蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）的激活，內質網鈣離子通道開放，使鈣離子由內質網進入細胞質，從而介導大多數(shù)生物學活性，如可促進GH、促腎上腺皮質激素、皮質醇和催乳素等的釋放[12]。近年發(fā)現(xiàn)Ghrelin分布于與疼痛有關的中樞神經系統(tǒng)，它可誘導突觸輸入結構和下丘腦孤束核神經元電生理特性的改變[13]。

1.6 縮膽囊素

有文獻報道，在后腦注入縮膽囊素（cholecystokinin，CCK）導致Kv4.2亞基上Perk1/2的磷酸化，表明這種磷酸化作用可能直接增強孤束核神經元對CCK的反應，CCK同樣也可影響Perk1/2對NMDAR亞基進行磷酸化，并調節(jié)突觸后AMPA受體的轉運和嵌入，從而影響突觸可塑性[14]。

1.7 胃泌素釋放肽

胃泌素釋放肽（gastrin-releasing peptide receptor，GRP）相當有趣，通過偏光鏡的三維立體分析顯示，GRP免疫反應陽性纖維最終與位于5～6腰髓間前角的性二態(tài)運動核--球海綿體脊髓核形成突觸聯(lián)系[15]。

1.8 血管收縮素

在目前的研究中，已發(fā)現(xiàn)血管收縮素可對感覺傳入纖維和大鼠運動神經元之間突觸上短時程抑制作用（short-term depression，STD）進行調節(jié)，它亦可以使運動神經元去極化并抑制感覺-運動突觸傳遞[16]。

2 胺類激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響

2.1 腎上腺素

脊髓中存在的腎上腺素多數(shù)來源于腦干，它不僅可以提高脊髓運動神經元的興奮性，還可以抑制運動神經元的感覺傳入（EPSPs）。

2.2 去甲腎上腺素（noradrenaline，NE）

NE通過加速Ca2+介導的持續(xù)性內向電流來提高脊髓運動神經元興奮性，這對運動神經元的持續(xù)放電至關重要。脊髓橫斷可消除大量的NE，從而導致Ca2+介導的持續(xù)性內向電流減少和運動神經元的感覺傳入的增大[15]。很多文獻證實NE信號對突觸可塑性和突觸再可塑性有重要作用，然而這些作用的基本機制尚不明確[17]。除了在外周自主神經系統(tǒng)中作為神經遞質外，NE也是腦橋藍斑區(qū)神經元的神經遞質。形態(tài)學和電生理學的大量證據表明，藍斑復合核區(qū)和腰椎脊髓運動神經元區(qū)域的NE能神經元存在結構和功能上的聯(lián)系。對藍斑復合核區(qū)進行電刺激或在脊髓上應用離子電滲療法，可以使運動神經元對興奮傳入的反應性加強。投射到脊髓的NE神經元的活動很可能對動物的運動調節(jié)起到突觸控制的作用，脊髓腹角NE的水平與突觸釋放密切相關[18]。目前的研究發(fā)現(xiàn)NE和血管收縮素一樣可以使運動神經元細胞膜去極化并抑制感覺-運動突觸傳遞，這一去極化作用與細胞興奮性的增強和膜電導的下降有關[19]。但NE的作用較之血管收縮素稍弱，它顯著改變1～5 Hz刺激下興奮性突觸后電流（excitatory postsynaptic currents，EPSC）下降的程度，但對10 Hz刺激下短時程壓抑（short-term depression，STD）的發(fā)生卻沒有影響。與多巴胺和血管收縮素均化短時程減弱的程度不同，3種不同刺激頻率下，NE可以使STD達到顯著不同的水平[20]。

3 脂類激素對脊髓運動神經元突觸可塑性的影響

3.1 雌激素

除調節(jié)生殖功能活動外，雌激素對中樞神經系統(tǒng)有著更為廣泛的作用[21]。研究顯示，雌二醇不僅在維持棘突數(shù)量上扮演重要角色，也能通過小而致密的可塑性棘突使突觸可塑性變得更加穩(wěn)定[22,23]。而與其他一些類固醇相似的是，使用17β-雌二醇數(shù)秒至數(shù)分鐘后，即可產生神經元興奮，效果迅速，這種作用廣泛存在于脊椎動物中樞神經系統(tǒng)，包括下丘腦、杏仁核、紋狀體和脊髓。突觸前膨體內的激素合成反映了神經內分泌學的研究前沿，有充足的證據顯示鳥類和人在內的哺乳類動物的中樞神經系統(tǒng)突觸前膨體內存在雌激素合成酶，且是否將雌激素看作一種神經遞質這一問題也正在被熱議。有學者將這種分泌方式稱為“突觸分泌”，這一叫法也逐步被其他實驗室采用[24]。目前研究表明，雌激素在脊髓背角中合成，并在疼痛過程中起作用，但其細胞和分子機制尚不明確。Zhang等[25]通過電生理、生物化學和形態(tài)學方法證實，17β-雌二醇--雌二醇的主要形式，能夠通過加強NMDA受體介導的突觸傳遞直接調節(jié)脊髓突觸傳遞。

3.2 雄激素

對哺乳動物的大量研究表明，雄激素調節(jié)神經元胞體大小、樹突分枝和突觸聯(lián)系[25]。脊髓運動神經元樹突對運動神經元功能方面有著至關重要的影響，它受一系列因素不斷調控，一些證據顯示靶肌肉系統(tǒng)的營養(yǎng)相互作用在其中起重要作用[26]。研究認為，在對雄激素高度敏感的運動神經元中，雄激素通過作用于受體豐富的靶肌肉組織來調控運動神經元樹突[27]。研究發(fā)現(xiàn)，靶肌肉組織中雄激素受體高度表達，可以構成相應運動神經元樹突的雄激素調節(jié)的基礎，由此論證出肌肉組織中雄激素受體的表達與支配該肌肉組織的運動神經元所展示的雄激素敏感的程度之間，并不只是簡單的相關，而是存在某種因果關系[28]。

3.3 糖皮質激素

糖皮質激素影響脊髓的多種功能，如突觸傳遞、生化胺含量、類脂化合物代謝作用以及某些酶的活化[29]。鈉-鉀依賴式ATP酶在中樞神經系統(tǒng)中起重要作用，影響離子流的調控，細胞膜復極化以及突觸傳遞。González等[30]使用正常組大鼠、腎上腺切除組大鼠以及給予地塞米松的腎上腺切除組大鼠，研究了糖皮質激素對于脊髓腹角鈉-鉀依賴式ATP酶合成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質激素對鈉-鉀依賴式ATP酶上的α3亞基和β1亞基的mRNA有正性調節(jié)作用，影響細胞膜復極化和突觸傳遞的鈉-鉀依賴式ATP酶的合成和活化的增幅與糖皮質激素對脊髓功能的興奮作用相一致[30]。地塞米松明顯影響大鼠趾長伸肌運動神經元群樹突的可塑性，改變其樹突分布方式，促進白質樹突（white matter dendrites，WMD）增長，地塞米松對比目魚肌運動神經元群樹突可塑性的影響較小，趾長伸肌的糖皮質激素受體含量明顯高于比目魚肌，地塞米松明顯影響大鼠趾長伸肌運動神經元樹突可塑性可能與此有關[31]。

4 展望

脊髓運動神經元突觸可塑性的研究是近年的研究熱點，它與運動學習和儲存運動技能相關的記憶能力有關。而突觸可塑性研究的重點和難點是探究其分子機制，但其具體機制尚不明確。相關激素對中樞神經系統(tǒng)神經元有多種作用，包括電生理、神經營養(yǎng)和代謝等作用。從內分泌的角度入手探究兩者之間的聯(lián)系，可為脊髓運動學習和運動控制機制的闡明提供新的資料。在激素展示其不同功能的同時，尚有許多問題需要解決。不同激素如何作用于脊髓運動神經元，及其影響突觸可塑性的機制等這些問題都有待進一步研究。

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（本文編輯：唐穎馨）

R741；R338.8

ADOI10.3870/sjsscj.2015.02.016

皖南醫(yī)學院細胞電生理研究室
安徽蕪湖241002

國家自然科學基金（No.31271155）

2015-01-29

汪萌芽

wangmy@wnmc.edu. cn