检索历史 清除

摘要钙离子(Ca2+)是重要的神经传导介质，在神经元的功能活动中起着极为重要的作用。生物学上，锰离子(Mn2+)是Ca2+的类似物，可通过电压门控Ca2+通道进入神经元，并可通过微管系统在神经细胞内传输。同时，Mn2+具有顺磁性，可用作磁共振成像造影剂。基于Mn2+的这两个特性，Lin和Koretsky在1997年提出了锰离子增强磁共振成像(MEMRI)技术，他们利用Mn2+作为Ca2+的示踪剂，显示功能或病理状态下Ca2+在神经细胞内外以及神经突触间的传递过程，并以此来记录和反映神经元的功能活动。经过几年的发展，该项技术已被广泛用来研究大脑功能活动，追踪神经传导路径和显示脑组织精细结构等方面。<br>　　 本论文首先研究了在进行MEMRI时所涉及的一些基础问题，包括锰化合物的选择、脑内注射锰化合物对神经元的影响以及不同引入锰离子方式对磁共振成像结果的影响等。综合考虑其易得性、水溶性、氧化还原性以及对水质子弛豫时间影响大小等多种因素，本论文决定采用MnCl2作为锰离子增强磁共振成像的对比剂。鉴于Mn2+具有生物毒性，观察了脑内注射不同浓度MnCl2溶液对注射点附近神经元数目的影响。发现注射100nL浓度为200mM的MnCl2溶液不会导致注射点附近神经元数量的显著减少，而相同体积的浓度为400mM的溶液会导致神经元数目明显减少。在生物体内引入外源性Mn2+的不同方式(如自由口腔摄入、腹腔注射和侧脑室注射等)会对MEMRI的结果产生影响。自由口腔摄入是一种较为安全的方式，但通过此种方式进入脑组织的Mn2+量比较少，不易产生高对比度的T1加权磁共振像。腹腔注射条件下，Mn2+可较快进入脑室，但是由于血脑屏障的存在使之不能快速进入脑组织，即使在使用α-氯代丙三醇部分破坏血脑屏障后也不能快速进入，说明了Mn2+通过血脑屏障的能力有限。侧脑室注射可使Mn2+更快进入脑实质，并在海马锥体细胞区及腹侧苍白球处产生明显沉积。这些研究结果说明，锰化合物的种类，Mn2+的浓度以及引入方式的不同都会对MEMRI的结果产生影响，研究者需根据不同的目的进行实验条件的选择。<br>　　 基于对MEMRI基础问题的研究结果，本文选择了优化的实验条件，利用该方法开展了一些与药物成瘾形成有关的脑区的功能活动和神经通路的研究，希望能够为理解和研究药物成瘾的机制提供信息。首先，通过在眶额叶皮层(OFC)进行定位注射MnCh溶液，研究了重复吗啡给药和戒断期间大鼠OFC功能活动的变化过程。结果说明在重复吗啡给药期间OFC的功能活动降低，在戒断1天时达到最小，但是在戒断后最初几天逐步上升并有比对照组功能活动更强的趋势。OFC在吗啡戒断过程中的兴奋性活动可能与戒断过程中表现出来的药物渴求有关。我们还通过立体定位技术，将MnCl2溶液注射到活体大鼠的腹侧被盖区(VTA)，并采用MEMRI研究了从VTA到前脑的神经投射。结果表明，VTA注射MnCl2后，与之有神经通路相连的纹状体、苍白球、伏核和前额叶等脑区均有明显信号增强，而且各脑区信号强度随时间的变化可用Sigmoidal函数拟合。各脑区信号增强曲线的斜率(slope)并不相同，在神经投射比较密集的伏核和前额叶处较大，而在神经投射比较少的纹状体和苍白球处较小，因此该斜率参数可用于定量描述神经投射的强度。但此斜率参数是否可以反映药物成瘾时脑区间神经投射强度及功能的变化有待于进一步研究。本文的研究结果表明MEMRI是研究脑功能活动和神经投射的非常有力的工具，能为理解和研究药物成瘾机制提供新的方法。