陳晨，劉保森，董榕

下丘腦乳頭體核對哮喘大鼠呼吸運動的調(diào)控作用研究

陳晨，劉保森，董榕

目的研究下丘腦后區(qū)結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)組胺能神經(jīng)元在哮喘發(fā)作中的作用。方法取72只健康雄性SD大鼠作為研究對象，其中64只通過腹腔注射卵蛋白(OA)致敏，霧化吸入OA溶液誘發(fā)哮喘發(fā)作，制作大鼠哮喘模型，余8只作為對照。在麻醉狀態(tài)下通過靜脈注射OA溶液誘發(fā)大鼠哮喘發(fā)作，用生物信號采集系統(tǒng)記錄下丘腦后區(qū)結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)電活動，并進行功能譜分析。利用中樞立體定位技術(shù)，分別對TMN進行電刺激與電損毀；通過中樞核團微量注射技術(shù)，在TMN內(nèi)分別微量注射組胺H3受體激動劑R-α-Me-HA與拮抗劑THIO，檢測膈肌放電頻率及積分、每分通氣量、呼氣與吸氣時程比、氣道阻力和肺順應(yīng)性等肺功能指標。結(jié)果與正常對照大鼠比較，哮喘大鼠TMN放電組的α波，β1與β2波所占比例升高，δ波和θ波的比例降低，放電總功率升高。與對照大鼠比較，采用電刺激哮喘大鼠TMN以及在TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體拮抗劑時，大鼠膈肌肌電頻率、呼氣/吸氣比和氣道阻力均增加，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性減小。而采用電損毀哮喘大鼠TMN以及在TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體激動劑后，膈肌肌電頻率、呼氣/吸氣比和氣道阻力均減小，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性增加。結(jié)論下丘腦后區(qū)TMN核團活動可影響哮喘大鼠的呼吸活動。

哮喘；下丘腦區(qū)，側(cè)；受體，組胺H3

近年來，由于空氣污染加劇，呼吸系統(tǒng)疾病高發(fā)，哮喘患者也呈現(xiàn)出日益增多的趨勢[1]。哮喘的本質(zhì)是氣道慢性炎癥，組胺是在氣道炎癥的調(diào)節(jié)過程中釋放數(shù)量最多的炎性介質(zhì)[2]，在哮喘的發(fā)病機制中占重要地位，而組胺同時又是腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)[3-4]，對呼吸、循環(huán)、內(nèi)分泌等系統(tǒng)均具有重要的調(diào)控功能[5]。在成年哺乳動物腦內(nèi)，分布于下丘腦后區(qū)的結(jié)節(jié)乳頭體核(tuberomammillary nucleus，TMN)是已知的神經(jīng)元組胺的唯一來源[6]。介導(dǎo)組胺作用的受體有4種亞型(H1、H2、H3、H4)，其中組胺H3受體主要分布在中樞組胺能神經(jīng)元密集的腦區(qū)，是熱門的藥物靶點[7]。本研究以哮喘大鼠為模型，研究中樞組胺能神經(jīng)元所在部位TMN是否與哮喘發(fā)作有關(guān)，從而進一步揭示哮喘發(fā)病機制并為研發(fā)新的哮喘治療藥物提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物 正常健康成年雄性SD大鼠72只，體重270～310g，在安靜、溫暖(18～25℃)、避強光的實驗室預(yù)飼養(yǎng)1周后供實驗使用。

1.1.2 主要試劑與儀器 滅活的百日咳桿菌沉淀原液(北京生物制品研究所)，卵蛋白溶液、H3受體激動劑R-α甲基組胺(R-α-methylhistamine， R-α-Me-HA)及H3受體拮抗劑Thioperamide(美國Sigma公司)，402型超聲霧化器(上海四菱醫(yī)療器械廠)，Powerlab ML856生物信號采集處理系統(tǒng)(澳大利亞ADInstruments) ，江灣Ⅰ型C腦立體定位儀(第二軍醫(yī)大學)，微量注射機(浙江醫(yī)科大學醫(yī)學儀器廠)。

1.2 方法

1.2.1 哮喘模型大鼠的制備 抗原液配制：取卵蛋白粉末100mg、氫氧化鋁干粉100mg，加入滅活的百日咳桿菌疫苗液1ml(含百日咳桿菌疫苗5×109個)中配成混懸液，用前現(xiàn)配。

實驗第1天對大鼠行腹腔注射抗原液1ml致敏，第3天再次給予腹腔注射1ml予以強化，自第15天至第17天超聲霧化吸入1%卵蛋白溶液(40ml，20min，顆粒直徑≤5μm )，接通電源后待氣霧從超聲霧化器均勻流出到霧化箱內(nèi)，將大鼠放入霧化箱，開始計時，直至大鼠出現(xiàn)煩躁不安、呼吸急促、點頭呼吸、喘息、咳嗽等哮喘癥狀，20min后將大鼠取出。每天1次，每次均以哮喘癥狀出現(xiàn)作為指標，連續(xù)3d。

觀測哮喘模型大鼠霧化吸入卵蛋白，誘發(fā)哮喘發(fā)作時的呼吸狀態(tài)改變，以及靜脈注射卵蛋白生理鹽水溶液后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化，確定哮喘模型制備是否成功。

1.2.2 實驗分組 首先，為確定大鼠哮喘發(fā)作時下丘腦后區(qū)TMN核團腦電活動變化，設(shè)卵蛋白致敏模型組(asthma組)和生理鹽水對照組(control組)。卵蛋白致敏模型組：參照1.2.1制備哮喘模型大鼠，麻醉后，進行手術(shù)(氣管插管和腦立體定位)，尾靜脈注射卵蛋白生理鹽水溶液30mg/kg。生理鹽水對照組：實驗第1天，取8只大鼠分別腹腔注射生理鹽水1ml，第3天每只大鼠再次腹腔注射1ml生理鹽水強化，自第15天至第17天超聲霧化吸入1% 生理鹽水。手術(shù)后尾靜脈注射同卵蛋白致敏模型組等體積的生理鹽水。

其次，探測電刺激與電損毀對哮喘大鼠的影響及TMN核團變化，實驗設(shè)卵蛋白致敏模型組、生理鹽水對照組、電刺激(Stimulation)組、電毀損(Lesion)組和假手術(shù)(Sham)組等5組(n=8)。其中，卵蛋白致敏模型組和生理鹽水對照組處理同上；電刺激組：電刺激下丘腦后區(qū)TMN核團；電毀損組：電損毀下丘腦后區(qū)TMN核團；假手術(shù)組：電極插入下丘腦后區(qū)TMN核團，但不通電刺激或損毀。

最后，探測TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體激動劑和拮抗劑對哮喘大鼠的影響及TMN核團的變化，實驗設(shè)卵蛋白致敏模型組、生理鹽水對照組、TMN-R-α-Me-HA組、TMN-THIO組、TMN-ACFS組和TMN-sham組等6組(n=8)。其中，卵蛋白致敏模型組和生理鹽水對照組處理同上；TMN-R-α-Me-HA組、TMN-THIO組和TMN-ACFS組：分別在下丘腦后區(qū)TMN核團內(nèi)微量注射組胺H3受體激動劑R-α-Me-HA或注射組胺H3受體拮抗劑THIO或注射人工腦脊液；TMN-sham組：下丘腦后區(qū)TMN核團內(nèi)只插管，不進行微量注射。

1.2.3 動物呼吸功能檢測 本實驗選擇膈肌肌電(diaphragm electromyography，EMGdi)頻率(frequency)、膈肌肌電積分(integral)、每分通氣量(minute ventilation volume，MVV)、呼氣時程(expiratory time，TE)、吸氣時程(inspiratory time，TI)、氣道阻力(airway resistance，Raw)和肺順應(yīng)性(dynamic pulmonary compliance，Cdyn)等作為哮喘大鼠肺功能變化的觀測指標。

具體實驗操作如下：大鼠用烏拉坦(1g/kg)麻醉后，取仰臥位固定四肢及頭部，分離氣管，作一倒“T”型切口，插入氣管插管，連接呼吸流量換能器供測定呼吸流量。將食道作橫向切口，插入頭端有四個側(cè)孔的注水導(dǎo)管，后連血壓換能器供測定食道內(nèi)壓，以代替胸內(nèi)壓。

正中切開上腹部皮膚，分離出劍突及其下方的膈小肌，用雙極鉑金引導(dǎo)電極插入膈小肌內(nèi)引導(dǎo)膈肌肌電活動。呼吸流量、食道內(nèi)壓和膈肌肌電3種信號經(jīng)Powerlab生物信號采集處理系統(tǒng)，由計算機采樣并進行分析處理，統(tǒng)計出呼吸頻率、潮氣量、每分通氣量、氣道阻力、肺順應(yīng)性與膈肌放電積分。采樣頻率10kHz，時間常數(shù)0.001。

1.2.4 中樞立體定位和核團微量注射 按照George Paxinos and Charles Watson圖譜要求，控制大鼠體重于270～310g，腹腔注射烏拉坦(1g/kg)麻醉后，將動物固定在腦立體定位儀上。切牙低于耳間線3.3mm，在TMN內(nèi)埋一內(nèi)徑為0.3mm的不銹鋼管作為注射引導(dǎo)管，用牙托水泥和502膠固定。用外徑0.2mm的不銹鋼管作為注射管，注射管尖端露出0.5mm，以注射管尖端正好到達坐標點為準。用拉制的細聚氯乙烯管將注射管和微量注射機相連，實驗時將注射管插入引導(dǎo)管中準備給藥。用微量注射機恒速注射，注射后留管20min。

1.2.5 下丘腦后區(qū)TMN核團腦電活動的引導(dǎo) 按照George Paxinos and Charles Watson 圖譜要求，控制大鼠體重于270～310g，烏拉坦(1g/kg)麻醉后，將動物固定于江灣Ⅰ型腦立體定位儀上，切牙低于耳間線3.3mm，TMN的坐標為：AP –4.2mm(前囟后)，LR 1.5mm，H –8.1mm (顱骨下)。植入不銹鋼電極(直徑0.1mm，尖端裸露0.1mm)作為記錄電極，參考電極(與記錄電極性質(zhì)相同的不銹鋼電極)埋置于頭皮下，接地電極插入下肢皮下，記錄電極用牙托粉加502膠水固定。TMN核團腦電活動采用Powerlab生物信號采集系統(tǒng)記錄。參數(shù)設(shè)置：增益4000；濾波100Hz；時間常數(shù)0.1s。實驗結(jié)束后用美藍法驗證電極植入的部位。記錄后對放電活動進行功率譜分析。功率譜分析指標預(yù)置為：頻率0～100Hz，頻率分辨率為0.195Hz。使用快速傅立葉方法計算總功率中δ、θ、α、β1、β25個頻段的功率百分比，各頻段的頻率范圍是：δ 1.17～3.91Hz，θ 3.91～8.20Hz，α 8.20～13.28Hz，β113.28～20.31Hz，β220.31～30.8Hz。

1.2.6 電刺激與電損毀下丘腦后區(qū)TMN核團腦電活動的引導(dǎo) 大鼠用25%烏拉坦(1g/kg)腹腔內(nèi)注射麻醉，將動物固定在腦立體定位儀上，切牙低于耳間線3.3mm。將外徑0.4mm、內(nèi)徑0.1mm、尖端裸露0.3mm的同心圓電極植入右側(cè)乳頭體核。電刺激的參數(shù)為單相方波，波寬0.2ms，強度0.4mA，持續(xù)1min；電損毀的參數(shù)為電流1mA，持續(xù)10s。Sham組只插電極，不通電刺激或損毀。實驗結(jié)束后取腦，用10%甲醛固定4～7d后，用冰凍切片機進行冰凍切片，鑒定微量注射或電極位置，對照大鼠腦圖譜，確定注射部位是否準確，定位不準者，數(shù)據(jù)不納入統(tǒng)計。

1.3 統(tǒng)計學處理 采用SAS9.3對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析所有數(shù)據(jù)均以表示，多組間比較采用方差分析，單因素比較時用One-Way ANOVA，兩因素比較時用Two-Way ANOVA，進一步兩兩間比較采用SNK-q檢驗。P<0.05示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 大鼠哮喘模型的確立

2.1.1 霧化吸入卵蛋白后行為狀態(tài)的變化 哮喘模型動物第15天至第17天霧化吸入1%卵蛋白生理鹽水溶液，以激發(fā)哮喘發(fā)作，在霧化吸入后約5min，大鼠出現(xiàn)煩躁不安、抓搔面部、呼吸急促、點頭呼吸、喘息、咳嗽等哮喘癥狀，15min左右達高峰，可持續(xù)30min。正常動物對照組于相同條件下霧化吸入生理鹽水，進行假激發(fā)，大鼠行為狀態(tài)無明顯變化。

2.1.2 靜脈注射卵蛋白后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化 為確定哮喘發(fā)作后的肺功能變化，測定對照組靜脈注射生理鹽水假激發(fā)前后和哮喘模型動物靜脈注射卵蛋白溶液前后的呼吸頻率(frequency)、潮氣量(tidal volume，VT)、每分通氣量(minute ventilation volume，MVV)。

大鼠尾靜脈注射卵蛋白后，呼吸頻率增加，潮氣量下降，每分通氣量減少，呈淺快呼吸，可持續(xù)30min左右(表1)。

表1 哮喘激發(fā)前后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化(±s，n=8)Tab.1 Changes of respiratory frequency(f),tidal volume(VT) and minute ventilation volume(MVV) before and after ovalbumin challenge (±s,n=8)

表1 哮喘激發(fā)前后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化(±s，n=8)Tab.1 Changes of respiratory frequency(f),tidal volume(VT) and minute ventilation volume(MVV) before and after ovalbumin challenge (±s,n=8)

(1)P<0.01 compared with control group; (2)P<0.01 compared with before inhalation

Group Before inhalation After inhalation f(/min) VT(ml) MVV(ml/min) f(/min) VT(ml) MVV(ml/min) Control 103.42±4.80 1.28±0.09 132.37±7.80 103.78±3.96 1.27±0.11 131.80±5.84 Asthma 104.29±3.54 1.27±0.10 132.44±6.79 158.15±6.31(1)(2) 0.58±0.06(1)(2) 91.7±8.26(1)(2)

2.2 大鼠哮喘發(fā)作時下丘腦后區(qū)TMN核團腦電活動的變化 電活動的記錄是在手術(shù)操作完成30min后進行，利用Powerlab生物信號采集系統(tǒng)記錄TMN放電變化過程，并對放電圖形進行功率譜分析。與control組比較，Asthma組δ、θ波所占百分比降低，而α、β1、β2波所占百分比均升高，差異均具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，總功率明顯增加(P<0.01，表2)。

2.3 電刺激與電損毀TMN以及TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動劑與拮抗劑對哮喘大鼠肺功能的影響 對哮喘模型大鼠下丘腦后區(qū)的TMN核團分別進行電刺激與電損毀，觀察哮喘發(fā)作時呼吸功能的改變。結(jié)果顯示，電刺激與電損毀的假手術(shù)與哮喘組之間各項指標均無明顯差異。與哮喘組比較，電刺激組的膈肌肌電頻率、呼氣時程/吸氣時程比均增加(P<0.05)，氣道阻力增加(P<0.01)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均減小(P<0.01)。與哮喘組比較，電損毀組的膈肌肌電頻率、呼氣時程/吸氣時程比和氣道阻力均減小(P<0.01)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均增加(P<0.01，表3)。

表2 哮喘大鼠TMN核團腦電的功率譜(±s，n=8)Tab. 2 EEG power spectra of TMN in asthmatic rats (±s,n=8)

表2 哮喘大鼠TMN核團腦電的功率譜(±s，n=8)Tab. 2 EEG power spectra of TMN in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group

?

表3 電刺激與電損毀TMN對哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.3 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of TMN stimulation or lesion in asthmatic rats (±s,n=8)

表3 電刺激與電損毀TMN對哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.3 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of TMN stimulation or lesion in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group; (3)P<0.01,(4)P<0.05 compared with asthma group; MVV. Minute ventilation volume; EMGdi frequency. Diaphragm electromyography frequency; EMGdi integral. Diaphragm electromyography integral; TE/TI. Expiratory time/ inspiratory time; Raw. Airway resistance; Cdyn. Dynamic pulmonary compliance

Group MVV(ml/min) EMGdi frequency (/min) EMGdi integral(mV·s) TE/TI Raw (cmH2O.ml/s) Cdyn(ml/cmH2O) Control 131.80±5.84 103.78±3.96 82.14±2.23 1.56±0.20 0.481±0.028 0.518±0.033 Asthma 91.70±8.26(2) 158.15±6.31(2) 35.52±1.92(2) 2.23±0.14(2) 0.607±0.021(2) 0.409±0.017(2)Sham 93.42±7.36(2) 156.33±7.46(2) 36.72±2.45(2) 2.24±0.19(2) 0.619±0.017(2) 0.408±0.065(2)Stimulation 73.49±5.91(2)(4) 170.48±9.67(2)(4) 25.37±5.64(2)(4) 2.45±0.16(2)(4) 0.654±0.022(2)(4) 0.290±0.026(2)(4)Lesion 117.21±7.30(2)(3) 116.10±4.65(2)(3) 83.22±4.08(3) 1.61±0.12(2)(3) 0.521±0.013(2)(3) 0.493±0.032(3)

2.4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動劑與拮抗劑對哮喘大鼠肺功能的影響 哮喘模型大鼠TMN內(nèi)微量注射R-α-Me-HA與THIO，觀察哮喘發(fā)作時呼吸功能的改變。結(jié)果顯示，與哮喘組比較，TMN-THIO組的膈肌肌電頻率、呼氣時程/吸氣時程比和氣道阻力均增加(P<0.05)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均減小(P<0.05)。與哮喘組比較，TMN-R-α-Me-HA組呼氣時程/吸氣時程比和氣道阻力均減小(P<0.05)，膈肌肌電頻率減小(P<0.01)，每分通氣量和肺順應(yīng)性均增加(P<0.05)，膈肌肌電積分增加(P<0.01)。假手術(shù)組及溶劑對照組(TMN-sham組)與哮喘組之間各項指標無統(tǒng)計學意義(表4)。

表4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動劑與拮抗劑對哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.4 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of intra-TMN microinjection of histamine agonist or antagonist in asthmatic rats (±s,n=8)

表4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動劑與拮抗劑對哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.4 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of intra-TMN microinjection of histamine agonist or antagonist in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group; (3)P<0.01,(4)P<0.05 compared with asthma group

Group MVV(ml/min) EMGdi frequency(/min)EMGdi integral(mV·s) TE/TI Raw(cmH2O.ml/s)Cdyn(ml/cmH2O) Control 131.80±5.84 103.78±3.96 82.14±2.23 1.56±0.20 0.481±0.028 0.518±0.033 Asthma 91.70±8.26(2) 158.15±6.31(2) 35.52±1.92(2) 2.23±0.14(2) 0.607±0.021(2) 0.409±0.017(2)TMN-sham 93.89±7.27(2) 158.19±4.95(2) 35.85±2.07(2) 2.22±0.17(2) 0.604±0.027(2) 0.412±0.025(2)TMN-ACFS 94.86±7.54(2) 159.62±5.73(2) 36.03±1.88(2) 2.21±0.11(2) 0.615±0.025(2) 0.396±0.019(2)TMN-R-α-Me-HA 115.08±5.91(1)(4) 120.42±4.77(1)(4) 65.20±2.54(1)(4) 1.70±0.08(1)(4)0.538±0.023(1)(4) 0.513±0.014(1)(4)TMN-THIO 81.29±4.30(2)(4) 168.48±3.90(2)(4) 26.24±3.41(2)(4) 2.44±0.13(2)(4)0.656±0.032(2)(4) 0.308±0.035(2)(4)

3 討 論

隨著對哮喘發(fā)生機制研究的深入，有報道中樞神經(jīng)系統(tǒng)也參與了哮喘的病理發(fā)生過程[8]。組胺是哮喘中的重要炎癥介質(zhì)[9]，在哮喘發(fā)生發(fā)展過程的多個環(huán)節(jié)中都起作用[10]。組胺也存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，作為中樞神經(jīng)遞質(zhì)參與了大腦的許多生理及病理生理反應(yīng)[11]。

本研究觀察了中樞組胺能神經(jīng)元胞體所在部位，即下丘腦后區(qū)TMN核團的放電活動，所記錄到的腦電圖(electroencephalogram，EEG)是該核團內(nèi)大量神經(jīng)元的興奮性突觸后電位(excitatory postsynaptic potential，EPSP)與抑制性突觸后電位(inhibitorpostsynaptipotential，IPSP)的總和，該電活動屬于場電位，反映的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性的動態(tài)變化[12]。對記錄到的EEG進行腦電功率譜分析，包括腦電功率和頻率分配兩個指標。腦電功率反映的是腦電波的總功率和主頻率；而頻譜分配反映各頻段腦電波的功率在腦電總功率中所占百分比。實驗結(jié)果顯示，哮喘發(fā)作時，TMN的EEG表現(xiàn)為頻率較高的α、β1、β2波所占百分比均升高，低頻的δ、θ波所占百分比均降低，總功率增大。一般認為，腦電波由高振幅、低頻率轉(zhuǎn)化為低振幅、高頻率時，稱為去同步化，表示神經(jīng)核團的興奮過程增強。反之，由低振幅、高頻率轉(zhuǎn)化為高振幅、低頻率時，稱為同步化，表示神經(jīng)核團的抑制過程加深?？偣β室嗍巧窠?jīng)核團功能活動狀態(tài)的反映。因此，本實驗結(jié)果表明，在哮喘發(fā)作過程中，下丘腦后區(qū)TMN核團的興奮性增強，而該區(qū)是組胺能神經(jīng)元存在的主要部位，其發(fā)出的組胺能纖維可廣泛地投射至其他腦區(qū)，與其他腦區(qū)內(nèi)的神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系，從而對哮喘的發(fā)生發(fā)展過程起到調(diào)控作用。

哮喘主要是以氣道高反應(yīng)性和氣流阻塞(氣道阻力增加)為特點的慢性氣道炎癥[13]。急性發(fā)作時，因小氣道痙攣導(dǎo)致通氣功能障礙，氣道阻力增加，氣體吸入和交換減少，機體可出現(xiàn)淺快呼吸[14]。哮喘急性發(fā)作時的呼吸表現(xiàn)可能是在神經(jīng)中樞整合驅(qū)動下發(fā)生的復(fù)雜調(diào)節(jié)過程的結(jié)果[15]。電生理實驗的結(jié)果提示，大鼠哮喘發(fā)作時，下丘腦后區(qū)TMN的功能活動增強。本實驗中，哮喘模型大鼠通過靜脈注射卵蛋白誘發(fā)后，呈現(xiàn)出典型的哮喘急性發(fā)作期的呼吸變化過程。電損毀雙側(cè)下丘腦后區(qū)TMN核團后，哮喘大鼠呼吸功能得以明顯改善；電刺激興奮TMN核團后，哮喘大鼠呼吸狀況則進一步惡化，提示下丘腦后區(qū)TMN核團的功能活動可影響哮喘動物的呼吸活動。組胺H3受體主要屬于突觸前自身受體[16]，當該受體活化時，可負反饋地調(diào)控組胺能神經(jīng)元合成與釋放；大鼠哮喘發(fā)作時，在TMN內(nèi)微量注射高選擇性的組胺H3受體激動劑R-α-Me-HA，哮喘大鼠呼吸功能亦有明顯好轉(zhuǎn)；TMN內(nèi)微量注射高選擇性的H3受體拮抗劑THIO，哮喘癥狀加重，提示通過組胺H3受體可能引起TMN的組胺能神經(jīng)元內(nèi)組胺的合成與釋放的改變，從而對哮喘動物的呼吸活動產(chǎn)生影響。這亦與電損毀及電刺激TMN核團所引起的哮喘大鼠呼吸活動的變化一致。

哮喘的外周發(fā)病機制已比較明確，近年來，在對哮喘積極進行遺傳學研究的同時，越來越多的學者開始關(guān)注中樞神經(jīng)系統(tǒng)在哮喘發(fā)作中的作用[17]，通過神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)來全面理解哮喘的發(fā)病機制[18]。本研究對此進行了初步探索，電生理以及藥物兩個方面結(jié)果均提示下丘腦后區(qū)TMN的組胺能神經(jīng)元對哮喘的發(fā)病具有調(diào)控作用。

[1]Seil S,Hamid A,Lena U. Translational value of animal models of asthma: Challenges and promises[J]. Eur J Pharmacol,2015,759: 272-277.

[2]Yan ZQ,Hong JK,Li DB,et al. Expression of histamine H4 receptor in nasal mucosa of rats with allergic rhinitis[J]. Med J Chin PLA,2010,35(7): 857-859. [燕志強,洪錦科,李得本,等. 組胺H4受體在變應(yīng)性鼻炎大鼠鼻黏膜中的表達[J]. 解放軍醫(yī)學雜志,2010,35(7): 857-859.]

[3]Martin M,Kazutaka M. The metabolism of histamine in rat hypothalamus and cortex after reserpine treatment[J]. Neurochem Int,2015,85-86: 31-39.

[4]Blindow S,Preisser AM,Baur X,et al. Is the analysis of histamine and/or interleukin-4 release after isocyanate challenge useful in the identification of patients with IgE-mediated isocyanate asthma[J]? J Immunol Methods,2015,422: 35-50.

[5]Ji J,Dong R. Effect of histamine H3receptor in the hypothalamic paraventricular nucleion hypoth-alamic-pituitary-adrenal axis in rats with asthma[J]. Acta Univ Med Nanjing,2011,31(1): 40-43. [季吉,董榕. 下丘腦室旁核組胺H3受體對哮喘大鼠下丘腦垂體腎上腺軸功能的調(diào)控[J].南京醫(yī)科大學學報(自然科學版),2011,31(1): 40-43.]

[6]Brown RE,Stevens DR,Haas HL. The physiology of brain histamine [J]. Prog Neurobiol,2001,63(6): 637-672.

[7]Jarskog LF,Lowy MT,Grove RA,et al. A Phase II study of a histamine H receptor antagonist GSK239512 for cognitive impairment in stable schizophrenia subjects on antipsychotic therapy[J]. Schizophr Res,2015,164(1-3):136-142.

[8]Passani MB,Blandina P. Histamine receptors in the CNS as targets for therapeutic intervention[J]. Trends Pharmacol Sci,2011,32(4): 242-249.

[9]Matsumoto K,Aizawa H,Fukuyama S,et al. Low-dose salbutamol suppresses airway responsiveness to histamine but not methacholine in subjects with asthma[J]. Respir Investig,2013,51(3): 158-165.

[10] Dong Rong,Zhang Min,Liu BS. The effect of central histamine H3rececptor on breathing activity of asthmatic guinea pigs[J]. Chin J Appl physiol,2006,22(1): 117-121.[董榕,張敏,劉保森.中樞組胺H3受體對哮喘豚鼠呼吸運動的影響[J].中國應(yīng)用生理學雜志,2006,22(1): 117-121.]

[11] Hu CM,Dong R,Liu BS,et al. Effect of histamine H3receptors in nucleus tractus solitaries on c-Fos expression in the brain of rats with asthma onset[J]. J Southest Univ(Med Sci Edi),2005,24(6): 371-374. [胡春梅,董榕,劉保森,等.大鼠孤束核H3受體對哮喘發(fā)作時腦組織中Fos蛋白表達的影響[J]. 東南大學學報,2005,24(6): 371-374.]

[12] Shen HF,Zhang XH,Zhu XJ,et al. Effects of chronic ethanol exposure on the EEG and power spectra in rat nucleus accumben[J]. Chin J Neurosci,2002,18(1): 446-450.[沈紅芬,張曉虎,朱學江,等. 慢性酒精刺激對大鼠伏核EEG及腦電功率譜的影響[J]. 中國神經(jīng)科學雜志,2002,18(1): 446-450.]

[13] Dinh-Xuan AT,Annesi-Maesano I,Berger P,et al. Contribution of exhaled nitric oxide measurement in airway i nflammation assessment in asthma[J]. Rev Mal Respir,2015,32(2): 193-215.

[14] Hu H. Cough variant asthma: progress in diagnosis and treatment[J]. Med J Chin PLA,2014,39(5): 361-364. [胡紅.咳嗽變異性哮喘的診斷及治療進展[J]. 解放軍醫(yī)學雜志,2014,39(5): 361-364.]

[15] Liu NN,Dong R,Liang Y,et al. Study on the activities of amygdala in the modelsof asthma and its mechanisms[J]. Chinese Journal of Neuroanatomy,2008,24(3): 292-296.[劉伲娜,董榕,梁韻,等. 杏仁核參與大鼠哮喘發(fā)作及其機制探討[J]. 神經(jīng)解剖學雜志,2008,24(3): 292-296.]

[16] Ellenbroek BA,Ghiabi B. The other side of the histamine H3 receptor[J]. Trends Neurosci,2014,37(4): 191-199.

[17] Haxhiu MA,Rust CF,Brooks C,et al. CNS determinants of sleep-related worsening of airway functions: Implications for nocturnal asthma[J]. Respir Physiol Neurobiol,2006,151(1): 1-30.

[18] Harkness LM Ashton AW,Burgess JK. Asthma is not only an airway disease,but also a vascular disease[J]. Pharmacol Ther,2015,148: 17-33.

The role of hypothalamus tuberomammillary nucleus on the regulation of respiratory movement of rats with asthma

CHEN Chen,LIU Bao-sen,DONG Rong*
Experimental Center of Basic Medicine,Medical School of Southeast University,Nanjing 210009,China
*< class="emphasis_italic">Corresponding author,E-mail: dongrongshengli@163.com

,E-mail: dongrongshengli@163.com

ObjectiveTo explore the role of central histaminergic neurons in the tuberomammillary nucleus (TMN) of posterior hypothalamus on asthma.MethodsSeventy-two healthy male SD rats were served as study objects. Sixty-four rats were sensitized with ovalbumin (OA) solution intraperitoneally and challenged with OA aerosol inhalation to prepare asthma model. Asthma attack was evoked in asthmatic rats by OA solution injected intravenously,the electrical activities of TMN in posterior hypothalamus were recorded with biological signal collecting system and the power spectra were analyzed. TMN was lesioned or stimulated electrically by central stereo positioning technology. Histamine H3receptor agonist R-(α)-methylhistamine (RMHA) or antagonist thioperamide (THIO) was microinjected into TMN by central nuclear group microinjection technology,and the pulmonary function indexes were detected including diaphragm electromyography (EMGdi) frequency,EMGdi integral,minute ventilation volume (MVV),expiratory time/inspiratory time (TE/TI),airway resistance (Raw) and dynamic pulmonary compliance (Cdyn).ResultsCompared with control group,the percentage of α,β1and β2wave in the electrical activities of TMN of asthmatic rats increased significantly,while the percentage of δ and θ wave decreased and the total discharge power increased. Compared with the corresponding control group,electric lesion of TMN or TMN microinjected with histamine H3receptor antagonist increased EMGdi frequency,TE/TI,Raw,and decreased EMGdi integral,MVV and Cdyn. Compared with the corresponding control group,electric stimulation of TMN or TMN microinjected with histamine H3receptor agonist decreased EMGdi frequency,TE/TI,Raw,and increased EMGdi integral,MVV and Cdyn.ConclusionCentral histaminergic neurons in tuberomammillary nucleus of posterior hypothalamus are activated in asthmatic rats.

asthma; hypothalamic area,lateral; receptors,histamine H3

R562.25

A

0577-7402(2015)12-0981-06

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.12.09

2015-07-01；

2015-10-27)

(責任編輯：沈?qū)?

陳晨，碩士研究生，助理工程師。主要從事哮喘機制方面的研究

210009 南京 東南大學醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學實驗中心 (陳晨、劉保森、董榕)

董榕， E-mail：dongrongshengli@163.com