五羟色胺调节舌下运动神经元活动的机制及该调控对呼吸的影响

The occurrence of sleep respiratory disorders, including obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) and sudden infant death syndrome (SIDS), were regarded as insufficient government of genioglossus muscle by hypoglossus nerve. 5-HT was able to regulate the strength of hypoglossus nerve on respiratory activity, however, the underlying mechanism of this serotonergic modulation was elusive. Our preliminary data first demonstrated that 5-HT could facilitate spontaneous inhibitory synaptic input to HMN immediately. Base on this novel finding in HMN, we hypothesized that 5-HT could effect on the output of hypolossus nerver through modulating the synaptic inputs to hypoglossal motor neurons (HMN). To prove this point of view, This project will use morphological, molecular biological and electrophysiological methods to study serotonergic modulation of chemical and electrical synaptic strength. For HMN chemical synapse, we will conduct the work on both short-term and long-term effect of 5-HT on its synaptic inputs. As to the other type of synapse, this project will study the serotonergic regulation of gap junction channel for the first time. Finally, this work will demonstrate the relationship of all these kinds of serotonergic modulation on HMN synaptic input with its signal output. Taken together, the project could illustrate the mechanism of serotonergic regulation of breath, which will provide a cue for clinical treatment of patients that suffer sleep respiratory disorders.

睡眠呼吸障碍，包括阻塞性呼吸暂停综合症和婴儿猝死综合症，多被认为是同舌下神经对頦舌肌控制效率下降以致呼吸失控有关。五羟色胺(5-HT)能够通过多种方式调控舌下神经对呼吸的控制，但是这种调控的具体机制尚未明确。我们前期的工作首次表明5-HT能够短时程增强舌下运动神经元（hypoglossal motor neuron, HMN）自发抑制性突触输入，因此我们推测“5-HT可通过作用于HMN的突触输入而影响其神经输出，最终调控呼吸活动”。为证实这个假说，该项目将采用形态学，分子生物学和电生理记录相结合的方法开展5-HT调控HMN化学和电学突触传递强度的研究。对于化学突触输入，可进一步研究5-HT对其短时程和长时程的调控。对于电突触，本项目将首次开展5-HT对缝隙连接通道调控的研究。最终，本研究将观察这些不同调控方式同舌下神经输出的关系，揭示5-HT调控呼吸作用的机制。为临床使用5-HT治疗睡眠呼

CNQX, 一种最常用的AMPA受体拮抗剂，而在舌下神经核团，CNQX的具体作用还不是很清楚。在舌下神经核团的脑片上，我们使用全细胞膜片钳的方法来研究CNQX对的突触传递的作用。在记录的舌下运动神经元（hypoglossal motoneurons， HMs）中，CNQX能够极大的促进抑制性突触传递。而NMDA受体拮抗剂D-AP-5抑制性突触传递没有影响。施加GABAA受体和甘氨酸受体拮抗剂bicuculline和strychnine，我们发现5-HT不仅增强甘氨酸能的还能增强GABA能的抑制性突触传递。类似的增强作用也能在CNQX的结构类似物DNQX观察到，但在另一种非结构类似AMPA受体拮抗剂GYKI 53655上却没有观察到增强的抑制性传递。在动作电位阻断剂河豚毒素（tetrodotoxin， TTX）存在的情况下，CNQX触发的增强抑制性传递的作用被取消了。综上所述，CNQX通过激活HMs突触前抑制性神经元上的AMPA受体来提高该突触前神经元的兴奋性从而增加GABA和甘氨酸从该神经元轴突终末释放到HMs的树突上。.. 为了弄清从尾侧中缝核投射到舌下神经核团的五羟色胺能投射纤维的功能，首先，我们使用膜片钳的方法来研究5-HT(serotonin，5-hydroxytryptamine, 5-HT)对舌下神经核团突触传递的影响。在一部分HMs中，5-HT能够增强其抑制性突触传递或者兴奋性突触传递。这种5-HT诱导的对抑制性和兴奋性突触后电流的增强作用可被TTX所取消，表明动作电位参与其中。另外，5-HT2受体的激动剂可以模拟5-HT的作用增强HMs的突触输入而5-HT2A受体的拮抗剂可以阻断这种增强作用。其次，即使在突触传递阻断剂存在的情况下，5-HT还可以增强HMs动作电位的发放频率，提示5-HT能通过直接调节HMs自身上的离子通道来提高HMs的兴奋性。因为，5-HT可以在HMs上诱导出一个慢性内向电流，正是该电流提高了HMs的兴奋性。被5-HT2受体的激动剂可以模拟5-HT的作用诱导出类似的慢性内向电流而5-HT2A受体的拮抗剂可以大部分阻断这个电流。再次，5-HT可以在HMs上诱导出域下振荡电流，而且在动作电位存在情况下，5-HT还可以通过电突触同步化这些振荡电流。这种振荡电流的产生也依赖于激活5-HT2A受体。综上所述，5-HT通过调节HMs的输入