文摘
周期性变化的生产在发情周期刺激神经组织的类固醇诱导显著的变化在雌性老鼠受体表达。周围的灰色(PAG), upregulation唠叨受体是孕激素水平下降在后期dioestrus (LD)或在撤出外源性孕激素剂量政权。新受体可能extrasynaptically位于gaba ergic中间神经元人口和调解主音电流。电生理学的研究表明,当唠叨受体表达增加,PAG的输出神经元的兴奋性增加,由于减少的水平持续抑制gaba ergic中间神经元的基调。方面的功能影响疼痛的处理进行了有意识的老鼠。基线老鼠尾巴轻轻延迟都是相似的。然而,急性暴露于轻度振动应力诱发痛觉过敏老鼠在LD和孕激素撤退后,符合的upregulation唠叨受体的表达。
1。介绍
周围(PAG)灰质参与调节数量显著的身体机能。电路控制痛觉、温度调节、排尿、发声,心肺功能和性行为都依赖于中脑区域的功能完整性(1- - - - - -5]。PAG也参与产生情感上的变化,尤其是那些与恐惧和防御性的行为(6,7),和有能力调节活动的各种控制电路来编排的变化行为反应模式,适合不断变化的环境(8]。在雌性,PAG运作在一个不断变化的激素环境所导致的生产的周期性变化刺激神经组织的性腺类固醇在月经周期(动物发情周期)。这些分子的亲脂性的本质意味着他们容易进入大脑的循环(9]。在这里,我们审查的结果我们最近调查的功能后果循环孕激素水平的变化在雌性老鼠发情周期中。这些实验研究揭示了非凡的PAG电路的固有兴奋性有关的荷尔蒙变化所反映的重要改变动物的行为。
2。周期性的变化在雌孕激素分泌
在妇女,孕酮的生产在月经周期发生实质性的变化。等离子体水平的类固醇上半年保持在一个恒定的低水平的循环。排卵后黄体分泌的孕激素的增加,导致血浆水平升高(10]。在缺乏受精卵子黄体退化,有一个关联的月经前血浆孕酮生产中快速下跌。
人们早就认识到在月经周期中促性腺激素的周期性生产可以触发重大心理状态的变化。在多达75%的妇女,周期的黄体期后期,当孕酮水平迅速下降,与不良心理症状的发展联系在一起;这些可能包括易怒、情绪波动、侵略和焦虑(11]。此外,身体变化可能出现乳房疼痛和腹胀等对疼痛刺激和响应能力成为增强[12,13]。重要的是,女性症状未能开发在阻止排卵的周期(14]表明促性腺激素水平变化之间的因果关系和大脑功能。啮齿动物的发情周期作为一个合适的模型人工月经周期,并提供机会学习病可塑性中的大脑功能完整的电路和与这一个行为的结果。末dioestrus (LD)阶段的老鼠,自然当孕激素水平下降,与女性经前阶段、焦虑和侵略已报告开发dioestrus期间大鼠(15- - - - - -17]。在大鼠孕酮水平也迅速发情前期在排卵期前的激增(18]。然而,而且孕激素激增的动态生产不足以引发的长期变化gaba ergic函数陪LD(见下文,也19]讨论这一点的)。
3所示。神经行为的孕酮代谢物Allopregnanolone
在大脑中,孕激素产生通过神经元其中受体基因的影响。此外,它还可以作用于细胞膜的水平。这些nongenomic效应是由孕酮介导不是本身,而是通过行为的刺激神经组织的代谢物3 alpha-hydroxy-5 alpha-pregnan-20-one (allopregnanolone、同分异构的)。紧密相联的是合成甾类化合物新创孕酮通过大脑内的行为还原酶和-hydroxysteroid脱氢酶(审查,请参阅[20.])。同分异构的行为在两个站点受体。首先是一个激活网站产生直接受体激活,第二是一个增强网站的同分异构的作为一个强大的积极变构调制器来增强GABA的影响(21]。增强作用发生在应对低摩尔浓度的同分异构的(22]而更高,例如在微摩尔的浓度,如分娩(23),需要直接激活受体(24]。紧密相联的出现在大脑的水平循环水平的影响孕激素和我们展示了最近从等离子体紧密相联的收益可以PAG生产通过一个神经元兴奋性降低介导机制(25]。在其他的大脑结构,浓度的变化紧密相联的后循环孕激素水平波动引发upregulation已被证明受体亚基表达导致神经兴奋性的变化和行为(26]。
4所示。孕酮Withdrawal-Induced PAG GABA受体功能的可塑性
受体pentameric结构围绕一个氯通道。尽管大多数受体组成的只有3单元类型,可用单元的大量意味着受体可以由许多不同的亚基组合(27]。个别受体亚型的功能特征是由他们的亚基组成。有一些迹象显示,孕酮的浓度波动中发挥重要作用在确定的时间模式的某些子单元的表情受体。例如,培养的小脑颗粒细胞或皮质神经元撤出与孕酮是伴随着upregulation长期治疗亚基mRNA (28,29日]。同样,从progesterone-withdrawn大鼠海马组织显示upregulation和亚基mRNA (26,30.]。这些影响是由孕激素介导的不是本身,而是由其刺激神经组织的代谢物紧密相联的,大概代表了神经元的响应,以维持体内平衡。因此孕酮影响神经功能直接通过核孕酮受体基因组行动和间接通过nongenomic行动膜结合的紧密相联的受体。
PAG是另一个大脑区域,显示了对相位的环境孕激素水平的变化,因此紧密相联的。使用免疫组织化学,我们发现24小时雌性老鼠撤出长期与外源性孕激素剂量(5毫克IP导致upregulation连续6天每天两次),,受体亚基蛋白在神经元PAG(图1)[31日]。PAG内subunit-immunoreactive神经元分布在所有细分(图2)。然而,孕激素撤退后upregulation最显著的是在背外侧柱(32gaba ergic神经元的密度),大多数受体表达(31日),是最伟大的33]。
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我们能够获得翻译结果使用外源性激素剂量政权自然波动发生在发情周期。在LD,当等离子体孕激素水平下降,平行upregulation,,PAG内受体亚基蛋白发生(34]。这表明,新受体的单元配置已经形成的大脑中的类固醇水平下降。受体包含子单元可能是extrasynaptically位于(35),的人配置的特点是极低的对GABA (36]。的受体在PAG应该激活GABA水平存在于细胞外液和负责调停主音电流(35,36]。的表达,,亚基蛋白的主要限于PAG gaba ergic神经元人口(32]。这两个因素,即对GABA和细胞的位置,可以提供一个重要的关键功能孕酮受体withdrawal-induced可塑性的后果。从功能角度,表达增加gaba ergic受体神经元将导致减少他们的活动水平,因此放纵PAG内的输出神经元减少的水平持续的gaba ergic基调(图3)。因此,人们会期望看到各种神经的兴奋性增加控制系统位于PAG。PAG组织功能的集成和控制不同的纵列数量方面的功能(37]。的发情cycle-linked upregulation,,受体亚基蛋白在所有地区的PAG大脑本地化的证据。因此,受体的功能后果可塑性可能PAG的广泛,不局限于任何一个方面的功能。
(一)
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5。发情Cycle-Linked女性PAG的神经兴奋性的变化
PAG的神经回路的兴奋性通常是由主音gaba ergic神经元的活动。在神经层面,持续的存在揭示了PAG内gaba ergic抑制输出神经元的放电频率增加的存在拮抗剂(19]。有意识的老鼠,功能的重要性tonically活跃gaba ergic控制系统是通过戏剧性的显微镜下注射引起的行为变化拮抗剂在这个区域(39- - - - - -42]。到目前为止,大多数的研究一直局限于雄性动物。然而,鉴于gaba ergic控制系统的可塑性PAG的雌性,功能的神经回路的兴奋性的变化可能发生在发情周期的不同阶段。的确,我们的电生理学的研究表明,GABA的语气在雌性的PAG是减少LD (19),同样在发情,尽管后者效果是不太可能的可塑性有关受体表达(讨论这一点看19])。内在的变化水平的gaba ergic PAG的语气可能显著影响广泛的行为控制这个地区。事实上,即使在犀牛的准备,我们能够显示变化的响应能力单一神经元的PAG panicogenic pronociceptive受体激动剂五肽胃泌素周期的不同阶段(19]。
6。甾类激素的行为后果Withdrawal-Evoked PAG函数的变化
PAG是多种来源的脊髓下行控制通路发挥抑制和facilitatory影响脊髓痛觉信息的处理(43]。赞成和antinociceptive控制系统被认为是tonically活跃在正常情况下,但它们之间的平衡在不断变化的动态的状态(44,45]。我们最近开始调查的行为后果类固醇hormone-evoked兴奋性的改变电路的有意识的动物,关注对疼痛刺激响应性的变化以及指数的焦虑。
尾巴轻轻延迟(伦敦交通局)为了应对辐射热应用到下面的尾巴抒发撤军反射是一种常用的急性皮肤疼痛敏感性指数在有意识的老鼠46]。我们比较伦敦交通局在老鼠经历了孕激素撤退政权(5毫克IP连续6天每天两次之后24小时撤军)与那些来自老鼠发情前期(Pro)和有限的发情周期的这两个阶段被选为代表的低和高的表达受体的PAG(见图1)。也因为激素水平变化可能导致压力和焦虑水平的变化在大鼠用于痛觉过敏测试,这可能会影响他们的痛感46),我们也观察到动物的行为田野领域评估内在焦虑水平(47]。
实验中疼痛的测试进行了在英国动物(科学过程)法案1986年,符合指南发表的实验动物保健和使用由美国国家卫生院(NIH没有出版。85 - 23,1985年修订)。女性Wistar鼠习惯抑制管。伦敦交通局在15分钟内每隔5分钟测量,是3尾巴轻轻测试,获得伦敦交通局的基值。在基底伦敦交通局没有区别的不同组的自然循环老鼠或progesterone-treated动物(图4(一))。同样,没有差别的行为指标衡量在开放领域(表1)。我们接下来研究了焦虑和伤害感受之间的相互作用。老鼠受到轻微nonnoxious压力通过振动抑制管的老鼠在里面5分钟4赫兹(48]。在振动应力,老鼠有焦虑的迹象,包括排尿,通便,发声。紧跟在振动应力,尾巴轻轻测试恢复。老鼠接受黄体激素已经开发出一种poststress痛觉过敏,表现为显著降低尾轻轻延迟,持续10分钟(图4 (b))。老鼠维持在孕激素剂量计划未能开发痛觉过敏(图4 (b))。自然循环Pro(低的老鼠受体表达在PAG)相比,老鼠在LD(高受体表达在PAG)使用相同的协议。老鼠在LD显示明显的痛觉过敏后振动应力,而老鼠在伦敦交通局(图专业则没有改变4 (b))。
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(b)
这些实验未能表现出任何改变基线热痛觉过敏在女性Wistar鼠发情周期的不同阶段。相比之下,其他研究人员已经能够检测发情cycle-linked对疼痛的敏感性的差异(49- - - - - -53]。然而,伤害感受的差异对周期的报告阶段是模棱两可的。在最好的情况下,似乎周期阶段可能影响小鼠疼痛反应的只有一些菌株和在特定实验条件下。PAG函数而言,这表明,很少有发情cycle-linked主音脊髓痛觉下行控制的变化,另外,活动期间改变控制系统的循环,但在这样变化的净平衡控制在脊髓水平。
符合发情周期的缺乏影响基底疼痛的敏感性,我们也无法发现任何基底焦虑水平的差异使用开放的现场试验。这一发现是由以前的研究54,55但不是由弗莱等人的工作。56]报告增加焦虑性行为在一个明亮开放的领域在黑暗的阶段在dioestrus老鼠。然而,这项研究可能不是直接与目前的工作,因为在明亮光线下测试,而不是相对柔和的照明(60勒克斯)使用在目前的研究中,将固有的压力更大鼠(57)通过复合anxiogenic明亮的光线和环境暴露小说的影响。
有趣的是,在目前的研究发情cycle-related疼痛反应的差异变得明显的设置温和的压力,焦虑水平。此外,发情cycle-linked痛觉过敏出现只在LD,什么时候PAG会调节受体表达。老鼠正在撤出黄体酮,PAG也会调节受体的表达情况,显示痛觉过敏,这表明在自然循环的影响动物可能有关的荷尔蒙。在发情周期的促性腺激素水平变化(18]。尤其是雌二醇已经被证明能够影响gaba ergic功能(58]。然而,的时候在LD受体表达增加,血浆雌二醇水平低且稳定,表明雌激素孕激素的变化,而不是负责PAG的变化函数在有限的我们最近的工作成果表明PAG可能参与调节发情cycle-linked痛觉过敏的设置轻微的焦虑。我们发现,暴露在振动应力政权抒发立即早期基因c -的微分表达式”丛书在大鼠的腹外侧PAG Pro和LD (Lovick Devall,未发表的工作)。腹外侧PAG包含神经元下行便利化的来源的脊椎疼痛的输入(59,60]。因此类固醇有关的荷尔蒙兴奋性的变化从PAG下行控制系统可能改变脊髓痛觉下行控制的水平,导致痛觉过敏在LD发展或在孕激素撤退。
人类最近的影像学研究也涉及的PAG回痛觉过敏。预期焦虑的预期接收一个痛苦的皮肤的热刺激导致不仅加剧疼痛体验刺激时,痛觉过敏,但也与激活的PAG61年]。在女性中,增加对不良刺激的响应性报道一直在月经周期的黄体期(12,13]。在许多妇女,焦虑水平是提高黄体期(后期11]。在任何涉及在人体疼痛测试实验场景,一定程度的焦虑或恐惧几乎是不可避免的。因此可能报道女性月经cycle-related疼痛敏感性的差异在很大程度上可能是继发于焦虑水平的变化,而不是一个主要应对变化的激素水平。
雌老鼠,孕激素水平下降会产生显著变化在PAG神经元的功能特征,这可能是某些发情cycle-linked改变行为的基础。这些研究结果对设计产生影响的行为在雌性啮齿动物的研究和解释发情周期的阶段可能是一个重要的干扰影响。也有可能这些有关的荷尔蒙变化可能构成女性月经cycle-related疾病发展的敏感。
确认
本文中描述的工作是支持由英国医学研究理事会,威康信托基金会和英国心脏基金会。