中枢5-羟色胺能神经元的可塑性改变在糖尿病大鼠排尿功能障碍中的作用机制研究

Diabetes mellitus (DM) can be complicated with peripheral and central neuropathy, causing the function and morphology change of the bladder and the urethra, which could lead to the urinary voiding dysfunction. Moreover, the change is closely related to the plasticity of central serotonin neuron. Previous studies have confirmed that intravenous injection of serotonin receptor agonist could improve the urinary voiding dysfunction in DM rats, and discovered that number of serotonin receptors of Onuf 's nuclear in lumbosacral cord controlling the external urethral sphincter in DM rats was significantly increased than normal rats. Whereas the plasticity changes of serotonin neurons in the high central nervous system have not been clarified, such as the prefrontal cortex, the hypothalamus, the periaqueductal gray and pontine micturition center. DM could induce a plasticity change in central serotonin neurons, and the serotonin ligands could mainly bond with the compensatory increased serotonin receptors, and then improve urination disorder in DM rats. Our main purpose was to clarify the role of the central serotonin neurons plasticity in the urinary voiding dysfunction in DM rats, explore the mechanism of the central serotonin improving the voiding dysfunction simultaneously, and further provide the theoretical and experimental basis for the development of new drugs in clinics.

糖尿病可以并发周围和中枢神经病变，导致膀胱和尿道发生功能和形态学异常，从而引起排尿功能障碍。中枢5-羟色胺（5-HT）能神经元的可塑性改变与之密切相关，前期研究已经证实静脉给予5-HT类受体激动剂可以改善糖尿病大鼠的排尿障碍，并发现糖尿病大鼠腰骶髓控制尿道外括约肌活动的Onuf’s核中5-HT受体数量较正常明显增多；但和排尿密切相关的高位中枢，即前额皮质、下丘脑视前区、中脑导水管灰质、脑桥排尿中枢的5-HT能神经元的改变缺乏相关研究。推测糖尿病可能诱发高位中枢的5-HT神经元发生可塑性改变，而5-HT类药物可以通过特异性结合目标脑区内代偿性增多的5-HT类受体，改善糖尿病大鼠的排尿障碍。本研究主要目的是阐明目标脑区5-HT能神经元的可塑性改变在糖尿病大鼠排尿障碍中的作用，探讨5-HT类药物改善糖尿病大鼠排尿障碍的中枢作用机制，为临床开发新药提供理论和实验依据。

糖尿病性排尿功能障碍是较为常见的的一种糖尿病的并发症，我们前期实验发现长期糖尿病大鼠多表现为神经源性膀胱、逼尿肌括约肌失协调、排尿效率降低等症状，静脉给予5-羟色胺（5-HT）类药物可以改善其排尿障碍。然而对排尿相关的神经中枢（大脑和脊髓），尤其是相关的5-HT能神经元和5-HT受体阳性神经元可塑性改变的研究却一直比较缺乏。.本研究首先对排尿相关的高位中枢（大脑）进行探究，通过功能性磁共振与神经尿动力学结合的方法，分析了正常大鼠与糖尿病大鼠分别在储尿期与排尿期的脑功能区的改变，发现糖尿病大鼠在储尿期主要表现为导水管周围灰质的信号增强，基底前脑、小脑分子层、脑干等脑区信号减弱；在排尿期则主要表现为丘脑、纹状体的信号增强，外侧脑皮层、次级感觉皮层的信号减弱。静脉给予5-HT类药物后，糖尿病大鼠的初级感觉皮层和初级运动皮层的信号得到增强。大脑的5-HT能神经元主要位于中缝核团，而其中中缝尾核上的神经元主要负责支配下游的脊髓，本研究通过光遗传与脑区给药的方法调控这一脑区，发现抑制中缝尾核后会促进小鼠的排尿行为，而通过特定药物激活中缝尾核的5-HT能神经元后会抑制小鼠的排尿，进而推测中枢的5-HT能神经元主要起着抑制排尿的作用。.随后，本研究探究了糖尿病大鼠低位中枢（脊髓）发生的可塑性改变，利用神经尿动力学、药理学、免疫组化和蛋白免疫印迹技术等技术，一方面发现长期糖尿病大鼠具体表现为膀胱收缩功能障碍、膀胱感觉障碍、尿道舒张功能障碍以及尿道外括约肌功能障碍等，而静脉给予5-HT受体类药物主要改善了其尿道功能；另一方面，控制尿道外括约肌的低位中枢—L6-S1的腹侧脊髓上的5-HT1A、2A和2C受体表达在糖尿病大鼠中有着明显的代偿性增加，因而推测5-HT类药物可能是通过与这一部分受体结合，从而加强尿道外括约肌的活动，并进一步增强尿道舒张功能，最终改善糖尿病引起的排尿功能障碍，这为以后临床开发5-HT类药物治疗糖尿病性排尿障碍提供理论和实验依据。