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实验背景:弱视是引起儿童单眼视力受损的常见原因之一,其发病率约为1.3~3.6%。目前,治疗弱视的常见方法有光学矫正、遮盖治疗、阿托品压抑疗法等,其中用阿托品压抑疗法因家长和患儿易接受、执行情况良好等优点而广泛应用于治疗轻中度弱视。但是,弱视儿童在视觉发育关键期内持续使用阿托品治疗,而不进行定期随诊,反而可能造成正常眼视功能损害进而形成弱视。因此研究单眼阿托品化对视觉发育的影响有助于理解弱视发生的机制,为预防长期应用阿托品治疗弱视所引起的视觉损害提供理论依据。视觉系统与其他神经系统一样,其功能的发挥依赖于正常的突触发育与传递。在发育过程中,由于突触数量或突触效能的调整,神经元整个回路的组成及功能可发生相应变化,即产生突触可塑性。突触可塑性可在相对较短的时间内改变神经元的活动,但是神经元整体兴奋性却在长时间内保持稳定。然而随着研究的进一步深入,发现突触自身稳态具有可塑性,可限制神经网络过于兴奋而产生的长时程增强(long-term potentiation,LTP)或神经网络过于抑制而产生的长时程抑制(long-term depression,LTD)。研究发现体内和体外均有兴奋性量子振幅的改变,阻断突触活动会诱导中央突触及神经肌接头的递质释放率增加。突触前效能的改变常伴随着突触后受体的募集,这说明在突触效能的自身稳态适应中,突触前与突触后组分有一个功能性协调,而微小兴奋性突触后电流(miniature excitatory postsynaptic currents,m EPSCs)则是衡量突触自身稳态可塑性改变的有效指标。近年,有研究发现,暗饲养、单眼形觉剥夺等异常视觉环境可对视觉发育关键期内大鼠初级视皮层Ⅱ/Ⅲ层锥体神经元a-氨基-3-羧基-5-甲基异恶唑-4-丙酸(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid,AMPA)受体介导的m EPSCs造成改变,从而影响突触自身稳态可塑性,提示突触自身稳态的可塑性改变是弱视发生的潜在机制。那么长期使用阿托品压抑疗法是否会引起视皮层突触自身稳态可塑性的改变,进而导致视功能损害及弱视的形成?本研究应用阿托品对视觉发育关键期内大鼠单眼进行处理,观察其对大鼠视皮层功能的影响,并重点观察阿托品化对视皮层突触自身稳态可塑性的影响。研究目的:1.观察单眼阿托品化对视觉发育关键期内大鼠视皮层功能的影响。2.观察单眼阿托品化对视觉发育关键期内大鼠视皮层Ⅱ/Ⅲ层锥体神经元AMPA受体介导的m EPSCs的变化,探讨异常视觉经验对视皮层突触自身稳态可塑性的影响,并从视皮层神经元突触自身稳态调节的角度探讨长期使用阿托品压抑疗法所引起视功能损害和弱视发生的细胞生物学基础。实验方法:1.出生14 d健康SD大鼠随机分为实验组与对照组,实验组:1%硫酸阿托品眼用凝胶点左眼,右眼生理盐水点眼;给予对照组大鼠生理盐水点左眼,3/d。在点药后的0 d、7 d、14 d、21 d、28 d分别行闪光视觉诱发点位检查及视网膜检影法测量屈光度。2.在点药后28 d,从实验组和对照组中各随机选取3只大鼠,检测c-fos m RNA的表达;后在实验组与对照组中再各随机选取3只大鼠,放入暗室两天后给予2 h正常环境饲养光线刺激,再次检测c-fos m RNA的表达。3.出生14 d健康SD大鼠随机分为实验组与对照组,实验组:1%硫酸阿托品眼用凝胶点左眼,右眼生理盐水点眼;对照组大鼠给予生理盐水点左眼,3/d。取点药后的0 d、7 d、14 d、21 d、28 d大鼠脑片,应用红外辅助脑片膜片钳记录系统记录单眼阿托品化后各组m EPSCs的变化。实验结果:1.实验组点药后14 d,两眼屈光度相差3.90 D(P<0.05),实验组大鼠左眼F-VEP的P1波在点药后21 d峰时值延长至88.90+1.889 ms,与右眼相比差异有统计学意义(P<0.05),提示单眼阿托品化可引起大鼠产生屈光参差。2.点药后28 d,实验组大鼠左侧视皮层17区c-fos mRNA表达较右侧视皮层高,但无显著性差异;但在放入暗室2 d后再给予2 h光线刺激,实验组大鼠左侧视皮层中c-fos m RNA表达为右侧视皮层的5倍,有显著统计学差异(P<0.01),提示单眼阿托品化会导致相对应视皮层对光刺激的反应性降低,视皮层功能受损。3.实验组右侧视皮层5组m EPSC幅值随单眼阿托品化时间的延长分别为(21.16±1.75)p A、(22.51±2.24)p A、(23.78±4.02)p A、(24.08±2.21)p A、(24.14±2.03)p A,随发育逐渐升高(F=9.79,P<0.05),用药后0 d组与21 d组差异有统计学意义(P<0.01)。实验组右侧视皮层5组视皮层神经元m EPSC频率随单眼阿托品化时间的延长分别为(0.47±0.09)Hz、(0.41±0.18)Hz、(0.43±0.22)Hz、(0.39±0.20)Hz、(0.37±0.24)Hz,随发育逐渐降低(F=6.79,P<0.05),用药后0 d组与21 d组相比,差异有统计学意义(P<0.01)。而实验组右侧视皮层的5组上升时间常数和下降时间常数与实验组左侧视皮层及对照组左侧视皮层相比,差异均无统计学意义(P>0.05)。提示单眼阿托品化所致的对应视皮层Ⅱ/Ⅲ层锥体神经元突触自身稳态调节作用上调是长期阿托品压抑引起视功能损害和弱视发生的潜在机制。结论:1.在视觉发育关键期内大鼠的单眼阿托品化可形成屈光参差,造成视皮层正常发育发育受损,视传导延迟,对视觉刺激反应性降低。2.大鼠初级视皮层神经元突触活动水平降低,突触自身稳态作用上调,是长期阿托品压抑疗法使优势眼形成弱视的细胞生物学基础。