GABA(A)R激活NCX上调PI3K/Akt/mTOR信号通路在七氟烷致神经发育毒性中的作用及机制研究
批准号:
82071217
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
张加强
依托单位:
学科分类:
意识障碍与认知功能障碍
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张加强
中文摘要
临床研究显示3岁前多次七氟烷麻醉下手术的患儿神经系统发育受到影响,FDA警示患儿3岁前接受2次以上麻醉可能影响小儿脑发育。我们之前的研究发现七氟烷通过GABA(A)R引起发育期神经元去极化,导致兴奋性损伤。预实验中我们用单细胞测序证明七氟烷引起少突胶质细胞前体细胞(OPC)集落数减少。据此提出研究假设:七氟烷通过作用于突触后膜GABA(A)R,引起OPC去极化,激活Na+/Ca2+交换器(NCX)导致细胞内Ca2+聚集,上调PI3K/Akt/mTOR通路,ULK1自噬启动复合物形成障碍,髓鞘少突胶质细胞生成减少,影响髓鞘发育,最终引起认知功能下降。本项目将应用基因敲除、siRNA基因沉默、CRISPR等技术建立离体及在体模型,通过检测自噬相关指标、突触后电位、髓鞘发育、细胞内Ca2+等,来验证本假说。本课题从髓鞘发育角度阐明七氟烷引起神经发育毒性的机制,为临床上预防提供新的靶点。
英文摘要
Clinical studies have shown that the neurological development of children undergoing sevoflurane anesthesia for several times is affected before the age of 3. The FDA warns that more than 2 times of anesthesia before the age of 3 may affect the brain development of children. Our previous study found that sevoflurane causes depolarization of developmental neurons through GABA(A)R, leading to excitatory injury. In preliminary experiments, we demonstrated that sevoflurane caused a decrease in the colony number of oligodendrocytes (OPC) by single cell sequencing. Therefore, the research hypothesis was put forward: sevoflurane caused OPC depolarization by acting on GABA(A)R in the postsynaptic membrane, activated Na+/Ca2+ exchange (NCX), led to intracellular Ca2+ accumulation, up-regulated PI3K/Akt/mTOR pathway, impaired formation of ULK1 autophagy initiation complex, decreased myelin oligodendrocytes, and eventually caused the decline of cognitive function. In this project, gene knockout, siRNA gene silencing, CRISPR and other technologies were used to establish in vitro and in vivo models, and the hypothesis was tested by detecting autophagy related indicators, postsynaptic potential, myelin development, intracellular Ca2+, etc. This study will elucidate the mechanism of neurodevelopmental toxicity induced by sevoflurane from the perspective of myelin development, and provide a new target for clinical prevention.
我们之前的研究发现七氟烷通过GABAAR引起发育期神经元去极化,导致神经元兴奋性损伤。本项目在此前研究的基础上继续探索麻醉药物引起发育期神经毒性的详细分子机制。发现发育期小鼠在多次七氟烷暴露下引起NKCC1/KCC2的表达失衡,引起神经元超极化/抑制,激活VGCC而使得细胞内钙水平激增,进一步引起炎症因子释放,导致树突棘密度下降,破坏神经元发育,最终出现认知功能障碍。除此之外,还发现GABAA受体抑制剂荷包牡丹碱和NKCC1抑制剂布美他尼分别保护新生小鼠免受七氟烷诱导的神经功能、髓鞘形成和认知损伤。这些结果表明,GABAAR和NKCC1可能参与了七氟烷诱发的髓鞘发育损伤和认知功能障碍。除此之外,我们发现七氟烷多次暴露激活NCX导致细胞内Ca2+聚集,引起少突胶质前体细胞的增殖、分化被抑制,髓鞘g比率下降,即髓鞘厚度变薄,从而不能更有效保障神经元信号的传导,髓鞘形成障碍,最终影响远期认知功能。进一步分离人类废弃胚胎神经元并进行单细胞测序发现,七氟烷暴露导致PI3K/AKT/mTOR信号上调,以及Cav2.2的激活,引起胞内钙信号的增强,从而揭示了七氟烷在人类中作用于神经系统的可能靶点。综上所述,我们的研究解析了七氟烷多次暴露引起认知功能障碍的分子机制,为七氟烷多次暴露导致远期认知功能障碍提供了理论依据,为缓解全麻药物暴露引起的认知功能障碍提供治疗靶点。
麻醉性NAS通过突触前Cav2.2下调Ca2+/CamKII信号通路抑制GABA(A)R去磷酸化对发育期脑的保护作用及机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:52万元
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批准年份:2022
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负责人:张加强
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依托单位:
GABA(A)R去极化激活VGCCs在七氟烷致新生小鼠远期认知功能障碍中的作用机制
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批准号:81771149
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项目类别:面上项目
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资助金额:54.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张加强
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依托单位:
吸入麻醉致新生大鼠脑电活动异常及远期认知功能障碍的性别差异及机制探讨
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批准号:U1404807
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张加强
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依托单位:
国内基金
海外基金