七氟醚影響大鼠學(xué)習(xí)記憶的雙向作用及其機(jī)制研究.pdf

1、研究背景：
　　 術(shù)中知曉和術(shù)后認(rèn)知功能障礙是困擾麻醉醫(yī)師的棘手問題，以往多認(rèn)為與全身麻醉藥物對神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有關(guān)。但近來不斷有實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，低濃度吸入麻醉氣體在特定環(huán)境下反而會興奮大腦功能，甚至產(chǎn)生腦保護(hù)的作用。顯然全身麻醉藥物對大腦認(rèn)知功能的影響機(jī)制仍未完全明了。全身麻醉藥物七氟醚已廣泛應(yīng)用于各類臨床手術(shù)，其對哺乳類動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)是否及如何產(chǎn)生影響是我們一直在探討的課題。細(xì)胞骨架蛋白ARC可在大腦海馬組織中大量表達(dá)，其表達(dá)

2、情況可用于推測神經(jīng)元的活性，以及突觸可塑性的變化。目前認(rèn)為其表達(dá)程度可作為檢測學(xué)習(xí)記憶形成的指標(biāo)。近來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，較低濃度的七氟醚可引發(fā)中樞神經(jīng)興奮現(xiàn)象，并猜測亞麻醉劑量對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)具潛在保護(hù)作用。細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)及其信號通路是神經(jīng)元中傳遞興奮性刺激入胞，并通過調(diào)節(jié)下游級聯(lián)反應(yīng)來干預(yù)神經(jīng)元內(nèi)多種活性基因產(chǎn)物(參與突觸重塑)表達(dá)的重要信號通路之一，已被證實(shí)參與神經(jīng)發(fā)育、存活及重塑等活動。ERK1/2是絲裂原激活的蛋白

3、激酶(MAPK)超家族中的一員，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中ERK1/2信號通路在多種行為學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)如空間學(xué)習(xí)(spatial learning)中參與了記憶的形成，并在大腦的海馬部位(記憶中樞)更為活躍。但目前對ERK1/2通路是否通過調(diào)節(jié)ARC表達(dá)參與七氟醚對于記憶的調(diào)節(jié)仍未獲得肯定的答案。
　　 為驗(yàn)證這一現(xiàn)象并探索其可能的機(jī)制，本研究以大鼠七氟醚吸入麻醉模型為研究對象，以大鼠海馬ARC蛋白和SYNAPSIN-1蛋白的表達(dá)為研究指標(biāo)，通

4、過檢驗(yàn)在抑制性逃避(inhibitory avoidance，IA)行為實(shí)驗(yàn)中不同濃度七氟醚吸入對記憶的調(diào)節(jié)，并假設(shè)ERK1/2途徑可能為影響細(xì)胞內(nèi)ARC轉(zhuǎn)錄與表達(dá)的上游通路，再通過大鼠腦內(nèi)海馬注射相應(yīng)劑量的ERK1/2抑制劑U0126，來觀察ERK1/2途徑的抑制是否能逆轉(zhuǎn)麻醉藥對于ARC表達(dá)的干擾，藉此探討神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)ERK1/2信號通路對ARC及突觸相關(guān)蛋白SYNAPSIN-1表達(dá)的干預(yù)及在此記憶調(diào)節(jié)中的作用，并將不同麻醉?xiàng)l件下相

5、關(guān)學(xué)習(xí)記憶所受改變與神經(jīng)元突觸可塑性活動及胞內(nèi)外信號通路相結(jié)合，從而進(jìn)一步完善全麻藥物的腦內(nèi)作用機(jī)制。
　　 方法：
　　 研究一和研究二：250～300g雄性SD大鼠隨機(jī)分為3組：空白組(Sham組)、極低濃度七氟醚吸入組(0.11％SEV)和低濃度七氟醚吸入組(0.3％SEV)。依據(jù)分組依次將大鼠安置于連接有低流量(0.5L/min)閉合環(huán)路吸入麻醉系統(tǒng)的特制容器內(nèi)，分別給予吸入空氣、0.11％SEV(0.05MAC

6、)和0.3％SEV(0.14MAC)各45min。結(jié)束后立即進(jìn)行單次IA訓(xùn)練(0.4mA，3s)，24小時后進(jìn)行IA記憶(潛伏期)檢測。另取一批大鼠在IA初次訓(xùn)練后45min處死取材，以Western-blotting方法檢測腦內(nèi)海馬ARC蛋白的表達(dá)水平，以real-time PCR方法檢測ARC的mRNA轉(zhuǎn)錄水平。
　　 研究三：250～300g雄性SD大鼠隨機(jī)分為4組：空白組(Sham組)、極低濃度七氟醚吸入組(0.11％S

7、EV)、低濃度七氟醚吸入組(0.3％SEV)和低濃度七氟醚吸入組+U0126組(0.3％SEV+U0126組)。首先，依據(jù)分組大鼠雙側(cè)海馬注射生理鹽水稀釋后U0126(總計(jì)0.5μl，10nM)或等體積的生理鹽水。15分鐘后依次將大鼠安置于連接有低流量(0.5L/min)閉合環(huán)路吸入麻醉系統(tǒng)的特制容器內(nèi)，分別給予吸入空氣、0.11％SEV(0.05MAC)和0.3％SEV(0.14MAC)各45min。結(jié)束后馬上進(jìn)行單次IA訓(xùn)練(0.4

8、mA，3s)，24小時后進(jìn)行IA記憶(潛伏期)檢測。另取一批大鼠在IA初次訓(xùn)練后45min處死取材，以Western-blotting方法檢測腦內(nèi)海馬ERK1/2磷酸化水平、ARC和SYNAPSIN-1蛋白的表達(dá)水平。
　　 結(jié)果：
　　 1)與Sham組相比較，0.11％SEV吸入組大鼠表現(xiàn)為記憶增強(qiáng)，0.3％SEV吸入組大鼠表現(xiàn)為遺忘效應(yīng)，各潛伏期間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(與sham組相比，P<0.05)。
　　 2

9、)與Sham組相比較，0.3％SEV顯著降低ARC蛋白的表達(dá)，而0.11％SEV卻增強(qiáng)ARC蛋白的表達(dá)(P值均小于0.05)。對Sham組、0.11％SEV組以及0.3％SEV組大鼠海馬組織用Realtime PCR檢測ARC mRNA表達(dá)，結(jié)果顯示：三組大鼠海馬組織ARC mRNA表達(dá)均無差異。(P<0.05)。
　　 3)埋管后進(jìn)行IA實(shí)驗(yàn)，與Sham組大鼠比較，0.11％SEV組大鼠仍表現(xiàn)為記憶增強(qiáng)，0.3％SEV組大鼠表

10、現(xiàn)為遺忘效應(yīng)(與Sham組相比，均P<0.05)。0.3％SEV+U0126處理組大鼠的潛伏期顯著延長，與0.3％SEV組和Sham組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，與0.11％SEV組相比沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　 4)與Sham組相比較，0.11％SEV組的ERK1/2磷酸化水平較低，而0.3％SEV組和0.3％SEV+U0126組的ERK1/2磷酸化水平較高(差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.05)。且0.3％SEV組與0.3％S

11、EV+U0126組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。與Sham組的ARC和SYNAPSIN-1表達(dá)水平相比較，0.11％SEV組顯著升高，而0.3％SEV組明顯降低(P<0.05)，而0.3％SEV+U0126組的表達(dá)水平再次升高(與Sham組和0.3％SEV組相比，P<0.05)。
　　 結(jié)論：
　　 1、七氟醚可以雙向調(diào)節(jié)大鼠的記憶形成。
　　 2、ARC這種活性調(diào)節(jié)基因的蛋白產(chǎn)物可能存在翻譯后水平的表達(dá)調(diào)控

12、機(jī)制，即某些神經(jīng)元內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制參與了七氟醚雙向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶的現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　 3、七氟醚通過ERK1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對海馬ARC蛋白表達(dá)和突觸相關(guān)蛋白SYNAPSIN-1進(jìn)行調(diào)控，并因此雙向改變大鼠IA后學(xué)習(xí)記憶的形成。
　　 4、吸入麻醉藥七氟醚在低于全麻濃度時具有雙向調(diào)節(jié)哺乳動物學(xué)習(xí)記憶的作用，該作用需要腦內(nèi)海馬部位的神經(jīng)元活化和突觸可塑性變化，ERK1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與了這些神經(jīng)生物學(xué)改變，海馬作為記憶的中樞也