七氟醚影響大鼠學習記憶的雙向作用及其機制研究.pdf

1、研究背景：
　　 術(shù)中知曉和術(shù)后認知功能障礙是困擾麻醉醫(yī)師的棘手問題，以往多認為與全身麻醉藥物對神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有關。但近來不斷有實驗研究證實，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)生腦保護的作用。顯然全身麻醉藥物對大腦認知功能的影響機制仍未完全明了。全身麻醉藥物七氟醚已廣泛應用于各類臨床手術(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。細胞骨架蛋白ARC可在大腦海馬組織中大量表達，其表達

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。目前認為其表達程度可作為檢測學習記憶形成的指標。近來有學者發(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)具潛在保護作用。細胞外信號調(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)反應來干預神經(jīng)元內(nèi)多種活性基因產(chǎn)物(參與突觸重塑)表達的重要信號通路之一，已被證實參與神經(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習實驗如空間學習(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。
　　 為驗證這一現(xiàn)象并探索其可能的機制，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蛋白的表達為研究指標，通

4、過檢驗在抑制性逃避(inhibitory avoidance，IA)行為實驗中不同濃度七氟醚吸入對記憶的調(diào)節(jié)，并假設ERK1/2途徑可能為影響細胞內(nèi)ARC轉(zhuǎn)錄與表達的上游通路，再通過大鼠腦內(nèi)海馬注射相應劑量的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表達的干擾，藉此探討神經(jīng)元細胞內(nèi)ERK1/2信號通路對ARC及突觸相關蛋白SYNAPSIN-1表達的干預及在此記憶調(diào)節(jié)中的作用，并將不同麻醉條件下相

5、關學習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，從而進一步完善全麻藥物的腦內(nèi)作用機制。
　　 方法：
　　 研究一和研究二：250～300g雄性SD大鼠隨機分為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)束后立即進行單次IA訓練(0.4mA，3s)，24小時后進行IA記憶(潛伏期)檢測。另取一批大鼠在IA初次訓練后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)束后馬上進行單次IA訓練(0.4

8、mA，3s)，24小時后進行IA記憶(潛伏期)檢測。另取一批大鼠在IA初次訓練后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，0.3％SEV吸入組大鼠表現(xiàn)為遺忘效應，各潛伏期間均有統(tǒng)計學差異(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，而0.11％SEV卻增強ARC蛋白的表達(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，結(jié)果顯示：三組大鼠海馬組織ARC mRNA表達均無差異。(P<0.05)。
　　 3)埋管后進行IA實驗，與Sham組大鼠比較，0.11％SEV組大鼠仍表現(xiàn)為記憶增強，0.3％SEV組大鼠表

10、現(xiàn)為遺忘效應(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)計學差異(P<0.05)，與0.11％SEV組相比沒有統(tǒng)計學差異。
　　 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)計學意義，P<0.05)。且0.3％SEV組與0.3％S

11、EV+U0126組比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。與Sham組的ARC和SYNAPSIN-1表達水平相比較，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調(diào)控

12、機制，即某些神經(jīng)元內(nèi)信號轉(zhuǎn)導機制參與了七氟醚雙向調(diào)節(jié)學習記憶的現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　 3、七氟醚通過ERK1/2信號轉(zhuǎn)導通路對海馬ARC蛋白表達和突觸相關蛋白SYNAPSIN-1進行調(diào)控，并因此雙向改變大鼠IA后學習記憶的形成。
　　 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)哺乳動物學習記憶的作用，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)導通路參與了這些神經(jīng)生物學改變，海馬作為記憶的中樞也