第一部分 手术对成年大鼠及其子代的学习和记忆功能的影响研究背景手术麻醉后有20%的患者会出现学习和记忆功能障碍,导致患者康复时间延长,增加家庭和社会负担。目前尚不清楚术后出现的这种学习和记忆功能障碍的持续特点,以及是否会影响子代。随着医疗卫生水平的不断进步,接受全麻手术的患者逐年增加,上述问题也越来越引起病患的关注。目的探究手术后的学习和记忆功能障碍的持续特点以及是否会对子代产生相关影响。方法2月龄Sprague-Dawley大鼠随机分为对照组和手术组。手术组在异氟醚麻醉下进行左侧颈总动脉暴露术,对照组同等条件吸下氧,未予麻醉及手术。在术后5天、60天和120天通过旷场实验、巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验等行为学测试对大鼠的学习和记忆功能进行评估。对照组和手术组大鼠在术后60天或120天随机配对生育子代。子代2月龄时通过旷场实验、巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验等行为学测试评估学习和记忆功能。结果术后5天的行为学实验结果表明,手术组雄性大鼠的学习和记忆功能相较于对照组下降。随着手术和行为学测试间隔时间延长,在术后60天和120天的行为学测试中,相较于对照组,手术组雄性大鼠未表现出学习和记忆功能障碍。术后5天测试中,相较于对照组雌性大鼠,手术组雌性大鼠出现短时空间记忆障碍。在术后60天和术后120天测试中,手术组雌性大鼠没有出现学习和记忆功能障碍。雄性或雌性亲代在成年后接受手术,并在术后不同时间配对生育子代,获得的雄性子代和雌性子代未出现空间学习记忆功能障碍以及与海马相关的记忆障碍。结论成年大鼠手术后出现短期的学习和记忆功能障碍。成年大鼠手术后生育的子代大鼠不会出现学习和记忆功能障碍。第二部分 手术对幼年大鼠及其子代的学习和记忆功能的影响研究背景每年数以百万计的婴儿和儿童接受全麻手术。临床研究表明,儿童经历全麻手术与青春期神经不良发育和学习或认知成绩下降有关。动物实验也得到了相印证的结论。儿童期是大脑发育的关键期,手术对儿童神经功能的影响一直是医学研究关注的热点问题。另外有研究证实,亲代儿童期暴露于不良因素可通过表观遗传修饰机制对子代的神经发育造成不良影响。亲代早期全麻手术是否通过类似的机制对子代产生影响,有待进一步研究。胶质细胞源性神经营养因子（Glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF）和脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor,BDNF）作为神经系统发育和功能维持中的重要物质,在上述过程中的相关作用有待进一步探究。目的通过构建幼年大鼠全麻手术模型研究亲代幼年期手术对子代学习和记忆功能的影响、相关表观遗传修饰机制以及GDNF和BDNF的相关作用。方法7日龄SD大鼠随机分为对照组和手术组。手术组在七氟醚麻醉下行左侧颈总动脉暴露术,对照组在相同实验条件下吸氧,无手术和麻醉操作。在大鼠30日龄时开始巴恩斯迷宫、场景恐惧和旷场实验等行为学测试以评估学习和记忆功能。收集海马组织,应用酶联免疫吸附法对GDNF和BDNF蛋白质表达进行检测,用甲基化免疫功沉淀法对Gdnf和Bdnf因启动子区域的甲基化水平进行检测。对照组和手术组大鼠在65日龄时随机配对生育下一代。对一部分子代进行旷场实验、巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验等行为学测试以评估学习和记忆功能。收集另外一部分子代的海马组织,应用酶联免疫吸附法对GDNF和BDNF蛋白质表达进行检测,用高通量亚硫酸盐测序法对Gdnf和Bdnf基因启动子区域的甲基化程度进行检测。结果相较于对照组,雄性大鼠在旷场中心区域停留时间减少,探索能力减低。幼年手术导致雄性大鼠出现学习和记忆功能障碍,手术组雄性大鼠在巴恩斯迷宫测试和场景恐惧实验中表现较差。相较于对照组,手术组雄性大鼠海马内GDNF和BDNF蛋白表达减少,Gdnf和Bdnf基因启动子区甲基化水平增加。手术组雌性大鼠和对照组雌性大鼠在旷场中心区域停留时间和旷场内活动的距离无统计学差异,说明幼年手术不会影响雌性大鼠的探索能力。幼年手术会导致雌性大鼠出现学习和记忆功能障碍,在巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验中的表现较差。尽管幼年手术后雌性大鼠出现学习和记忆功能障碍,其海马内GDNF和BDNF蛋白表达以及Gdnf和Bdnf基因启动区甲基化水平与对照组相比无统计学差异。无论母亲是否为手术组,只要父亲为手术组的雄性子代大鼠在旷场中心区域停留时间减少,探索能力减低。与双亲为对照组的雄性子代大鼠相比,双亲为手术组的雄性子代大鼠和父亲为手术组母亲为对照组的雄性子代大鼠在巴恩斯迷宫测试表现较差,出现空间学习记忆功能障碍。与双亲为对照组的雄性子代大鼠相比,父亲为手术组（母亲来自对照或手术组）的雄性子代大鼠在场景恐惧实验中表现较差,表现出与海马相关的记忆缺陷。无论亲代母亲是否为手术组,只要亲代父亲为手术组的雄性子代大鼠海马内GDNF蛋白表达下降,Gdnf基因启动子区甲基化水平增加。与其他三组相比,父亲为手术组母亲为对照组的雄性子代大鼠海马内BDNF蛋白表达下降,Bdnf基因的甲基化水平升高。与双亲为对照组的雌性子代大鼠相比,只有母亲为手术组或只有父亲为手术组的雌性子代大鼠在旷场中心区域停留时间较短,探索能力减低。双亲都经历过手术的雌性子代大鼠出现学习和记忆功能障碍,与双亲为对照组的雌性子代大鼠相比,在巴恩斯迷宫实验和场景恐惧测试中表现较差。各组雌性子代大鼠海马内GDNF和BDNF蛋白表达无统计学差异。结论大鼠幼年手术后出现学习和记忆功能障碍。幼年手术引起雄性大鼠海马内Gdnf和Bdnf基因启动子区甲基化水平增加,导致GDNF和BDNF蛋白表达下降。亲代大鼠将异常甲基化的Gdnf和Bdnf基因遗传给子代雄性大鼠,导致父亲为手术组的雄性子代出现学习和记忆功能障碍。第三部分 PDTC对幼年手术大鼠及子代的学习和记忆功能的影响研究背景现有研究表明手术所致的外周和中枢神经系统炎症是导致学习和记忆功能障碍的重要机制。核因子κB（Nuclearfactorkappa-B,NF-κB）是调节炎症细胞因子表达的重要转录因子。研究证实,手术导致NF-κB表达升高,引起下游GDNF和BDNF表达下降,动物出现学习和记忆功能障碍。PDTC（Pyrrolidinedithiocarbamic）在多种细胞中抑制NF-κB的激活。研究证实,PDTC抑制NF-κB,降低促炎细胞因子白介素-6(Interlukin-6,IL-6和白介素-1β（Interlukin-1β,IL-1β）的表达,并增加GDNF和BDNF和突触蛋白的表达,改善超微结构突触可塑性,改善动物的学习和记忆功能。DNA甲基化受DNA甲基转移酶（DNA Methyltransferase,DNMTs）调控。此外,研究发现NF-κB通过调控DNMTs影响基因的甲基化。因此我们推测,PDTC通过抑制NF-κB,抑制DNMTs对Gdnf和Bdnf基因启动子区的甲基化调控,进而减轻GDNF和BDNF表达降低,改善学习和记忆功能。目的探讨PDTC通过抑制Gdnf和Bdnf基因启动子区的甲基化改善幼年手术大鼠及其子代的学习和记忆功能障碍。方法7日龄雄性SD大鼠随机分为对照组、对照+PDTC、麻醉组、手术组和手术+PDTC组。对照组:吸氧2小时,未给予麻醉和手术;对照+PDTC组:吸氧2小时,未给予麻醉和手术,吸氧前30分钟、后6小时、以及术后两日每日2次PDTC腹腔注射（50mg/kg）;麻醉组:七氟醚+纯氧麻醉2小时;手术组:七氟醚麻醉下行左侧颈总动脉暴露术;手术+PDTC组在七氟烷麻醉下进行左侧颈总动脉暴露术,术前30分钟、术后6小时以及术后两日每日2次PDTC腹腔注射（50mg/kg）。手术后48小时,收集海马和血液,通过酶联免疫吸附试验检测血液和海马内IL-6和IL-1β。雄性大鼠30-45日龄时通过旷场实验、巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验以评估学习和记忆功能。大鼠30日龄时收集海马组织,用酶联免疫吸附试验对海马内GDNF和BDNF蛋白表达量进行检测,用甲基化的免疫功沉淀试验对Gdnf和Bdnf基因启动子区域的甲基化水平进行检测。将各组雄性大鼠65日龄时与对照组雌性大鼠进行随机配对生育子代。对一部分子代雄性大鼠进行旷场实验、巴恩斯迷宫实验和场景恐惧实验等行为学测试,以评估学习和记忆功能,收集另一部分7日龄子代大鼠的海马组织,用酶联免疫吸附试验检测海马内IL-6、IL-1β、GDNF和BDNF的表达量。研究结果PDTC改善术后的探索能力降低和学习和记忆功能障碍。与手术组雄性大鼠相比,手术+PDTC组雄性大鼠在旷场中心区域停留时间和活动距离更长。与手术组雄性大鼠相比,手术+PDTC组雄性大鼠在巴恩斯迷宫和与环境相关的恐惧实验中表现较好,未出现空间学习记忆障碍和与海马相关的记忆缺陷。PDTC抑制手术导致的炎症反应,降低血液和海马内IL-6和IL-1β的表达,减轻海马内GDNF和BDNF的表达下降情况,降低Gdnf和Bdnf基因启动子区的甲基化水平。父亲为手术组的子代雄性大鼠,探索和活动能力下降,出现学习和记忆功能障碍,海马组织内GDNF和BDNF的表达减少。父亲为手术+PDTC组的雄性子代大鼠未出现探索能力下降以及学习和记忆功能障碍,其海马内GDNF和BDNF的表达也未见降低。结论PDTC通过抑制NF-κB降低Gdnf和Bdnf基因甲基化水平,改善GDNF和BDNF的表达下降,改善术后的学习和记忆功能障碍。亲代术后PDTC治疗能够预防其子代出现学习和记忆功能障碍。