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前脑在调控认知和情绪等过程中发挥重要作用。前脑功能出现异常被认为与精神分裂症认知功能受损有关。Kv7/KCNQ/M通道是一种电压门控的钾离子通道,在调节神经元兴奋性、神经递质释放和突触传递中起关键作用。研究表明抑制M电流能增加前脑神经元的兴奋性和突触反应,从而改善认知缺陷。因此,通过调节Kv7通道功能增强前脑兴奋性对改善精神分裂症患者的认知障碍可能具有重要意义。研究目的:建立NMDA受体拮抗剂MK-801诱导的拟精神分裂症认知损伤动物模型,利用Kv7通道调节剂正反方向调节Kv7通道功能,阐明调节前脑Kv7通道对精神分裂症认知行为的影响,鉴别Kv7通道是否可以作为治疗精神分裂样认知障碍的靶点,从而为研发治疗精神分裂症认知缺陷的药物提供实验依据。研究方法:本研究利用前期构建的rKCNQ2-G279S转基因小鼠以及腹腔注射Kv7通道抑制剂XE991的小鼠,即通过分子遗传学和药理学手段抑制前脑Kv7通道功能。精神分裂症动物模型是通过腹腔注射(intraperitoneal,i.p.)MK-801来建立。采用前脉冲抑制(prepulse inhibition,PPI)以及Y迷宫试验来评价小鼠的前脉冲抑制和空间工作记忆能力。电生理实验记录海马CA1区输入输出曲线(input-output curves,I/O curves)、双脉冲异化(paired-pulse facilitation,PPF)以及长时程增强(long-term potentiation,LTP),检测小鼠海马突触可塑性以及突触传递的变化。Western blot分析测定小鼠海马和皮层中Akt1/GSK-3β信号通路关键蛋白表达的变化。研究结果:1.在前脉冲抑制实验中,通过遗传学手段抑制前脑Kv7通道功能后,rKCNQ2-G279S转基因小鼠前脉冲抑制能力增强,且对MK-801(0.1 mg/kg,i.p.)诱导的前脉冲抑制损伤表现出抵抗作用;腹腔注射XE991(1 mg/kg)以药理学手段抑制Kv7通道功能减弱了MK-801引起的前脉冲抑制损伤。2.在Y迷宫实验中,通过遗传学手段抑制前脑Kv7通道功能后,rKCNQ2-G279S转基因小鼠在新奇臂中运动时间明显增多;腹腔注射XE991(1 mg/kg)以药理学手段抑制Kv7通道功能后明显延长了MK-801(0.1 mg/kg,i.p.)处理的小鼠在新奇臂中运动的时间。3.电生理结果显示,MK-801(0.1 mg/kg,i.p.)明显降低了小鼠海马CA1区LTP幅度以及I/O曲线的斜率。XE991(1 mg/kg,i.p.)逆转了MK-801诱导的LTP缺陷,增加了I/O曲线的斜率。PPF的测定结果显示,MK-801(0.1 mg/kg,i.p.)组PPF明显降低,预先给予XE991(1 mg/kg,i.p.)没有引起PPF的明显改变。4.Western blot分析表明,通过遗传学手段抑制前脑Kv7通道功能后,rKCNQ2-G279S转基因小鼠海马和皮层中pAkt1和pGSK-3β蛋白表达水平升高,且能抵抗MK-801(0.1 mg/kg)引起的这些蛋白表达水平的降低;腹腔注射XE991(1 mg/kg)以药理学手段抑制Kv7通道功能逆转了MK-801(0.1 mg/kg,i.p.)引起的小鼠海马和皮层中pAkt1、pGSK-3β以及β-catenin蛋白表达水平的降低。研究结论:我们的实验结果显示,遗传学或药理学手段抑制神经元Kv7通道功能逆转了MK-801诱导的前脉冲抑制损伤和空间工作记忆缺陷,其可能的机制是抑制Kv7通道促进了突触传递和突触可塑性,激活了Akt1/GSK-3β信号通路。因此,药理学手段抑制神经元Kv7通道可能为改善精神分裂样认知缺陷提供治疗策略。