背景急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是医院重症监护病房(ICU)的常见并发症,严重影响患者的生存质量。在救治ARDS患者时,为纠正低氧同时避免肺损伤,常采用小潮气量机械通气策略,但该策略极易导致高碳酸血症。长期以来,临床上往往只关注到小潮气量机械通气策略对肺脏的获益,而忽视了其带来的高碳酸血症对大脑的影响。星形胶质细胞是构成大脑的数量最多、体积最大的一类细胞,其在调节神经元突触功能、修复和保护神经元等方面发挥着重要的作用。我们的前期研究显示:高碳酸血症可加重低氧诱导的SD大鼠的认知功能损害;且短时间暴露于低氧合并高浓度CO2环境下,可使SD大鼠的脑氧摄取率显著升高。为此,对于低氧状态下的ARDS患者,高碳酸血症是否会通过调控星形胶质细胞氧代谢进而加重低氧诱导的神经元凋亡,其相关分子机制如何,尚待研究。方法本研究从动物、细胞层面探讨了低氧状态下高碳酸血症加重神经元凋亡的相关分子机制。1.建立SD大鼠低氧血症和高碳酸血症的动物模型,模拟ARDS合并允许性高碳酸血症的临床状态,检测大脑皮层神经元凋亡相关蛋白Cleved-caspase-3的表达变化。2.检测SD大鼠的脑氧摄取率及大脑皮层星形胶质细胞代谢相关蛋白PDK1、p-PDH的表达变化。3.在体外通过低氧和高浓度CO2条件培养星形胶质细胞,检测星形胶质细胞耗氧率、代谢相关蛋白PDK1和p-PDH、以及ROS的变化;低氧和高浓度C02处理星形胶质细胞,取其条件培养基干预原代神经元,检测神经元凋亡相关蛋白Cleved-caspase-3 的表达情况。4.最后,予ROS清除剂NAC预处理星形胶质细胞,再用低氧和高浓度CO2干预,取其条件培养基培养原代神经元,再次检测神经元凋亡相关蛋白Cleved-caspase-3 的表达变化。结果1.高碳酸血症可增加低氧状态下大鼠皮层神经元凋亡相关蛋白Cleved-caspase-3 的表达。2.高碳酸血症可增加低氧状态下SD大鼠的脑氧摄取率;高碳酸血症可降低低氧状态下SD大鼠皮层星形胶质细胞代谢相关蛋白PDK1、p-PDH的表达。3.高浓度CO2可增加低氧状态下的星形胶质细胞的耗氧量;高浓度CO2可降低低氧状态下星形胶质细胞代谢相关蛋白PDK1、p-PDH的表达;高浓度C02可增加低氧状态下星形胶质细胞诱导的活性氧(ROS)产生。4.低氧和高浓度CO2处理星形胶质细胞,取其条件培养基干预原代神经元,可显著上调原代神经元凋亡相关蛋白Cleved-caspase-3的表达。结论1.高碳酸血症可加重低氧状态下大鼠皮层神经元的凋亡;2.高碳酸血症可能通过调节代谢相关蛋白进而增加低氧状态下SD大鼠的脑氧摄取率;3.高浓度CO2可能通过调节氧代谢相关酶进而增加低氧状态下的星形胶质细胞的耗氧量,导致细胞氧化应激,诱导活性氧(ROS)的过量产生;4.高浓度CO2干预低氧状态下星形胶质细胞后,取其条件培养基干预原代神经元,可显著加重原代神经元的凋亡。