中缝背核DA能神经元在丙泊酚和异氟烷致意识改变过程中的作用机制研究

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目的:中脑多巴胺系统在生理睡眠以及麻醉的过程中发挥着十分重要的作用。中缝背核(Dorsal raphe nucleus,DRN)是位于中脑导水管腹侧的异质性核团,参与调控社会交往、奖赏、睡眠-觉醒等。研究发现DRN内的多巴胺能(Dopamine,DA)神经元在调控睡眠-觉醒过程中发挥了重要作用,但全身麻醉药物引起的意识消失与恢复中DRN DA能神经元是否发挥作用未见报道。因此本实验通过:1.应用活体脑神经钙信号光纤记录技术,观察静脉全麻药丙泊酚和吸入全麻药异氟烷麻醉前后DRN DA能神经元的活性变化;2特异性激活/抑制DRN DA能神经元,分析其对丙泊酚/异氟烷麻醉小鼠意识消失及恢复行为的影响,并记录相应皮层脑电(Electroencephalography,EEG)的变化;3.以自发抑制性突触后电流(Spontaneous inhibitory postsynaptic currents,sIPSC)为记录指标,分析丙泊酚/异氟烷对DRN DA能神经元接受的抑制性突触传递的影响。目的在于探究DRN DA能神经元在丙泊酚/异氟烷全身麻醉中的作用机制,为进一步研究全麻机制提供新的思路。方法:1.选取6只DAT-cre小鼠,建立钙信号模型(rAAv-Efla-DIO-Gcamp6s-WPRE-p A,n=6),建模3周后进行实验,应用活体脑神经钙信号光纤记录技术,实时监测丙泊酚/异氟烷全身麻醉中DRN的DA能神经元的荧光强度的变化,分析丙泊酚/异氟烷对DRN的DA能神经元的活性的影响。2.选取24只DAT-cre小鼠,随机分为化学遗传实验组(激活组:rAAv-Efla-DIO-hM3D(Gq)-EGFP-WPREs,n=8,抑制组:rAAv-Efla-DIO-hM4D(Gi)-EGFP-WPR Es n=8)和对照组模型(rAAv-Efla-DIO-mCherry-WPRE-pA.n=8),并建立模型,建模3周后进行实验,以1mg/kg的剂量分别腹腔注射氯氮平-N-氧化物(Clozap ine-N-oxide,CNO)/生理盐水(Normal saline,NS),并记录丙泊酚/异氟烷全身麻醉中小鼠行为学和EEG的变化,分析DRN DA能神经元的活性对丙泊酚/异氟烷全身麻醉的影响。3.选取24只DAT-cre小鼠,随机分为光遗传实验组(激活组:rAAv-Efla-DIO-h ChR2-mCherry-WPRE-pA n=8,抑制组:rAAv-Efla-DIO-eNpHR-mCherry-WPRE-pA.n=8)和对照组模型(rAAv-Efla-DIO-mCherry-WPRE-pA.n=8),并建立模型,建模3周后进行实验,分别进行给光/不给光刺激的处理,并记录丙泊酚/异氟烷全身麻醉中小鼠行为学和EEG的变化,分析DRN的DA能神经元的活性对丙泊酚/异氟烷全身麻醉的影响。4.选取14-21天健康的SD大鼠乳鼠,成功建立全细胞记录模式后,以sIPSC为记录指标,记录灌流10mM丙泊酚/0.55mM异氟烷前后DRN DA能神经元sIPSC的频率、振幅的变化,分析丙泊酚/异氟烷对DRN的DA能神经元抑制性突触传递的影响,并利用免疫荧光技术鉴别DRN的DA能神经元。结果:1.钙信号光纤记录结果显示:(1)丙泊酚:单次尾静脉注射丙泊酚(20mg/kg)后,小鼠即刻出现翻正反射消失(Loss of righting reflex,LORR),同时DRN DA神经元的活性急剧降低(P<0.05)并在意识消失期间保持稳定,待翻正反射恢复(Recovery of righting reflex,RORR)时其活性又明显上升(P<0.05),但略低于给药前水平。本研究结果提示:DRN DA神经元参与了丙泊酚导致的意识消失与恢复过程。(2)异氟烷:将小鼠放置于诱导箱中(1.4%异氟烷)后,DRN的DA神经元的活性开始逐渐降低(P<0.001),且在意识消失期间持续缓慢下降,至RORR时又逐渐上升(P<0.001),但低于给药前水平。本研究结果提示:DRN DA神经元参与了异氟烷导致的意识消失与恢复过程。2.化学/光遗传学结果显示:化学遗传学激活组(M3组):(1)丙泊酚:与M3NS组相比,M3CNO组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.001),相应皮层脑电的δ波减少(P<0.0001),β波增多(P<0.05),其余的频段比率无明显变化;与mCherryCNO组相比,M3CNO组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.05),相应皮层脑电的δ波减少(P<0.001),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:激活DRN DA神经元可以缩短丙泊酚致意识消失的恢复时间。(2)异氟烷:与M3NS组相比,M3CNO组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.01),LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波减少(P<0.01),其余的频段无明显变化;与mCherryCNO组相比,M3CNO组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.01),但LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波减少(P<0.05),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:激活DRN DA神经元可以缩短异氟烷致意识消失的恢复时间。化学遗传学抑制组(M4组):(1)丙泊酚:与M4NS组相比,M4CNO组小鼠的RORR时间明显延长(P<0.01),相应皮层脑电的δ波增多(P<0.001),γ波减少(P<0.05),其余的频段无明显变化;与mCherryCNO组相比,M4CNO组小鼠的RORR时间明显延长(P<0.01),相应皮层脑电的δ波增多(P<0.001),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:抑制DRN DA神经元可以延长丙泊酚致意识消失的恢复时间。(2)异氟烷:与M4NS组相比,M4CNO组小鼠的RORR时间明显延长(P<0.01),LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波增多(P<0.0001),其余的频段无明显变化;与mCherryCNO组相比,M4CNO组小鼠的RORR时间明显延长(P<0.001),但LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波增多(P<0.0001),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:抑制DRN DA神经元可以延长异氟烷致意识消失的恢复时间。光遗传学激活组(ChR2组):(1)丙泊酚:与ChR2light-off组相比,ChR2light-on组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.001),相应皮层脑电的δ波减少(P<0.0001),其余的频段比率无明显变化;与mCherrylight-on组相比,ChR2light-on组的RORR时间明显缩短(P<0.01),相应皮层脑电的δ波减少(P<0.05),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:激活DRN DA神经元可以缩短丙泊酚致意识消失的恢复时间。(2)异氟烷:与ChR2light-off组相比,ChR2light-on组小鼠的RORR时间明显缩短(P<0.01),LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波减少(P<0.001),其余的频段比率无明显变化;与mCherrylight-on组相比,ChR2light-on组的RORR时间明显缩短(P<0.001),但LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波减少(P<0.05),γ波增多(P<0.01),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:激活DRN DA神经元可以缩短异氟烷致意识消失的恢复时间。光遗传学抑制组(NpHR组):(1)丙泊酚:与NpHRlight-off组相比,NpHRlight-on组小鼠的RORR没有变化,但相应皮层脑电的δ波增多(P<0.01),其余的频段比率无明显变化;与mCherrylight-on组相比,NpHRlight-on组的RORR时间、相应皮层脑电各个频段比率均无明显变化。本研究结果提示:在丙泊酚致意识消失恢复过程中,抑制DRN DA神经元可以延缓皮层的觉醒。(2)异氟烷:与NpHRlight-off组相比,NpHRlight-on组小鼠的RORR、LORR时间无明显变化,但相应皮层脑电的δ波增多(P<0.0001),其余的频段比率无明显变化;与mCherrylight-on组相比,NpHRlight-on组的RORR、LORR时间无明显改变,相应皮层脑电的δ波增多(P<0.01),其余的频段比率无明显变化。本研究结果提示:在异氟烷致意识消失恢复过程中,抑制DRN DA神经元可以延缓皮层的觉醒。离体电生理结果显示:(1)丙泊酚:灌流10mM丙泊酚后,DRN DA神经元产生的sIPSC的频率增加(P<0.05),但振幅没有改变;灌流Gabazine(GABAA受体阻断剂)后电流消失。本研究结果提示:丙泊酚可能通过DRN GABA神经元间接影响DA神经元。(2)异氟烷:灌流0.55mM异氟烷后,DRN DA神经元产生的sIPSC的频率(P<0.05)、振幅(P<0.05)均有所增加;灌流Gabazine后电流消失。本研究结果提示:DRN DA神经元的sIPSC主要是GABAA受体参与调节产生的。结论:1.DRN DA神经元可能参与了丙泊酚/异氟烷麻醉的诱导和苏醒;2.DRN DA神经元的活性情况对丙泊酚/异氟烷的麻醉效果有显著影响;3.丙泊酚可能通过DRN GABA神经元间接影响DA神经元;4.异氟烷对DRN DA神经元的抑制作用可能有GABAA受体的参与
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