氯胺酮诱导发育神经毒性的细胞内分子机制研究

Ketamine has been widely used as an anesthetic, sedative or analgesic in pediatric clinical practice and diagnostic procedures. Recent studies indicate that ketamine can induce potential developmental neurotoxicity by altering neurogenesis (proliferation and differentiation) of rat fetal cortical neural stem progenitor cells (NSPCs). Investigating intracellular molecular mechanisms of ketamine induced developmental neurotoxicity is very necessary and urgent to further identify ketamine as a developmental neurotoxin for ketamine clinical safe use, and to explore effective specific therapeutics to ketamine-relevant developmental neurotoxic damage in children’s brain. Our previous studies show that ketamine can inhibit phosphorylation of PI3K/Akt and up-regulate expression of p27 in rat fetal cortical NSPCs. This study will systemically detect effects of PI3K/Akt signaling, and other factors relating to proliferation regulation: FoxO3a transcription factor, cyclins, cyclin dependent kinase (CDKs), and p27 on ketamine-induced proliferation inhibition in rat fetal cortical NSPCs. Also, a series of analysis on interactions among the above tested factors will result in identify an entire ketamine-PI3K/Akt-FoxO3a-p27-cyclin/CDKs-proliferation inhibition signaling pathway to explain potential intracellular molecular mechanisms of ketamine-induced developmental neurotoxicity in rat fetal cortical NSPCs.

氯胺酮作为麻醉、镇静、镇痛药物广泛应用于儿科临床治疗和诊断过程。最新研究显示氯胺酮可通过改变大鼠胚胎皮质神经干、祖细胞的神经发生引起潜在的发育神经毒性。为进一步确定氯胺酮的发育神经毒性、指导临床安全用药、有针对性地探索降低氯胺酮所致的发育神经毒性改变的干预方法，探究氯胺酮引起的发育神经毒性的细胞内分子机制是非常必要和紧迫的。我们之前的研究发现氯胺酮可在大鼠胚胎皮质神经干、祖细胞中抑制PI3K/Akt的磷酸化，并上调增殖抑制蛋白p27。本研究将系统地检测PI3K/Akt-p27信号通路以及与神经干细胞增殖相关的FoxO3a转录因子、细胞周期蛋白、细胞周期蛋白激酶、p27在氯胺酮诱导大鼠胚胎皮质神经干、祖细胞增殖抑制中的作用；并通过分析之间的相互关系最终构建一条完整的氯胺酮-PI3K/Akt-FoxO3a-p27-细胞周期蛋白及其激酶-增殖抑制的信号通路。

氯胺酮作为麻醉、镇静、镇痛药物广泛应用于儿科临床治疗和诊断过程。最新研究显示氯胺酮可通过改变大鼠胚胎皮质神经干、祖细胞的神经发生引起潜在的发育神经毒性。我们之前的研究显示氯胺酮可以抑制Akt蛋白磷酸化并且上调细胞周期调节抑制蛋白p27。本研究着重于建立PI3K/Akt信号传导通路与p27上调所抑制的细胞周期间的联系，来探究氯胺酮诱导发育神经毒性的细胞内分子机制。在此研究中，大鼠胚胎皮质神经干祖细胞充当发育大脑的体外模型。该研究显示氯胺酮上调p27蛋白并且对神经干祖细胞细胞周期的抑制作用主要发生在G1/S调节点。上调的p27蛋白可以结合CDK2激酶并抑制其激酶活性，最终抑制神经干祖细胞的细胞周期。研究中，沉默神经干祖细胞中的p27蛋白可以抵消氯胺酮对神经干祖细胞细胞周期的抑制作用。 此外， FOXO3a是PI3K/Akt信号转导通路的一个重要的下游因子， 它可以作为一个潜在关联因子把氯胺酮抑制的PI3K/Akt信号与上调的p27蛋白联系起来。 结果显示， 氯胺酮可以促进磷酸化的FOXO3a蛋白核转移，增加细胞核中磷酸化的FOXO3a，此过程也被证实是通过PI3K/Akt信号通路完成的。用FOXO3a siRNA抑制神经干祖细胞中FOXO3a蛋白的表达可以减少氯胺酮诱导的p27蛋白的上调，意味着FOXO3a参与到氯胺酮诱导上调的p27蛋白过程。综上，本研究揭示PI3K/Akt-FoxO3a-p27-细胞周期蛋白及其激酶作为一条完整的的信号通路，在氯胺酮诱导的神经干祖细胞增殖抑制中发挥着重要的作用。本研究的发现也有助于阐释氯胺酮在发育大脑中诱发发育神经毒性的细胞内分子机制。