突触可塑性与再可塑性在麻醉药减轻电休克学习记忆损伤中的作用及机制

ECT is the most effective treatment for major depressive disorders, however, it also can induce learning and memory impairment, leading to the patients and their familial and social disability. Clinical research suggested that low-dose ketamine combined propofol could alleviate the learning and memory impairment induced by ECT, but the mechanism is unclear. Synaptic plasticity is the biological basis of learning and memoy, and can be adjusted by metaplasticity. Our previous research supported by National Natural Science Foundation of China grant (No. 30972831 and 81271501) found that metaplasticity involved in process of ECS (an analog of ECT to animals) and ECS with propofol, moreover, ECS and propofol could influence the expression of NMDAR and CaMKⅡα. Therefore, this study is aimed to investigate the effects of synaptic plasticity and metaplasticity on the neuroprotection of propofol and ketamine in ECS based on the regulatory mechanism of synaptic plasticity, and distinguish the difference of neuroprotective mechanism between the propofol and ketamine. In addition, shRNA and transgenic technology are used to demonstrate the key role of NMDAR and CaMKⅡα in the metaplasticity involed in the process of ECS with propofol and ketamine. This study will provide new insights into optimation of clinical ECT protocol and the balance between antidepressant effect and learning and memory impairment.

电休克（ECT）是治疗重度抑郁症最为有效的措施，但会致病人学习记忆损伤，影响病人及其家庭和社会能力。研究发现小剂量氯胺酮联合丙泊酚可减轻ECT学习记忆损伤，其机制不清。突触可塑性是学习记忆的生物学基础，受突触再可塑性调控。在前期两项NSFC资助下（30972831；81271501），我们研究发现ECS（动物的ECT）和丙泊酚能影响突触再可塑性，NMDAR、CaMKⅡα表达也发生了变化。因此，本项目拟以突触可塑性调控机制为切入点，应用分子生物学、膜片钳电生理等技术，研究突触可塑性和再可塑性变化在丙泊酚和氯胺酮减轻ECS学习记忆损伤中的作用，探讨这两种麻醉药学习记忆保护作用的异同；采用shRNA和转基因技术干扰NMDAR和CaMKⅡα，阐明丙泊酚和氯胺酮调控ECS突触再可塑性改变的分子机制。本研究将为优化临床ECT方案，解决ECT抗抑郁效应和学习记忆损伤之间的矛盾，提供新思路。

电休克（ECS）是治疗抑郁症最为快速有效的措施之一，但会引起患者学习记忆损伤。麻醉药可有效减轻ECS学习记忆损伤，其机制不清。本项目以抑郁大鼠为研究对象，研究了ECS电量及GABAergic神经系统相关的突触可塑性改变在其中的作用。.本项目开展期间，受到“新冠”疫情影响，实验多次被迫中断，调整了部分研究内容，目前已完成以下标书计划内容：（1）随着ECS电量增加，学习记忆损伤加重，p-T305-CaMKIIα表达亦增加。突触可塑性相关蛋白表达均随电量增加其表达量逐渐降低。在电量最大的组，GluN2B与CaMKIIα结合量最低。（2）ECS后GABA及α5-GABAA蛋白表达水平明显增加，丙泊酚可下调上述改变。给予GABAA抑制剂后再行ECS，大鼠空间学习记忆更差，LTP亦明显受损。同期，我们对中枢炎症在ECS学习记忆损伤中的作用进行了拓展研究，研究发现，①ECS能够引起M1型和M2型小胶质细胞极化，丙泊酚可抑制ECS对小胶质细胞的激活及M1型的表达，同时减少M2型的极化，加用小剂量氯胺酮后能够抑制M1型的表达，促进M2型的极化；②ECS引起可激活NLRP3炎症小体，其抑制剂能够减轻小胶质细胞介导的中枢炎症，影响结构可塑性，减轻学习记忆损伤；③ECS可促进了星形胶质细胞激活，早期以A1亚型为主，后期以A2亚型激活为主。采用PK2拮抗剂PKRA7后，抑制A2亚型的激活，促进A1亚型的激活，促进了炎症因子表达，进一步加重了ECS学习记忆损伤。.本项目明确了电量及GABAergic系统相关的突触可塑性改变在ECS学习记忆损伤中的作用，并围绕中枢炎症，有力地拓展了中枢炎症相关机制在ECS及麻醉药效应中的作用。本项目有助于解释ECS所致抗抑郁效应和学习记忆损伤的双重效应，也为进一步明确突触可塑性及再可塑性在其中的作用提供了坚实的基础，亦为促进ECS相关神经保护药物的研发提供了新的靶点。