HCN通道参与肠易激综合征所致前扣带回皮质突触前可塑性改变的研究

The irritable bowel syndrome (IBS), which is accompanied with visceral pain and anxiety, has a considerable negative impact on lives with psychological distress and currently lacks of effective treatments. Present researches majorly focus on peripheral mechanism of IBS whereas little is known in central nervous system. The anterior cingulate cortex (ACC) contributes significantly to the generation and modulation of pain and emotional response. Unlike post-synaptic mechanism, pre-synaptic excitatory synaptic transmission and ion channels activity worth to be further investigated. As previous study indicated that hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels affect pre-synaptic release of excitatory neurotransmitter, our research will make all efforts to clarify the involvement of HCN channels in the modulation of ACC neurons’ pre-synaptic plasticity on IBS animal model by using behavioral, electrophysiological, morphological, molecular biological, and gene therapy methods. Meanwhile, the effects of existing analgesic, antagonist/agonist of HCN channels and downstream molecules will be detected and compared on IBS animal model. It is expected to offer more valuable information for the modulation mechanisms of HCN channels in pre-synaptic plasticity of ACC neurons and the establishment of therapeutic strategies for IBS.

肠易激综合征（IBS）伴随的内脏痛和焦虑情绪严重影响人们的工作和生活，尚缺乏有效治疗方法。在神经系统针对IBS的研究主要聚焦于外周机制，IBS相关的中枢机制尚未阐明。前扣带回皮质（ACC）与痛和情绪反应的产生以及调节密切相关，其突触后机制比较明确，但其突触前机制、特别是IBS情况下的突触前离子通道开放和兴奋性神经递质释放模式尚不清楚。既往研究提示：超极化激活环核苷酸门控（HCN）通道可影响突触前膜释放兴奋性神经递质。本研究拟利用IBS动物模型，从HCN通道参与调节ACC神经元的突触可塑性机制入手，综合运用行为学、电生理学、形态学、分子生物学和基因治疗学等方法，深入研究HCN通道在ACC神经信号提呈处理中的关键作用，并进一步探索其参与突触前神经递质释放的分子机制，并从转化医学角度，寻找和比较现有镇痛药以及HCN下游分子的拮抗剂、激动剂对IBS动物的效用，以期为对症治疗IBS提供实验依据。

肠易激综合征（IBS）是一种典型的功能性胃肠道疾病，伴随腹痛、身体不适和排便习惯改变，IBS给医疗卫生体系带来巨大的压力，并严重影响了病人的生命质量。本项目旨在探索IBS内脏伤害性信息在中枢神经系统的传递与调控机制，研究中以IBS动物模型为基础，重点关注了HCN通道参与调节扣带回前皮质（ACC）神经元的突触可塑性机制，取得的主要研究结果如下：① 通过行为学检测、电生理学记录和形态学染色方法证明了HCN通道在ACC脑区的活化状态是IBS引起内脏痛和焦虑情绪的关键机制。HCN1在突触前对VGluT2参与神经递质运输和释放等环节进行调控，并影响了突触可塑性的改变。局部干预HCN1在突触前的生物活性，能够显著抑制内脏痛并调节痛相关情绪。② 结合前期研究工作，通过分子生物学方法检测出腺苷酸环化酶（AC1）在ACC脑区II/III层谷氨酸能神经元突触前的表达增多，提示AC1可能是参与突触前HCN1调节神经递质运输与释放、从而影响IBS状态下突触可塑性改变的关键因素。针对HCN1和AC1进行药物治疗和基因干预都能够有效缓解内脏痛，这进一步说明了cAMP信号通路在中枢神经系统痛觉传递与调控中扮演的重要角色，二者之间的协同作用有待进一步的探索。③ ACC属于边缘系统，既往研究已经反复证明它是痛信息接收和处理的特异性脑区，并且参与了情感和记忆编码和维持的众多神经环路。在本项目中HCN1的调控作用主要存在于ACC脑区II/III层神经元谷氨酸能的兴奋性突触传递：以不同刺激诱发的突触前/后长时程增强效应在IBS模型中被显著抑制，这提示HCN1可能参与介导突触前膜神经递质的释放增多，和突触后膜上各离子通道介导的电流反应增强。此外，HCN1抑制剂的作用下谷氨酸受体的电生理学特征和表达变化也验证了这一可能机制。本项目针对HCN通道参与IBS导致内脏痛传递与调控的研究有助于增加人们对中枢神经系统对内脏痛信息接收和整合的认识，其中HCN通道与cAMP信号通路在ACC脑区谷氨酸能兴奋性突触前的协同作用，将有望为大脑边缘系统参与内脏伤害性感受调节的分子机制和相关作用靶点的发现提供新的实验依据。