Bdnf基因转录的表观遗传调控在重复经颅磁刺激恢复大鼠脑缺血后神经功能中的作用

In the two recent decades, the rapidly developed repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a painless,non-invasive,safe, effective and convenient treatment technology.It attracts great attention in rehabilitation medicine, psychiatry and neuroscience, and thus has clinically wide application prospect. The therapeutic effects of rTMS fundamentally contribute to brain plasticity, on which the domestic and foreign investigators have done much work. NMDA receptors and brain-derived neurotropic factor (BDNF) play a pivotal role in synaptic plasticity.Different stimulation parameters, such as frequency and stimulation area, are critical for clinical therapy. However, it is little known about how rTMS with different frequencies regulate synaptic plasiticity-related epigenetics at stimulation areas and adjacent areas. Our preliminary results showed that rTMS with different frequencies differentially regulate the expression of Bdnf gene exons at different brain structures, as well as NMDA receptor-mediated effects. By using behavioral, morphological and molecular biological methods, this research proposal is to investigate how different rTMS stimuli epigenetically regulate Bdnf gene transcription in different ischemic central areas (such as the cortex, hippocampus and striatum), and thus promoting the recovery of brain functions.Further, this proposal is to determine the role of the NMDA receptors and its two main subunits (NR2A and NR2B) in the functional recovery of brain ischemia by rTMS.On the grounds of previous studies, this research plan will further explore the underlying epigenetic mechanisms of rTMS therapy and provides a theoretical basis for the future wide application of rTMS to treatment of neurological and mental diseases.

重复经颅磁刺激(rTMS)是一种无痛、无创、安全、有效的治疗技术，具有广泛的临床前景。rTMS治疗作用的生物学机制本质上是促进脑可塑性的改变。NMDA受体以及BDNF在突触可塑性中占核心地位。不同刺激参数如频率和刺激部位的选择对临床治疗至关重要。然而，人们知之很少关于不同频率rTMS如何调节刺激部位以及邻近中枢部位的可塑性的表观遗传机制。我们初步结果显示不同rTMS刺激可分化调节不同脑结构的Bdnf基因外显子表达和NMDA受体在其中的介导作用。本研究通过行为学、形态学和分子生物学等手段将系统探讨高、低频率rTMS在大鼠缺血模型所累及的主要中枢部位如何表观遗传修饰Bdnf基因转录，从而促进神经功能的恢复，以及NMDA 受体和它的主要亚单位NR2A和 NR2B在其中的作用。这个研究计划在前人基础上进一步深入地探讨rTMS治疗的潜在表观遗传机制，为将来广泛应用治疗神经精神疾病提供有力的理论依据。

重复经颅磁刺激(rTMS)是一种无痛、无创、安全、有效的治疗技术，具有广泛的临床前景。rTMS 治疗作用的生物学机制本质上是促进脑可塑性的改变。BDNF 在突触可塑性中占核心地位。不同刺激模式的选择对临床治疗至关重要。 然而，人们知之很少关于不同模式 rTMS 如何调节刺激部位以及邻近中枢部位的可塑性的表观遗传机制。在这个项目中，我们发现低频、高频对脑缺血后神经功能缺损和脑梗死的均表现促进作用，相互之间无明显差异。 低频、高频和TBS刺激增加脑缺血皮质BDNF表达，低频刺激效果相比低于高频和TBS刺激，而后两者无显著差异。脑缺血大鼠海马和纹状体BDNF表达以及血浆BDNF水平，高频和TBS作用明显，而低频次之。而不同刺激模式对脑缺血大鼠皮质、纹状体和海马Bdnf不同外显子甲基化的影响不同。不同刺激模式显著减少脑缺血大鼠皮质Bdnf外显子1、4、6甲基化，而对其它外显子没有明显影响。三种刺激模式仅仅显著降低脑缺血纹状体内Bdnf外显子4甲基化， 而在脑缺血海马内仅仅降低Bdnf外显子1和4甲基化。 进一步分析不同刺激模式对脑缺血大鼠皮质Bdnf外显子1的 13个不同CpG岛的甲基化存在分化的影响，如降低大多数CpG的甲基化，而对第4和5个没有影响。低频刺激和高频刺激对第3和8个CpG没有影响，TBS则降低它们的甲基化。不同刺激参数对脑缺血大鼠皮质Bdnf外显子4甲基化的6个不同CpG岛的甲基化存在分化的影响，如三个刺激模式降低第2,3,5,6个CpG的甲基化，而对第4个没有影响。低频刺激对第1个CpG没有影响，高频和TBS降低这个甲基化。这些结果提示不同刺激模式对脑缺血后脑内参与可塑性的重要分子BDNF的表观遗传存在分化影响，从而可能潜在影响它们的临床治疗效果。本项目延伸到临床研究部分，双侧低频rTMS治疗焦虑症和睡眠障碍可能通过提高脑内BDNF水平来达到较好的临床效果，高频rTMS治疗青少年多动注意缺陷以及双侧rTMS联合神经电刺激治疗脑梗塞后吞咽障碍均表现一定治疗效果。这些动物实验和临床研究结果表明重复经颅磁刺激在神经精神疾病的治疗仍然具有良好的前景。