CaMKII-CREB-BDNF通路参与呼吸中枢pre-Botzinger complex长时程易化的调控

呼吸可塑性的发生与睡眠呼吸紊乱(OSAS、SIDS)等疾病密切相关。长时程易化(LTF)是反映呼吸可塑性的重要电生理指标。我们前期形态学研究提示pre-B?tC作为呼吸节律产生中枢，可能同时参与了LTF的调控，但尚缺乏深入的功能研究。应用本室建立的低压氧舱慢性间断性缺氧大鼠模型，我们预实验已发现缺氧干预诱导pre-B?tC高表达5-HT、5-HT2AR，并上调了与神经元可塑性密切相关的P-CaMKII、P-CREB、BDNF水平，提示5-HT/5-HT2AR激活的CaMKII→CREB→BDNF通路可能参与LTF形成。本项目拟以pre-B?tC为核心、以CaMKII→CREB→BDNF通路为靶点，应用形态学、电生理学、分子生物学等技术，结合整体-离体、形态-功能实验，探讨上述通路参与LTF形成的功能意义，明确pre-B?tC调控呼吸可塑性的中枢机制，为OSAS等疾病提供实验依据和治疗对策。

机体在病理和生理状态下为应答内、外环境的变化而发生的持续性呼吸节律改变称为呼吸可塑性。LTF是反映呼吸可塑性的重要电生理指标，是指经过间断、重复性的缺氧干预或药物干预后，诱导膈神经或舌下神经产生超出正常水平、持续增强长达1小时以上的高大放电效应，进而引发肺通气量增大的代偿性呼吸现象。LTF的发生与5-HT/5-HT2AR系统密切相关。3-5个循环的急性间断性缺氧可诱导膈神经或舌下神经表达LTF。每天进行间断性缺氧干预，持续1周以上，再进行急性干预，则可诱导较LTF更为高大的增强的LTF(eLTF)，持续时间长达数小时。LTF的产生对睡眠呼吸紊乱疾病的治疗有重要意义。如间歇性的短暂的缺氧刺激可使OSAS患者增加肺通气量，稳定上呼吸道的紧张度。我们建立了低压氧舱CIH大鼠eLTF模型，发现CIH干预激活呼吸中枢pre-BötC神经元5-HT-5-HT2AR-PKC通路，但细胞内信号转导机制仍不清楚。已知5-HT2AR水平与内质网钙离子释放相关，因此假设钙信号途径可能是LTF发生的重要的细胞内信号通路，提出了核心问题：CaMKII-CREB-BDNF是否为pre-BötC LTF发生的细胞内关键通路？本项目以自建CIH大鼠为研究平台，进行形态功能结合的研究，应用免疫组化、免疫电镜、分子生物学等技术，通过对以上关键分子的研究，发现1.pre-BötC表达P-CaMKII、P-CREB，CIH干预明显上调了二者的表达。2.P-CaMKII密集地分布于突触后膜，提示CaMKII可能通过磷酸化突触后膜蛋白参与突触可塑性的调控。3.P-CREB产物表达在核内，在同一个pre-BötC神经元的胞膜和胞浆内可呈NK1R阳性，提示呼吸节律起搏神经元胞核内可表达CREB。4.正常情况下pre-BötC神经元很少表达BDNF，CIH干预后表达反而下降，与计划书预期不符。5.发现另一种pre-BötC神经元的标志物somatostatin与呼吸起搏神经元间存在对称性和非对称性突触联系，提示SST可能通过对NK1R阳性神经元的抑制性或兴奋性作用间接参与呼吸节律的产生和调控过程。通过以上结果，我们更加明确了pre-BötC在LTF发生中的重要角色，揭示了CaMKII、CREB等关键分子的重要作用，进一步完善了LTF的发生机制通路绘制，为OSAS、SIDS等疾病的发病机理和临床治疗提供实验依据。