HCN离子通道涉及局部麻醉药物作用及机制

Local anesthesia is traditional anesthesia technology, and applied widely in clinical. It has been more than one and half century since first modern local anesthesia was performed. Although traditionally believed that local anesthetics produce their actions by inhibiting of sodium channels, the detail mechanisms of local anesthesia are still uncertain. Some specific sodium channel blockers cannot produce excellent local anesthesia like lidocaine and many local anesthetics enhancer don't inhibit sodium channel but enhance the actions of local anesthetics. Based on our preliminary studies, we believe that the hyperpolarization-activated ion channel (HCN) involve in local anesthesia actions. To verify this hypothesis, we employed path clamp technology to examine effect of local anesthetics and their enhancer on HCN and Na+ channel currents expressed in Xenopus Oocytes and isolated DRG neurons and spinal cord slices. We also designed to make HCN traditional and conditional knockout mice and mutated HCN channel knock-in mice to test anesthesia actions of local anesthetics and their enhancer and verify our hypothesis further. Completion of our current study will provide new and novel mechanism of local anesthesia actions and will be benefit for designing better and more specific local anesthetics.

局部麻醉是临床上常见的麻醉技术，应用非常广泛。现代局部麻醉使用至今已经超过一个半世纪，虽然传统上认为局麻药通过作用于钠通道而达到局麻作用，但实际上局麻作用机制并没有完全阐明。一些强效特异的钠通道阻滞剂并不能如局麻药利多卡因一样直接应用于临床，同时很多局麻辅助药并不能抑制钠通道但能增强局麻药的作用。本课题根据前期研究结果，提出超极化激活的阳离子通道（HCN）协同钠离子通道参与局麻药作用的假设。为了验证这个假设，我们设计使用膜片钳技术检测局麻药及辅助药对表达到卵母细胞以及脊髓DRG神经元的HCN和钠通道电流的影响，制作HCN基因剔除小鼠和点突变基因嵌入小鼠来验证这些药物的作用，最后利用这些小鼠建立局麻的动物模型分析HCN和钠通道是否协同参与局麻药及辅助药的麻醉作用，验证我们的假设。完成本课题研究将可以提出HCN通道参与局麻药作用的新观点,为开发出更好，更长效、更特异的局麻药提供理论根据。

虽然传统上认为局麻药通过作用于钠通道而达到局麻作用，但一些强效特异的钠通道阻滞剂并不能如局麻药利多卡因一样直接应用于临床，同时很多局麻辅助药并不能抑制钠通道但能增强局麻药的作用。本课题根据前期研究结果，提出超极化激活的阳离子通道（HCN）协同钠离子通道参与局麻药作用的假设。我们设计的课题得到了国家自然科学基金委的一年期资助，在这个一年期基金资助下，我们简化了原来的科研设计，得到了非常有意义的研究结果。.我们设计应用HCN1基因剔除小鼠，采用分子生物学技术、电生理膜片钳技术和坐骨神经阻滞模型和鞘内注射模型验证我们的假设。.首先应用western blotting检测了脊髓DRG神经元和坐骨神经的HCN1和HCN2基因表达情况，发现野生型小鼠HCN1和HCN2基因在脊髓DRG神经元和坐骨神经都有明显表达，HCN1基因剔除小鼠HCN1基因在脊髓DRG神经元和坐骨神经都被敲除，但HCN2基因的蛋白质表达没有收到影响。.在这个结果的基础上，我们设计使用膜片钳技术检测局麻药对脊髓DRG神经元的HCN和钠通道电流的影响。我们发现脊髓大小DRG神经元的HCN电流有差别，大DRG神经元HCN电流符合HCN1电流，剔除HCN1基因大DRG神经元HCN电流几乎完全消失，但小DRG神经元的慢HCN电流保留，利多卡因明显抑制这些HCN电流。大小DRG神经元的钠离子电流没有明显差别，剔除HCN1基因不影响钠离子电流，但是明显增强利多卡因对钠离子电流的抑制作用。.最后我们分别采用运动功能评分和针刺刺激、热刺激以及Von-Frey纤维方法,在野生型小鼠和HCN1整体剔除小鼠上评估感觉和运动功能以及使用HCN特异性抑制剂在这些小鼠上对感觉和运动功能的影响。我们发现虽然HCN特异性抑制剂ZD-7288单独不能产生局麻作用，但是剔除HCN1基因明显影响利多卡因在坐骨神经和鞘内注射的局麻作用，同时HCN特异性抑制剂ZD-7288可以明显增强利多卡因在坐骨神经和鞘内注射的局麻作用。这些研究结果明显证实了我们的假设，即HCN和钠通道协同参与了局部麻醉药物利多卡因等的局麻作用。我们的研究结果为开发出更好，更长效、更特异的局麻药提供理论根据。