七氟醚吸入麻醉对未成熟脑海马神经元DNMT活性及突触功能长远影响的研究

The neurotoxicity on the immature brain lead by sevoflurane inhalation anesthesia has caused wide public concerns. However, the mechanism has not been fully understood. especially the effects of sevoflurane exposure times on the immature brain synaptic ultrastructure and its epigenetic mechanisms deserve further studies. Our previous results demonstrated that neuronal toxicity and the impairment of learning and memory functions after neonatal rats in 3% sevoflurane exposure for 6 hours. With electron microscope, we found abnormal neuron apoptosis and microtubule array distortion and fractures. The mRNA expression of phosphorylated Tau protein increased, and the hyperphosphorylation presented at the sites 396/404 of Tau protein. This study aimed to observe the changes of neonatal rat hippocampal synaptic ultrastructures and quantify the dose-related effects of neonatal sevoflurane exposure on the immature brain. Sevoflurane inhalation anesthesia was applied on neonatal rats for single or multiple times with the same concentration and at the same speed. We investigated whether abnormalities in the hippocampal DNA methylation of synaptic plasticity-related genes are involved in neonatal sevoflurane exposure-induced neurotoxicity in neonatal rats. Then the activity of DNMT1and DNMT3a was quantified by western bloting method. We measured the level of promoter DNA methylation of BDNF and Reelin genes with high-throughput detection techniques, as well as the down-regulation of BDNF and Reelin genes expression. We performed 5-Aza intervention in a rat model, then tested the cognitive functional behavioral to explore whether appropriate interventions can reduce adolescent neurotoxicity on individuals.

七氟醚吸入麻醉对未成熟脑神经毒性引起广泛关注，但其机制尚不清楚。尤其是七氟醚暴露次数对未成熟脑突触超微结构影响及表观遗传学机制需进一步明确。本课题组前期研究发现，新生鼠暴露于3%七氟醚6小时后出现神经元毒性及学习记忆功能障碍。电镜下发现神经元异常凋亡增加及微管排列扭曲及断裂，磷酸化Tau蛋白mRNA表达增加，Tau蛋白396/404位点异常磷酸化水平增加。本研究拟通过新生鼠单次和多次七氟醚吸入麻醉模型，观察青春期大鼠海马突触超微结构改变，阐明未成熟脑神经毒性与七氟醚暴露剂量效应关系；定量分析DNMT1、DNMT3a活性，高通量测序技术测定突触可塑性相关基因BDNF、Reelin启动子DNA甲基化水平及下调基因BDNF、Reelin表达情况，探讨DNA甲基化修饰在未成熟脑神经毒性的作用机制。活体干预5-AZA，进行认知功能行为学检测， 同时探讨在个体给予适当的干预措施能否降低青春期神经毒性。

麻醉药对发育期儿童的认知功能障碍一直都是研究的热点。近年来，七氟醚吸入麻醉对未成熟脑神经毒性引起广泛关注，但其决定性机制尚不清楚。除了神经元和神经胶质细胞凋亡外，其他相关机制还包括神经炎症反应信号传导的改变、氧自由基产生和线粒体完整性改变引起的急性神经元损伤以及神经生长改变、轴突生长和突触形成造成的神经元网络重塑和发育失调等。尤其是七氟醚暴露次数对未成熟脑突触发育影响及表观遗传学机制需进一步明确。. 本课题组研究发现，新生鼠单次暴露于3%七氟醚6小时后出现神经毒性并观察到明显的青春期学习记忆障碍。表现为：与实验对照组3%七氟醚2小时暴露比较，青春期海马BDNF 和Reelin 、PSD 95表达水平显著下降（P<0.05），DNMT1、DNMT3a mRNA表达明显升高（P<0.05），海马定突触可塑性相关基因BDNF、Reelin启动子DNA甲基化水平显著升高（P<0.05）；MWM实验潜伏期明显延长（P<0.05）。新生鼠多次暴露于3%七氟醚2小时后出现神经元毒性并观察到青春期明显的长期学习记忆障碍，表现为：与实验对照组3%七氟醚2小时暴露比较，青春期海马BDNF和Reelin 、 PSD 95表达水平显著下降（P<0.05），DNMT1、DNMT3a mRNA表达明显升高（P<0.05），海马定突触可塑性相关基因BDNF、Reelin启动子DNA甲基化水平显著升高（P<0.05）；MWM实验潜伏期明显延长（P<0.05）。并在活体干预5-AZA后，3%七氟醚6小时暴露组和3%七氟醚2小时多次暴露组神经毒性和青年期学习记忆功能明显改善，表现为：青春期海马BDNF和Reelin 、PSD 95表达水平显著升高（P<0.05），海马定突触可塑性相关基因BDNF、Reelin启动子DNA甲基化水平显著下降（P<0.05），MWM实验潜伏期明显缩短（P<0.05）。. 本课题研究组阐明了未成熟脑神经毒性与七氟醚暴露剂量效应关系，发现了突触可塑性相关基因及 DNA 甲基转移酶活性变化规律，评估了突触形态学改变对青春期认知功能的影响。探讨了DNA 甲基化修饰在单次和多次七氟醚暴露引起长远认知功能障碍作用机制，为七氟醚吸入麻醉所致神经毒性提供了新的防治途径。