介导丙泊酚麻醉效应的CMT-TC神经元类型及机制研究

The mechanism of anesthesia is one of the most baffling puzzles. The key question is to explain “how the anesthetics reversibly induce the loss of consciousness”. CMT, one of the intralaminar nuclei, plays a quite important role in general anesthesia. However, how CMT modulates the cortical function is unknown. Recently, the applicant has compared the local field potential (LFP) in CMT and its innervating cortex during the propofol anesthesia. We have found the power and the frequency of gamma oscillation which represents the consciousness in CMT changed prior to that in cortex, which suggested CMT might be a “trigger” for cortex during propofol-induced anesthesia, yet we still don’t know how the thalamo-cortical (TC) neurons in CMT change the cortical activity and mediate the propofol anesthesia. Therefore, the current study is to explore the specific types of the TC neurons in CMT and the mechanism of which in modulating the loss of consciousness during propofol anesthesia, by using the new techniques, such as Tet-tag-DREADD and optogenetics. We look forward this research offering new information for general anesthesia mechanism and new targets for the anesthetics development.

全麻机制是一个亟待解决的重要科学问题，其核心在于阐释“意识如何消失并恢复”这一关键过程。丘脑中央正中核（CMT）为代表的板内核群在意识形成和全麻效应中发挥了重要作用，但其对皮质的调控机制尚不清楚。我们新近通过在体记录局部场电位（LFP）证实：丙泊酚诱导意识消失瞬间，代表意识水平的gamma波频率和强度在CMT主动优先变化，带动其投射皮层扣带回gamma波变化，初步证实CMT可能是皮层LFP变化的“扳机”。这一工作发表在J Neurosci。然而CMT的丘脑-皮质（TC）神经元如何调控皮质功能，从而介导丙泊酚麻醉效应还不得而知。本课题拟在前期研究基础上，通过Tettag-DREADD和光遗传学等技术，深入研究CMT在丙泊酚麻醉效应中的调控机制，揭示CMT-TC神经元的递质类型，阐明CMT与皮层在麻醉导致意识消失过程中的调控方式，从而为全麻机制研究提供新的理论依据，并为麻醉药物研发提供新靶点。

全麻机制是一个亟待解决的重要科学问题，其核心在于阐释“意识如何消失并恢复”这一关键过程。丘脑中央正中核（CMT）为代表的板内核群在意识形成和全麻效应中发挥了重要作用，是丘脑-皮质信息传递的交汇口，但其在麻醉效应中的调控机制尚不清楚。因此本项目围绕CMT及其投射皮质在全麻导致意识消失效应中的调控机制展开研究。. 本项目圆满完成既定研究计划并进行了部分拓展，主要完成以下内容：. 1.明确了CMT 核团中神经元的类型。CMT主要由Vglut2阳性的谷氨酸神经元组成，并含有少量SOM阳性的GABA能中间神经元。谷氨酸神经元投射向部分皮层及皮层下区域，同时广泛接受来自皮层和皮层下的投射；GABA能神经元投射相对较为集中。. 2.明确了CMT神经元在全麻作用下的电活动变化。在全身麻醉作用下CMT谷氨酸神经元具有不同于其他丘脑核团的独特电活动特征；CMT神经元在异氟醚或丙泊酚麻醉下呈现出放电频率下降、c-Fos表达降低，但氯胺酮麻醉能够兴奋CMT神经元。. 3.明确了CMT神经元在麻醉诱导、维持、觉醒中的作用。通过化学损毁方法证实CMT核团具有促进麻醉的作用；采用光遗传技术兴奋CMT神经元能够减浅麻醉深度；光遗传技术兴奋orexin神经元向CMT的投射能够缩短麻醉觉醒；通过局部给药证实CMT谷氨酸神经元参与氯胺酮麻醉效应。. 4.明确了全身麻醉过程中CMT投射皮层活性的变化。CMT投射皮层mPFC的椎体神经元及3种GABA能中间神经元在麻醉作用下接收GABA递质输入均减少，但锥体神经元接收的谷氨酸输入得到了很大程度保留。此外，麻醉后各类神经活动的同步化程度增。. 以上研究结果基本确定了CMT神经元的类型和投射特征，明确了CMT神经元及其投射皮层神经元在不同麻醉药物作用下的电活动变化和兴奋性改变，以及CMT-皮质环路在麻醉导致意识消失中的作用。该项目研究结果将为理解丘脑-皮质环路在全麻导致意识消失中的作用提供理论依据，也为开发新型麻醉药物和意识干预手段提供环路靶点。