调控CDK5改善七氟烷神经毒性的信号机制研究

Cognitive dysfunction caused by anaesthetic attracted increasing attention recently. Sevoflurane is the most commonly used anesthetic in infants and young children. Thus, neurotoxicty caused by sevoflurane need to be resolved urgently. Our previous study found: 1) the level of CDK5 mRNA and protein expression of neurons increased after sevoflurane treatment. We also found that sevoflurane could cause immature mice hippocampal CDK5 activity enhancement. 2) Sevoflurane could cause caspase3 activation, and induce neuronal apoptosis apparently in mice hippocampus. CDK5 inhibitor could significantly decrease the sevoflurane induced caspase3 activation, and the apoptosis of neurons. Thus we concluded that neurotoxicity induced by sevoflurane were related with CDK5 over expression. Studies have shown that the negative regulation of CDK5 on NR2B- ERK1/2 is the most important mechanism of synaptic plasticity and memory formation. Accordingly, we assume that CDK5 through NR2B-ERK signal pathway contributes to the relief of neurotoxicity induced by sevoflurane. This study is designed to explore the role of CDK5 in sevoflurane induced neurotoxicity by multi-level of animals, cells, and molecules to determine the regulation of CDK5 on sevoflurane neurotoxicty through the NR2B-ERK signal pathway.

麻醉药所致认知功能障碍日益受到关注，七氟烷是临床婴幼儿最常用的麻醉药，其具有神经毒性问题亟待解决。本项目组前期研究发现：1.七氟烷处理后的神经元细胞CDK5mRNA及蛋白水平表达升高，七氟烷会引起幼年小鼠海马组织CDK5活性增加；2.七氟烷会引起小鼠海马脑区caspase3明显激活，诱导神经元凋亡，而CDK5抑制剂能够显著降低七氟烷麻醉组caspase3激活，减少神经元凋亡。因此我们推测七氟烷神经毒性与CDK5过表达相关，研究表明CDK5对NR2B及ERKl/2的负调节是影响突触可塑性和学习记忆的重要机制。我们假设CDK5通过NR2B-ERK信号通路调控七氟烷神经毒性。本课题拟在动物、细胞、分子水平研究CDK5在七氟烷致神经毒性发生中的作用，并阐明CDK5的调控作用是否通过NR2B-ERK信号通路实现，探索CDK5能否作为七氟烷致神经毒性的治疗靶点。

研究背景：.麻醉药为各类手术患者提供无痛、安全、良好的手术条件，为外科学的飞速发展提供必要的保障，尤其近年，儿科麻醉药得到了飞速的发展。吸入麻醉药是儿科及成人麻醉中应用最广的麻醉药物。研究证实：吸入麻醉药会引起动物中枢神经细胞退化和凋亡，尤其是未发育成熟的神经细胞更容易受到药物干扰，进而导致动物学习和记忆功能受损。七氟烷为目前临床儿科应用最广的吸入麻醉药，而七氟烷神经毒性作用及机制尚未完全阐明。.本项目研究结果及关键数据：.1. 关于吸入麻醉药神经毒性的研究.体外实验中我们发现随七氟烷浓度增高可引起海马神经元凋亡增加。动物实验中，我们证实吸入麻醉药特异性神经毒具有浓度及时间依赖性，随吸入麻醉药浓度提高，小鼠空间记忆功能受损。.2. ERK/PPARγ/CREB信号通路与七氟烷引起神经损伤密切相关.我们研究发现七氟烷能够抑制ERK1/2, PPARγ, CREB 的磷酸化，而ERK-调节的PPARγ/CREB 信号通路在引起应激状态下神经细胞凋亡过程中发挥重要作用。.3. Tau/GSK3β信号通路与七氟烷引起神经损伤密切相关.七氟烷麻醉导致Tau磷酸化增加，同时减少GSK3β的磷酸化进而降低p-GSK3β (Ser9)/GSK3β比值。GSK3β抑制剂LiCl 处理后可抑制GSK3β的活化，并增加synapsin-1, BDNF, 及PSD95 蛋白表达水平。同时，LiCl还降低了七氟烷引起的神经细胞凋亡。.4. CDK5调节ERK/PPARγ/CREB和Tau/GSK3β信号通路.CDK5在记忆形成过程中发挥重要作用。我们研究发现七氟烷麻醉能够抑制ERK/PPARγ/CREB信号通路，而CDK5抑制剂resocovitine能够逆转此过程。同时, roscovitine处理后能够减轻七氟烷诱导的Tau/GSK3β信号通路，降低Tau磷酸化，增加GSK3β的磷酸化，同时增加了synapsin-1, BDNF, 及PSD95 蛋白表达水平。.5. 动物实验证实抑制CDK5通过促进自噬能够减少七氟烷诱导的神经损伤及认知功能障碍。抑制CDK5激活可通过促进Sirt1调节的自噬而减少七氟烷导致的神经凋亡。.本项目发现七氟烷神经毒性的相关机制及潜在治疗手段，对降低吸入麻醉药神经毒性，避免婴幼儿日后学习记忆功能障碍具有重要临床意义。