丘脑网状核内部子核团抑制性神经元在丙泊酚全麻机理中的作用及其机制研究

Nowadays, accumulating research indicates that anesthetics-induced general anesthesia is not due to a global depression of brain function, but they should act on different and specific brain regions, also neural circuits. Anesthesia blocks the transmission of external information to the brain cortex, so the thalamus as the “hub” for ascending and descending information to and from the cortex, especially the GABAergic regulative area Thalamus Reticular Nucleus (TRN) within the thalamus, should play an important role during general anesthesia. Our preliminary data showed that, sensitivity of rats to propofol increased significantly after lesion of anterior TRN neurons with ibotenic acid, while anterior and caudal TRN showed different functional changes during propofol induced general anesthesia, which totally suggested us that there's interaction within thalamic reticular subnetworks and probably was the key machanism of propofol induced general anesthesia. According to the theories and these results, we aim to clarify the exact role of thalamic reticular subnetworks in propofol-induced anesthesia, and examine the effect of propofol on the excitability and synaptic transmission of GABAergic neurons within thalamic reticular subnetworks in this project, with neuron positioning, gene detection and patch clamp recording et al. We also attempt to analyze excitability of GABAergic neuron in thalamic reticular subnetworks and influence of synaptic transmission to propofol. After all, we propose that there should be an anterior TRN originated and interactive thalamic reticular subnetworks involved mechanism for propofol-induced general anesthesia.

当前学界越来越意识到麻醉药物并非通过广泛抑制大脑功能发挥全身麻醉作用，而是有着特定的作用核团和网络机制。麻醉阻断了外部信息向大脑皮层的传递，作为内外部信息在高级中枢上下交换的枢纽性核团丘脑，尤其是丘脑内部的GABA能调控区域丘脑网状核(TRN)，应该在全身麻醉过程中有着重要的作用。我们前期研究发现1.TRN头端毁损后大鼠对丙泊酚敏感性显著提高，2.TRN头端和尾端在丙泊酚麻醉过程中发生了不同的功能变化，提示TRN内部子核团之间存在相互作用，且可能是丙泊酚麻醉机理的关键。本课题拟在此基础上，通过核团定位、基因检测、膜片钳记录等方法，重点探讨1.TRN内部子核团在丙泊酚全麻过程中的角色，并尝试使用病毒示踪和基因敲除动物模型，分析2.丙泊酚对TRN内部子核团GABA能神经元兴奋性和突触传递活动的影响，从而提出可能的以TRN头端为始动作用核团，TRN内部子核团相互作用的丙泊酚全身麻醉新机制。

全麻机制始终是研究热点之一，当前学界支持全麻机制并非对大脑整体的非特异性广泛抑制，而是由不同的神经回路构成的复杂网络协同参与麻醉药物引起的大脑功能可逆性改变。本课题聚焦内外部信息在高级中枢上下交换的枢纽性核团丘脑内部的GABA能调控区域丘脑网状核(TRN)，通过1、膜片钳技术观察丙泊酚麻醉和复苏过程中TRN的兴奋及突出传递改变，通过腺相关病毒下调TRN的GABAa受体3亚基的表达后，大鼠对丙泊酚诱导的翻正反射时间延长，证明了TRN在丙泊酚麻醉机理中具有重要作用。2、电压钳制全细胞记录发现相较于人工脑脊液，在丙泊酚孵育下，TRN头端的GABA能神经元兴奋性显著下降而TRN尾端的GABA能神经元兴奋性升高。应用水泡性口炎病毒单突触顺行示踪，证实TRN头端、尾端神经元的内部投射关系即TRN头端神经元是TRN尾端神经元的上游神经元。毁损TRN头端后丙泊酚相关的大鼠反正反射时间较生理盐水组缩短，而毁损尾端后与生理盐水组无统计学差异。从而证明TRN内部存在子核团，并且子核团之间存在联系。3、通过将携带基因的重组腺病毒定位注射到Vgat-cre转基因小鼠的TRN头端，使GABA能神经元稳定表达后，应用化学遗传技术，在清醒小鼠体内特异性激活TRN头端的GABA能神经元，发现注射hM4DGi基因的重组腺相关病毒的小鼠相较于注射空载病毒的对照组自主睡眠时间延长。通过注射hM4DGi基因的重组腺相关病毒组小鼠aTRN的cfos表达水平低下，即GABA能神经元兴奋性较低，证明GABAa受体3亚基是TRN参与丙泊酚发挥麻醉作用的关键。本课题通过核团定位，基因检测，膜片钳，病毒示踪，化学遗传，转基因动物模型和行为学等方法，重点探讨了TRN内部子核团在丙泊酚全麻过程中的角色，并且证实了丙泊酚对TRN内部子核团GABA能神经元兴奋性和突触传递活动的影响，从而提出了以TRN头端为始动作用核团，TRN内部子核团相互作用的丙泊酚全身麻醉新机制，了解了TRN在大脑信息调控中的作用，为开发新型全麻药物提供新的线索，也为确定术后认知功能障碍和术后谵妄的治疗甚至预防的方法提供了可能。