转化生长因子-β信号通路在异氟醚后处理大鼠海马组织缺血再灌注损伤中的作用研究

Ischemic-anoxic encephalonpathy has become a threat to human health, it cause and become the main reason for neuronal dysfunction, but the mechanism of ischemic-anoxic encephalopathy has not been fully elaborated. At present, many studies suggested that cell necrosis and apoptosis signaling pathways were activated in the process of cerebral ischemia and these signaling pathways were related to the neurological dysfunction. Isoflurane is commonly used in the clinic as volatile anesthetic due to the easy control over inhaled concentration and action time when compared with intravenous general anesthetics. This agent is often administered for sedation and anesthesia to patients suffering from ischemic-anoxic encephalopathy.In our previous study we found that volatile anesthetics could induce neuroprotective effect by pre-and postconditioning via adjusting the MAPKs signal family members ERK1/2 and JNK expression in rat hippocampal slices. TGF-β as upstream signaling of MAPKs, regulate MAPKs by non-SMAD pathways. Studies showed TGF-β often functionally expressed in process of ischemia reperfusion in rats brain. but the relationship of TGF-β and isoflurane postconditioning has not been reported in ischemia-reperfusion at home and abroad. We assumed that volatile anesthetic isoflurane postconditioning in process of cerebral ischemia-reperfusion could induce TGF-β functional expression, and this expression will activate the related signaling proteins downstream expression and then produce neuroprotective effects by signaling crosstalk and this may be a new mechanism for isoflurane outside anesthesia effects. To prove this hypothesis, ischemic and anoxic experimental model will be estabilished in vivo and in vitro in rats brain, measures of molecular biology and immune fluorescence technology will be taken to observe the effects of TGF-β signaling pathways on isoflurane postconditioning in rats. To testify this new mechanism of isoflurane, technology of etholoy, functional proteomics and cytology will be adopted. We anticipate that the results of our research will provide new theoretical basis for preventive treatment of ischemic-anoxic encephalopathy.

缺血缺氧性脑病是导致神经系统功能障碍的主要疾病。但其确切机制尚未阐明，多认为与脑缺血缺氧过程中激活了细胞坏死和凋亡的相关信号通路有关。异氟醚是临床上缺血缺氧性脑病手术治疗过程中常用吸入麻醉药物，本课题组研究发现异氟醚后处理可以通过调节MAPK信号家族成员ERK1/2和JNK的表达减轻大鼠海马区的神经损伤。而TGF-β作为MAPK的上游激活物，研究表明其在大鼠脑缺血再灌注损伤中有功能表达，而其与异氟醚后处理的关系，迄今国内外尚无报道。我们假设异氟醚后处理在大鼠脑缺血缺氧性损伤中可诱导TGF-β表达，并通过激活下游相关的信号蛋白，产生神经保护作用，这可能是异氟醚作用的一个新机制。为进一步验证这一假说，我们将复制大鼠离体和在体脑缺氧模型，采用分子生物学、免疫荧光等技术，从行为学-功能学-细胞学三个层次，观察TGF-β信号通路在异氟醚后处理中的作用，为缺氧性脑病的防治提供新的理论和技术支持。

急性缺血缺氧性脑病已成为严重威胁人类健康并导致神经系统生理功能障碍的主要疾病，且发病率、死亡率逐年增高。因此探索急性缺血性脑病的治疗方法具有重要的现实意义。而随着分子生物学的发展，启动细胞内源性保护机制，激活抗坏死和凋亡的信号蛋白表达，增强神经细胞对缺血缺氧的耐受能力成为新的研究热点，缺血预处理和缺血后处理是较为经典的研究细胞内源性保护的手段和方法。两者的机制均是细胞发生了级联反应，由刺激物通过感受器和中间转换物质，激活下游的转录因子，最后引起调节基因表达，产生新蛋白作为效应物增强细胞对缺血的耐受。但缺血预处理和缺血后处理临床实施受到严格限制，因而药物性的干预逐渐成为目前研究缺血缺氧性脑损伤神经保护的新热点。我们前期研究发现，异氟醚后处理对脑缺血再灌注损伤的神经保护作用可能是通过一些类似于预处理的机制，在一些信号网络中通过抑制或激活某些信号蛋白表达，以交互对话的形式参与了多种信号网络转导通路而实现的研究表明。TGF-β信号通路参与了调节神经系统疾病发生发展、细胞组织的修复等过程，研究显示，提示TGF-β参与了中枢神经损伤的保护作用。根据本课题组前期研究，在本项目中我们检测了TGF-β各相关通路的信号蛋白的表达水平，探讨TGF-β信号通路在异氟醚后处理中枢作用中的信号网络机制。在本研究中我们发现，异氟醚后处理可以剂量依赖性的较轻脑缺血再灌注损伤，起到神经保护作用；异氟醚的神经保护作用主要与以下因素有关：1.异氟醚还可以对稳定血脑屏障结构，调节水通道蛋白的表达，减轻脑细胞的水肿；2.异氟醚可以调节神经细胞缝隙连接蛋白CX43的表达水平，减轻神经细胞的损伤；3.异氟醚的神经保护作用还与激活TGF-β Smad依赖信号通路BMP4、BMP7、TGF-β1及activin信号蛋白的表达有关；4.同时在TGF-β非Smad依赖通路中p38MAPK，JNK1/2、ERK1/2及ERK5通过与Smad依赖通路以交互对话的形式参与了异氟醚后处理的神经保护效应。在对以上TGF-β信号通路研究中，我们在国际上首次发现Activin的激活在异氟醚后处理中的重要作用，这一通路减少了神经细胞凋亡和坏死，这是吸入麻醉药中枢神经保护效应的新机制。本研究为揭示异氟醚等吸入麻醉药的中枢作用机制提供了新的思路和参考，拓展了临床麻醉学内涵，为围术期合理使用吸入麻醉药提供了重要的临床参考价值。