抑制性神经元及抑制性神经网络在脑中风时的自我保护机制研究

Ischemic stroke is the result of obscured blood supply to the brain tissue and will cause damage to local neurons and neuron network. There is no direct method to protect neurons during an ischemic attack for the moment. However the ongoing research has discovered that inhibitory neurotransmission can decrease the damaged brain area and further more, inhibitory neurons survive better than the excitatory neurons from ischemia. The neuroprotective mechanism of inhibitory neurons has not yet been discovered. We propose here three hypothetic mechanisms: negative feedback, calcium buffer and inhibitory network mechanism. To test our hypothesis we will combine brain slice electrophysiology and in vivo calcium imaging to study the activities of inhibitory neuron and its network during photothrombosis-induced brain ischemia.

脑中风是由于脑血管供血受阻，局部脑组织缺氧和葡萄糖，脑细胞经历兴奋毒性，氧化应力，炎症反应，及至细胞凋亡，造成患者致残甚至死亡。目前临床没有直接的方法在中风发生时保护脑细胞，也没有有效措施在中风发生后促进神经元及其网络的修复。近年来，人们开始寻求新的突破口，发现了抑制性神经递质可以减少中风损坏的脑细胞数量；抑制性神经元在中风发生时受到的损伤比兴奋性神经元要小，但其机制尚不清楚，可能存在抑制性神经元特有的自我保护机制。我们提出关于抑制性神经元自我保护机制的三个研究假想：负反馈制胜，钙离子缓冲剂和神经元网络抑制。通过光化学诱导局部血管血栓来模拟脑中风，结合脑片电生理和活体动物脑皮层钙离子成像来研究中风发生时局部神经网络中多种细胞的生理反应和胞内的钙离子浓度变化，抑制性神经元的活动特性和存活情况；希望将抑制性神经元的自我保护机制阐明，为借鉴开发有效的神经元保护药物提供理论依据。

本项目立项时计划研究抑制性神经元在缺血缺氧条件下的突触传递属性，在研究进行中，发现了抑制性神经元的突触具有昼夜节律性，这一现象本身具有重要的生理意义，同时，这一结果将与由缺血缺氧导致的突触传递改变发生相互作用，因此我们首先针对这一发现展开了细致的研究，并发表SCI论文一篇。视交叉上核的神经元活动呈现昼夜变化, 我们的研究显示它们的输入突触受日夜调控，也呈现节律性。我们发现谷氨酸能和GABA能突触的微小突触后电流（mEPSC）的频率具有日夜差异，但幅度的峰值却没有变化。此外，谷氨酸能和GABA能突触的mPSC频率的变化是相反的：在光/暗循环的暗阶段期同时发生谷氨酸能mPSC频率的增加和GABA能mPSC频率的降低。通过光遗传的方式, 对突触前谷氨酸能轴突末末梢进行刺激，我们证明了诱发的微小谷氨酸能突触后电流, 在光阶段时比暗阶段更容易诱发突触后的SCN神经元产生动作电位。为了研究内在时钟或光暗周期是否介导输入突触的昼夜节律，我们在light masking 和骨架光周期下检查了mPSC。在夜晚开始后一小时给与持续3小时的光脉冲抑制了谷氨酸能和GABA能突触mPSCs频率的改变; 而在骨架光下， mPSCs频率昼夜差异并不显著。此外，我们发现这种同时发生的谷氨酸与GABA能突触可塑性主要发生在血管活性肠肽（VIP）神经元上。这项工作揭示了腹侧SCN神经元的谷氨酸能和GABA能输入突触的一种可塑性，并证明这种可塑性是光调控的。这种同时发生的突触可塑性可以作为调节SCN神经元对大范围昼夜光输入响应的一种机制。