Tau蛋白磷酸化及其调控机制在氯胺酮所致认知功能障碍中的作用

The commonly used anesthetic ketamine is also a new type abuse drug. Recent studies have suggested that both ketamine anesthesia and abuse could lead to further cognitive impairment, while the role of ketamine neurotoxicity is still unclear. The studies by the applicants show that ketamine administration could induce neuronal apoptosis , Synaptic damage, proinflammatory factors generation and behavioral changes in a dose and time-dependent way. .The brains of patients with Alzheimer’s disease are histopathologically characterized by two hallmark lesions— amyloid‑β‑containing plaques and neurofibrillary tangles (NFTs), which are composed of hyperphosphorylated forms of tau protein. The abnormal hyperphosphorylation of microtubule-associated protein Tau plays an important role in of Alzheimer disease and cognitive impairment..We set out to assess the effects of Tau hyperphosphorylation, levels of the kinases and phosphatase related to Tau phosphorylation, Neuroinflammation，and synaptic function on ketamine anesthesia and abuse induced cognitive impairment in wild type , Tau transgenic and Tau knockout mice, and investigate the relationship between ketamine neurotoxicity and different dose, using period, using way, mouse age..These findings might facilitate future strategies for delivering safer anesthesia care and better postoperative outcomes to patients，and draw more attention to the neurotoxicity in the young ketamine abusers group.

氯胺酮是一种常用的全麻药，也是目前最常见的新型毒品之一。研究发现氯胺酮麻醉与滥用均可导致认知功能改变，但其神经毒性作用的具体机制尚不清楚。申请人前期研究发现：氯胺酮注射可导致小鼠神经细胞凋亡、突触功能损害、炎性因子产生及行为学改变，且与氯胺酮使用剂量、使用时长相关。Tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结和β淀粉样蛋白沉积形成的老年斑是阿尔茨海默病的两个特征性病理变化。Tau蛋白是一种微管相关蛋白，过度磷酸化的Tau蛋白在阿尔茨海默病和认知功能障碍中起重要作用。本项目使用野生型、Tau转基因、Tau基因敲除小鼠，研究Tau蛋白过度磷酸化和调控其产生的蛋白激酶、蛋白磷酸酶水平，以及神经炎症，突触功能在氯胺酮麻醉及滥用所致小鼠认知功能障碍中的作用，探讨氯胺酮神经毒性与使用剂量、时长、方式及小鼠年龄的关系。为临床上合理使用氯胺酮，预防术后认知障碍，关注青少年滥用群体的神经损害提供理论依据。

氯胺酮属于非巴比妥类麻醉科药物，广泛应用于临床静脉麻醉。自上世纪九十年代起，逐渐演变成一种新型毒品（俗称“K粉”）。近年研究证实，氯胺酮滥用及麻醉均存在神经毒性，可致认知功能障碍，但其具体机制不清。有研究表明Tau蛋白及其磷酸化与神经毒性、认知功能障碍紧密相关。Tau蛋白作为微管相关蛋白，参与维持神经元形态，促进轴索发育，是轴突和树突物质运输的通道，Tau蛋白通过调节神经元连接和突触可塑性，对神经网络功能发挥关键的作用。Tau蛋白异常磷酸化对于神经退行性疾病的分子病理起着至关重要的作用。认知功能损害与突触功能改变关系密切，氯胺酮的神经毒性机制可能与包括NMDA受体，AMPA受体等在内的突触区膜受体有关，氯胺酮注射引起的膜受体变化及突触功能改变是否由Tau蛋白特定位点异常磷酸化介导有待进一步研究。本课题通过建立野生型（C57BL/6）与Tau敲除小鼠单次及长期（6个月）注射模型，观察不同剂量、时间氯胺酮注射对小鼠海马区Tau蛋白及其磷酸化表达水平的影响，以及对野生型与Tau敲除小鼠海马突触区细胞膜上AMPA受体表达、突触功能产生的不同变化，探讨Tau蛋白磷酸化在氯胺酮神经毒性机制中的作用。本课题研究发现氯胺酮长期注射产生抗焦虑样情绪反应，损害记忆功能；氯胺酮长期注射通过增加GSK-3β、CDK5活性，减少PP2A活性。单次注射通过增加GSK-3β活性，减少PP2A、PP2B活性，共同促进Tau蛋白过度磷酸化；氯胺酮长期注射可致小鼠海马形成神经纤维缠结；氯胺酮长期注射引起的小鼠海马细胞膜AMPA受体表达减少是依赖于Tau蛋白表达而存在，并且降低了小鼠海马突触传递效能。此外，本课题发现氯胺酮长期滥用可减少单羧酸转运蛋白（monocarboxylate transporter, MCTs）MCT1、MCT2、MCT4在野生型小鼠海马细胞膜表达水平，导致能量代谢异常。并且，氯胺酮可降低磷酸化Tau蛋白在小鼠海马突触表达水平发挥抗抑郁作用。我们的结果为临床合理使用氯胺酮，关注滥用群体的神经损害及氯胺酮抗抑郁作用提供新的理论依据。