右美托咪定调节大脑皮质非快速放电中间神经元内在兴奋性和递质释放的机制研究

Researches about mechanisms of hypnotic and sedative effects of dexmedetomidine have focused on adrenergic neurons in locus caeruleus and excitatory neurons in the brain. Meanwhile, roles of voltage-gated calcium and inward rectifying potassium channels in the dexmedetomidine-induced regulation have been well elucidated. Our investigations on fast-spiking (FS) interneurons suggest that dexmedetomidine induces a decrease in neuronal excitability and a reduction in presynaptic neurotransmitter release probability. Notably, non fast-spiking (nFS) interneurons possess distinctive electrical properties. Thereby, nFS and FS interneurons form two distinct inhibition systems in the brain respectively. However, modulations of dexmedetomidine on nFS interneurons are rarely unknown. This project aims at investigating effects of dexmedetomidine on cellular intrinsic excitability and presynaptic neurotransmitter release probability of nFS interneurons and determining the role of hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated (HCN) channels. Using patch clamp recording, single cell reverse transcription PCR and neuronal morphology reconstruction, we will accurately recognize nFS interneurons, determining effects of dexmedetomidine on their electrical activities, examining functions of HCN channels, and detecting the subtype of HCN channels in nFS interneurons. Thus, this project further reveals mechanisms of hypnotic and sedative effects of dexmedetomidine, investigates the signaling pathway and targets of anesthetics, and provides theoretical and experimental basis for development of new anesthetics.

右美托咪定催眠镇静机理的研究集中在蓝斑去甲肾上腺素能神经元和兴奋性神经元，并且阐明了电压门控钙通道和内向整流钾通道的作用。我们前期在快速放电（FS）中间神经元上的研究发现右美托咪定可降低FS神经元内在兴奋性并减少递质释放。非快速放电（nFS）中间神经元具有与FS神经元在调节大脑信号传递上截然不同的作用。然而，右美托咪定对nFS神经元电活动的作用以及机制尚不清楚。本项目首次探讨右美托咪定对大脑皮质nFS神经元内在兴奋性以及递质释放的影响，并着重阐明超极化激活的环核苷酸门控阳离子（HCN）通道在其中的作用。本项目将结合膜片钳、单细胞逆转录PCR和神经元形态重建技术，识别nFS神经元、探讨右美托咪定对其电活动的影响、研究HCN通道在其中的作用，最后明确nFS神经元上HCN通道亚型。通过此研究进一步揭示右美托咪定催眠镇静机理，探寻麻醉药物作用通路和靶点，为新型麻醉药物的开发提供思路。

右美托咪定催眠镇静机理的研究集中在蓝斑去甲肾上腺素能神经元和兴奋性神经元，并且阐明了电压门控钙通道和内向整流钾通道的作用。我们的研究聚焦中枢非快速放电（non fast-spiking, nFS）中间神经元，拟探讨右美托咪定在大脑皮层的全麻机理。该研究以转基因小鼠以及普通C57小鼠为研究对象，应用膜片钳全细胞记录技术、亲和素免疫染色结合药理学研究，准确识别nFS中间神经元的基础上，探讨右美托咪定对其被动和主动膜电生理特性两个方面的兴奋性的作用，探索右美托咪定对抑制性中间神经元递质释放的调控，最后探讨（hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated，HCN）通道在其中的作用。我们的研究发现，不同于对去甲肾上腺素能神经元和兴奋性神经元的影响，右美托咪定并不通过激活钾通道而影响nFS神经元静息膜电位，提示其对被动膜特性的兴奋性无影响；同时，右美托咪定通过阻断超极化激活的环核苷酸门控阳离子HCN通道增加nFS神经元的放电频率，提示其增强nFS神经元的兴奋性。递质释放方面，右美托咪定抑制了抑制性突触递质的释放，此作用与HCN通路的阻断无关；同时，其通过阻断突触后神经元上HCN通路延长突触后神经元上GABA受体的开放时程，从而增强抑制性信号。最后，我们的研究明确了在小清蛋白阳性、生长抑素阳性、血管活性肠肽阳性中间神经元上HCN通路亚型分布的不同。这些结果说明右美托咪定可直接作用于大脑皮质nFS神经元，通过阻断突触前和突触后神经元上HCN通道，增加nFS神经元放电频率、延长突触后GABA受体开放时程，从而增强对大脑皮层信号传递的抑制；同时，右美托咪定减少突触前抑制性神经元递质释放概率，对抑制性信号传递有一定的抑制作用。通过此研究我们为右美托咪定催眠镇静的中枢机制提供了数据支持，同时也为“自上而下”的全麻机理提供了支持。其次，该研究发现了右美托咪定对于中枢抑制系统功能的保留作用，可能是其对认知功能保护的机理之一，为后续探讨右美托咪定在中枢抑制性神经元失能的患者中的脑保护作用的临床研究提供一定的理论支持，为精准医疗做出一点贡献。