TASKs和ASICs在中枢化学敏感神经元对呼吸调控中的作用

Central chemosensitive regulation plays an important role in respiratory homeostasis. Chemosensitive responses have been detected in several brain areas, yet their precise mechanisms remain unclear. One established mechanism for chemosensitivity is the direct activation of ion channels by a reduced extracellular pH. Many ion channels are modulated by extracellular proton, however, it is still unknown which ion channels are actually proton gated. Our preliminary studies show that TASK-1 and ASIC1a were co-expressed in many respiration-related nuclei of medulla, so TASK1 and ASIC1a may coordinate respiratory responses during H+ changes in the lateral ventricle. In this project, immunohistochemical, immunofluorescent, electrophysiological and pharmacological methods will be used to (1) identify central chemoreceptors' location and their cellular behavior, (2) explore interactory mechanisms of TASKs and ASICs in contribution to central chemosensitivity. Significance of this study not only lies in a better understanding of sensing mechanisms of the central chemoreceptor, but also provides new strategies for searching pathological mechanisms about diseases of respiratory center dysregulation.

中枢化学感受性调节在呼吸活动的稳态中起了重要的作用。在脑内多个区域可以检测到化学感受性反应，但是其机制仍不清楚。已知细胞外液pH下降能直接激活多种离子通道的门控特性，但是哪些离子通道实际上是质子门控的尚不清楚。我们的预实验结果显示TASK-1和ASIC1a在延髓多处与呼吸相关的核团上有共表达，因此TASK-1和ASIC1a可能共同参与H+浓度对呼吸的调节。本实验拟通过免疫组化、免疫荧光、电生理和药理学等方法（1）确定中枢化学感受器的定位及其细胞特性；（2）阐明TASKs和ASICs协同调节中枢化学感受性的机制。本研究的科学意义不仅能促进对中枢化学感受器的感受机制的认识，也对研究呼吸中枢调控障碍导致的相关疾病提供了新的思路。

中枢化学感受性在呼吸活动的调节中起了重要的作用，以维持内环境的酸碱平衡。前期的研究显示脑内pH敏感的离子通道参与呼吸活动的中枢调控。但是pH敏感的离子通道在脑内的表达和其感受机制则还不清楚。本实验通过免疫组化、免疫荧光、Real time PCR、Western blotting、基因敲除、Orexin神经元损毁、电生理和药理学等方法进行研究。.在SD大鼠延髓和下丘脑都有pH敏感的离子通道亚型ASIC1和ASIC2、TASK1和TASK3的区域性表达，两类离子通道都与神经元共定位，且与Orexin神经元有共表达。.小鼠延髓神经元的全细胞膜片钳实验记录到pH降低诱发ASIC电流，可被ASICs阻断剂amiloride、PcTx1、zinc所阻断。在ASIC1-/-小鼠，pH降低诱发ASIC电流不再出现，而在ASIC2-/-小鼠上依然呈现。.SD大鼠延髓VLM或下丘脑LH微量注射人工脑脊液：酸化可增加膈神经的放电活动，amiloride和PcTx1可抑制酸化兴奋呼吸的效应。TASKs阻断剂BUP、AEA和RR可增加膈神经的放电活动。碱化可减弱膈神经的放电活动，AEA可抑制碱化减弱呼吸的效应。在VLM微量注射Orexin受体阻断剂可抑制LH微量注射BUP兴奋呼吸的效应；损毁Orexin神经元后，在LH酸化或微量注射TASKs阻断剂都不再引起膈神经放电活动增强。.在肺纤维化模型大鼠上，TASK1和TASK3在延髓和下丘脑表达都增加，小脑延髓池微量注射BUP可使肺通气量增加。大黄素可抑制炎症反应，减少上皮-基质转化，改善肺功能。.研究证实TASKs和ASICs不同亚型在延髓和下丘脑有区域性的表达，它们都是pH敏感的离子通道并参与呼吸活动的中枢调控。创新之处是发现下丘脑Orexin神经元可能是化学敏感神经元。TASKs在肺纤维化模型大鼠上表达增加的结果或许为临床治疗肺纤维化病人提供了一新的策略。