下丘脑Orexin能和蓝斑NE能神经突触失能与老龄鼠吸入麻醉高敏关系及机制研究

Sensitivity to general anesthetics increased in geriatric patients, resulting in more risks for inducing burst suppression (BS) and isoelectric electroencephalogram (IE) during anesthesia,which are associated with unfavourable prognosis. Our previous study has demonstrated that minimum alveolar concentration of sevoflurane for inducing BS (MACbs) and IE (MACie) decreased in aged rats and can not be reversed by intraventricle injection of OrexinA, which implied an impaired function of “sleep-arouse”circuit involving orexin and locus coeruleus norepinephrine neuron. Our previous study revealed that decreased phosphorylation of presynaptic protein Synapsin1 is common in aging associated neural degeneration diseases, which will result in disorder of synaptic vesicle release and may involve in dysfunction of orexin and locus coeruleus norepinephrine neural circuit in aged population. Present project focuses on aging asociated changes of synapsin family in orexin and locus coeruleus norepinephrine neural circuit, and it relationship with the increased sensitivity to volatile anesthetics. Take the advantage of advanced techniques in animal behavioristics, neurobiology, neuropharmacology, optogenetic methods, and patch clamp techniques, we aim to reval the anatomic structure,neural circuit characteristics,and molecule mechanism of synaptic dysfunction in orexin and locus coeruleus norepinephrine neural circuit, and its relationship with the development of higher sensitivity to volatile anesthetics and increased risks for inducing BS and IE in aged population. Possible strategies for prediction of sensitivity to volatile anesthetics and prevention of unfavourable prognosis are also studied.

老龄患者对全麻药敏感性增加,易诱发爆发抑制(BS)和等电位(IE)脑电状态,导致预后不良。我们研究发现老龄鼠七氟醚诱发BS和IE最低肺泡有效浓度(MACbs和MACie)降低,脑室内注射OrexinA难以逆转BS和IE状态,可能与老龄鼠“睡眠觉醒”调控通路Orexin能和蓝斑NE能神经失能有关。我们研究发现突触前膜蛋白Synapsin1磷酸化异常在老龄普遍存在，导致突触囊泡神经递质释放障碍,可能参与Orexin能和蓝斑NE能神经环路失能。本研究重点观察老龄鼠Orexin能和蓝斑NE能神经突触蛋白Synapsin家族改变,和对吸入性全麻药MACbs和MACie的影响,通过动物行为学、神经生物学、神经药理学、光基因遗传学及膜片钳等方法,明确老龄性Orexin能和蓝斑NE能神经环路突触失能,增加全麻药物诱发BS和IE风险的解剖学基础、神经环路特征及分子机制,探讨预测全麻药效和预防不良预后方法。

老龄人全麻药敏感性增加，易出现爆发抑制(BS)和等电位(IE)脑电状态，导致预后不良。我们研究发现老龄鼠七氟醚诱发BS和IE最低肺泡有效浓度(MACbs和MACie)降低，可能与老龄鼠“睡眠觉醒”调控通路Orexin能和蓝斑去甲肾上腺素（NE）能神经失能有关。课题组建立了全脑超分辨光片显微成像和分区细胞计数法，用于分析小鼠外侧下丘Orexin能和蓝斑NE能神经数量及突触老龄性改变。通过行为学研究证实蓝斑NE能神经主要参与麻醉苏醒过程，毁损蓝斑NE能神经将增加全麻中脑电爆发抑制，导致麻醉苏醒延迟，但毁损蓝斑NE能神经对麻醉诱导和维持过程无显著影响。蓝斑功能有显著的昼夜节律，研究发现麻醉苏醒过程有显著昼夜差异，麻醉诱导和维持过程则无昼夜差异，毁损蓝斑后麻醉苏醒的昼夜差异消失，进一步证实麻醉苏醒与自然觉醒机制共同之处是需要蓝斑核NE能神经参与。脑电爆发抑制是深麻醉下特征表现，通过研究脑电爆发抑制，可比较不同模型鼠对麻醉药物敏感性差异。课题组构建Vglut2-GCaMP6f小鼠，利用宽场荧光钙成像技术记录皮层兴奋性神经元电活动，分析三种不同麻醉剂诱发脑电爆发抑制状态下皮层神经元的电活动宽场分布特征，结果发现脑电爆发抑制状态皮层电活动并非呈均匀分布，脑电爆发主要集中在靠近中线的脑区如M2和RSP，该现象为首次发现，为研究麻醉药机理提供了很好的模型。课题组利用单色蓝光激活自然睡眠觉醒神经通路模型，发现单色蓝光能有效促发麻醉觉醒，减少脑电爆发抑制，其具体机制与激活外侧下丘Orexin能神经有关。全麻苏醒期用单色蓝光干预促发自然觉醒机制，在预防和治疗苏醒延迟理论上具有更多的优势。通过上述研究，证实了全身麻醉诱导和苏醒涉及机制不同，老龄性蓝斑核功能退行改变主要与苏醒延迟和脑电爆发抑制易感有关，全麻药物诱发脑电爆发抑制呈不均一分布，脑电爆发主要集中在近中线的M2和RSP区域。利用单色蓝光激活自然睡眠觉醒通路可促发全麻觉醒，减少爆发抑制，具体机制涉及到外侧下丘Orexin能神经激活，可能是处理苏醒延迟的理想非药物方式。