基于NO-cGMP/PKG-pCREB信号通路研究耳迷走神经刺激促进缺血性脑卒中后运动功能重建的作用机制

Ischemic stroke motor dysfunction is closely related to changes in synaptic plasticity. This research work combined with motor cortical synaptic plasticity is a key point in the study of the recovery of motor function after ischemic stroke. The hypothesis "NO-cGMP/PKG-pCREB signaling pathway is the mechanism of the Transcutaneous Auricular vagus stimulation (ta-VNS) to promote synaptic plasticity of the motor cortex" was presented here. This study integrates molecular biology, neurobiology, acupuncture, Physiology and other multidisciplinary research methods.Small animal MRI, lateral ventricle stereotactic injection, immunofluorescence multiple markers, Western Blot, electron microscopy, real-time PCR, electrophysiology, etc are used in this study. The effect of ta-VNS on the synaptic plasticity of motor cortex in rats with focal cerebral ischemia and the mechanism of NO-cGMP/PKG-pCREB signaling pathway were studied from both positive and negative aspects. This study will elucidate the scientific basis for ta-VNS to promote the discovery of post-ischemic stroke motor function reconstruction and direct the research of ta-VNS in the field of acupuncture and moxibustion rehabilitation. This will have study provide an experimental basis for ta-VNS scale clinical basis test in the future.

缺血性脑卒中后运动功能障碍与突触可塑性的变化紧密相关。本课题结合运动皮质突触可塑性是实现缺血性卒中后运动功能恢复的关键环节研究热点，提出“NO-cGMP/PKG-pCREB信号通路是耳迷走神经刺激(ta-VNS)促进运动皮质突触可塑性的作用机制”假说。整合分子生物学、神经生物学、针灸学、生理学等多学科研究方法，引入小动物MRI、侧脑室立体定位注射、Western Blot、透射电镜、实时荧光定量PCR、在体电生理等技术，从正、反两个途径，开展ta-VNS对大鼠局灶性的脑缺血模型运动皮质突触可塑性的影响及NO-cGMP/PKG-pCREB信号通路的作用机制研究，以期阐明ta-VNS促进缺血性卒中后运动功能重建这一新发现的科学基础，将ta-VNS在针灸神经康复领域的研究引向深入，并为ta-VNS的规模性临床基础试验提供实验依据。

缺血脑卒中多发，成为家庭和社会的严重负担，缺血性脑卒中后运动功能障碍与突触可塑性的变化紧密相关。既往研究证实迷走神经刺激能够激活胆碱能抗炎通路，在中枢神经系统疾病治疗方面起着重要作用，但具体机制不明。本课题组前期研究证实耳迷走神经刺激在中枢神经系统的精神疾病方面具有和迷走神经刺激类似的功效，机制与调控第二信使通道介导大脑皮层的可塑性表达有关；据此推测耳迷走神经刺激改善卒中后运动功能与第二信使通道的cGMP/PKG-pCREB有重要因果关系。课题通过动物实验，证实cGMP信号通路能够被耳迷走神经刺激激活，同时调控pCREB在大脑皮层中的表达变化机制；实验结果证实耳迷走神经刺激对MCAO模型大鼠的运动功能及MCAO早期炎症具有改善作用，可调节大脑皮层缺血半暗带、运动皮层的乙酰胆碱表达，降低大鼠机体炎症水平，特别是调节IL-6、TNF-α、IL-1β的含量，并促进MAP-2在缺血半暗带的表达，同时抑制反应性星形胶质细胞的表达，下调GFAP的表达。电镜实验观察到，模型组线粒体显示不同程度的肿胀，细胞核以各种方式变形，并观察到不同数量的溶酶体和自噬体。耳迷走神经刺激干预后，溶酶体和自噬体的数量降低，表明神经元及其细胞器损坏少。这表明耳迷走神经刺激经过干预神经元损伤减轻，自噬体减少。MCAO模型组血管在丰富的细胞间隙内排列有开窗的内皮和周细胞，病变部位的某些细胞显示出成纤维细胞的超微结构特征，被其胶原纤维包围。在耳迷走神经刺激干预后血管内皮开窗减轻，周围胶质细胞应该相对成熟，有成熟神经元。结合上述研究结果，进而本课题推测耳迷走神经刺激可通过cGMP相关信号通路，起到神经保护的作用，并改善MCAO大鼠缺血半暗带和运动皮层的可塑性。这是本课题下一步研究的思路。为耳迷走神经刺激改善MCAO急性期神经保护反应提供新的机制及实验依据。